鈣鈦礦發光材料甲脒溴化鉛納米晶的低溫快速製備方法與流程
2023-08-10 12:41:16 1
本發明涉及一種鈣鈦礦材料的製備方法，特別是涉及一種具有鈣鈦礦晶體結構的鉛滷化物光電材料的製備方法，應用於半導體材料製備工藝技術領域。
背景技術：
在過去的幾年裡，具有鈣鈦礦晶體結構的鉛滷化物半導體的光電材料成為研究的熱點。目前，鈣鈦礦太陽能電池轉化效率已經超過22％，鈣鈦礦發光二極體(led)的外量子點效率(eqe)達到了12％。
相比比較成熟的甲基銨溴化鉛(mapbbr3)，銫溴化鉛(cspbbr3)的製備方法，fapbbr3目前製備的方法比較少。在有機無機雜化的鈣鈦礦中，fapbbr3相比於mapbbr3擁有更長的載流子壽命和擴散長度，在光電器件上應用的潛能更大，並且甲脒離子(fa+)比甲基銨離子(ma+)半徑更大，從而使得fapbbr3的容許係數接近1，而對於立方結構的鈣鈦礦來說，在室溫下容許係數的範圍在0.9—1時，可以獲得比較好的晶體穩定性。
cspbbr3擁有較為出色的光學特徵，比如發光光譜洗澡波長為410-700nm範圍內可調,較窄的半峰寬和較高的量子產率，半峰寬為12-30nm，量子產率為60-95％。但是，cspbbr3在固體，聚合物嵌入狀態時很難實現和穩定維持「530-535nm」的光致發光。
目前合成納米晶fapbbr3一般採用熱注射法，需要高溫條件和氮氣環境，製備效率低，限制了fapbbr3批量化生產。
技術實現要素：
為了解決現有技術問題，本發明的目的在於克服已有技術存在的不足，提供一種鈣鈦礦發光材料甲脒溴化鉛納米晶的低溫快速製備方法，製備工藝不需要惰性氣體和高溫反應條件，能簡單、高效、低溫、大批量生產鈣鈦礦發光材料甲脒溴化鉛納米晶材料，採用本發明工藝製備的fapbbr3納米晶能夠實現穩定的「530-535nm」的光致發光。
為達到上述目的，本發明採用如下技術方案：
一種鈣鈦礦發光材料甲脒滷化鉛納米晶的低溫快速製備方法，包括如下步驟：
a.fapbx3納米晶原溶液的製備：甲脒滷化鉛fapbx3中的x為cl、br或i，採用1-十八烯、油酸、油胺滷化物、pbo、甲脒乙酸鹽作為原料，按照設定的配比稱量將上述原料並進行攪拌均勻混合，製成原料混合液，即完成fapbx3納米晶原溶液的製備；在進行fapbx3納米晶原溶液的製備時，優選1-十八烯和油酸的摩爾比為(15～20)：3；在製備fapbx3納米晶原溶液時，優選使用vcx800超聲波細胞破碎儀，優選對原料混合液進行攪拌至少5分鐘，並進一步優選對原料混合液進行攪拌至少5-10分鐘，使原料混合液均勻化，即完成fapbx3納米晶原溶液的製備；在進行fapbx3納米晶原溶液的製備時，優選1-十八烯、油胺滷化物、pbo和甲脒乙酸鹽的摩爾比為(45～60):3:2:4；在進行fapbbr3納米晶原溶液的製備時，原料油胺滷化物優選採用油胺溴；
b.向在所述步驟a中製備的fapbx3納米晶原溶液中加入乙腈和甲苯，在進行均勻混合後，得到混合液體系，然後對混合液體系進行離心，在至少6400rpm的離心速度下離心至少10分鐘，然後去掉上清液，取離心處理後的沉澱物質；作為本發明優選的技術方案，按照乙腈和甲苯的體積比為1:2的比例，向fapbx3納米晶原溶液中加入乙腈和甲苯，配製混合液體系，其中乙腈與在所述步驟a中製備的fapbx3納米晶原溶液的體積比為1:(1～2)；
c.向在所述步驟b中得到的沉澱物質中加入設定量的甲苯，使沉澱物質溶解形成fapbx3納米晶分散液，然後對fapbx3納米晶分散液進行離心，以至少2000rpm離心速度進行離心處理至少3分鐘，然後去掉上清液，取離心處理後的沉澱物質，最終獲得fapbx3綠光納米晶。作為本發明優選的技術方案，按照甲苯和在所述步驟a中取用的1-十八烯的體積比為1:2的比例，向在所述步驟b中得到的沉澱物質中加入甲苯，製備fapbx3納米晶分散液。
本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點：
1.本發明通過使用超聲波細胞破碎對溶液進行聲波降解，無需氮氣環境，無需高溫反應，室溫合成，合成時間短，合成效率高，量子產率能達80％以上，可大批量生產fapbbr3納米晶、fapbcl3納米晶和fapbi3納米晶；
2.本發明生產fapbbr3納米晶的方法能應用於其他fapbx3納米晶的製備，能大批量生產fapbx3多種納米晶，滿足半導體光電器件對的有機鉛滷化物光電材料和無機鉛滷化物光電材料需要。
附圖說明
圖1為本發明實施例一製備的fapbbr3納米晶甲脒鉛滷化物光電材料的綠光吸收光譜和發射光譜。
圖2為本發明實施例一製備的fapbbr3納米晶的tem圖。
具體實施方式
本發明的優選實施例詳述如下：
實施例一：
在本實施例中，一種鈣鈦礦發光材料甲脒溴化鉛fapbbr3納米晶的低溫快速製備方法，包括如下步驟：
a.fapbbr3納米晶原溶液的製備：採用1-十八烯(ode)、油酸(oa)、油胺溴(oambr)、pbo、甲脒乙酸鹽(fa-oleate)作為原料，按照設定的配比稱量將上述原料並進行攪拌均勻混合，即取一個25ml的燒杯，加入10ml的ode、1.5ml的oa，然後稱量0.3mmol的105mg的oambr、0.2mmol的44.6mg的pbo和0.4mmol的41.6mg的fa-oleate，接著把稱量的材料倒入燒杯中，混合在一起，並將vcx800超聲波細胞破碎的超聲探頭放置於上述燒杯中的溶液中，設置工作時間5分鐘，進行攪拌均勻混合，製成原料混合液，即完成fapbbr3納米晶原溶液的製備；
b.向在所述步驟a中製備的fapbbr3納米晶原溶液中加入10ml乙腈和5ml甲苯，在進行均勻混合後，得到混合液體系，然後對混合液體系進行離心，在6400rpm的離心速度下離心10分鐘，然後去掉上清液，取離心處理後的沉澱物質；
c.採用甲苯作為溶劑，向在所述步驟b中得到的沉澱物質中加入5ml甲苯，使沉澱物質溶解形成fapbbr3納米晶分散液，然後對fapbbr3納米晶分散液進行離心，以2000rpm離心速度進行離心處理3分鐘，然後去掉上清液，取離心處理後的沉澱物質，最終獲得fapbbr3綠光納米晶。
實驗測試分析：
對實施例一製備的fapbbr3納米晶甲脒鉛滷化物光電材料進行光譜測試分析，得到fapbbr3綠光納米晶的綠光吸收光譜和綠光發射光譜，如圖1所示，其發射峰位是530nm，半峰寬為20.5nm，較窄的半峰寬意味著色域更寬，十分適合用來做發光材料。
對實施例一製備的fapbbr3納米晶甲脒鉛滷化物光電材料進行微觀分析，得到fapbbr3納米晶的tem圖，參見圖2，其尺寸為10nm左右，分散性較好，沒有出現聚沉的現象，由此說明我們所採用的聲波降解方法可以製備出形貌單一，尺寸均勻，分散性好的納米晶。
綜上所述，實施例一製備的fapbbr3納米晶甲脒鉛滷化物光電材料能夠實現穩定的「530-535nm」的光致發光，通過使用超聲波細胞破碎對溶液進行聲波降解，無需氮氣環境，無需高溫反應，室溫合成，合成時間短，合成效率高，量子產率能達80％以上，可大批量生產fapbbr3納米晶。
實施例二：
本實施例與實施例一基本相同，特別之處在於：
在本實施例中，一種鈣鈦礦發光材料甲脒溴化鉛fapbbr3納米晶的低溫快速製備方法，包括如下步驟：
a.fapbbr3納米晶原溶液的製備：採用1-十八烯(ode)、油酸(oa)、油胺溴(oambr)、pbo、甲脒乙酸鹽(fa-oleate)作為原料，按照設定的配比稱量將上述原料並進行攪拌均勻混合，即取一個25ml的燒杯，加入9.5ml的ode、1.9ml的oa，然後稱量0.3mmol的105mg的oambr、0.2mmol的44.6mg的pbo和0.4mmol的41.6mg的fa-oleate，接著把稱量的材料倒入燒杯中，混合在一起，並將vcx800超聲波細胞破碎的超聲探頭放置於上述燒杯中的溶液中，設置工作時間10分鐘，進行攪拌均勻混合，製成原料混合液，即完成fapbbr3納米晶原溶液的製備；
b.向在所述步驟a中製備的fapbbr3納米晶原溶液中加入5.7ml乙腈和2.85ml甲苯，在進行均勻混合後，得到混合液體系，然後對混合液體系進行離心，在6400rpm的離心速度下離心10分鐘，然後去掉上清液，取離心處理後的沉澱物質；
c.採用甲苯作為溶劑，向在所述步驟b中得到的沉澱物質中加入4.75ml甲苯，使沉澱物質溶解形成fapbbr3納米晶分散液，然後對fapbbr3納米晶分散液進行離心，以2000rpm離心速度進行離心處理3分鐘，然後去掉上清液，取離心處理後的沉澱物質，最終獲得fapbbr3綠光納米晶。
實施例二製備的fapbbr3納米晶甲脒鉛滷化物光電材料能夠實現穩定的「530-535nm」的光致發光，通過使用超聲波細胞破碎對溶液進行聲波降解，無需氮氣環境，無需高溫反應，室溫合成，合成時間短，合成效率高，量子產率能達80％以上，可大批量生產fapbbr3納米晶。
上面結合附圖對本發明實施例進行了說明，但本發明不限於上述實施例，還可以根據本發明的發明創造的目的做出多種變化，凡依據本發明技術方案的精神實質和原理下做的改變、修飾、替代、組合或簡化，均應為等效的置換方式，只要符合本發明的發明目的，只要不背離本發明鈣鈦礦發光材料甲脒滷化鉛納米晶的低溫快速製備方法的技術原理和發明構思，都屬於本發明的保護範圍。