全无机CsPbBr3钙钛矿纳米晶的原位合成及其光学性能研究

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自2009年Miyasaka等人首次使用机-无机杂化钙钛矿(OHP)作为一种新的光敏化剂取代传统染料电池中的吸光层以来,人们就没有停止对钙钛矿材料探索的脚步。相对于有机-无机杂化钙钛矿,全无机钙钛矿(IHP)拥有更加优异的物理和化学特性,在太阳能电池和液晶显示等领域都有着广泛的应用。然而,鉴于其离子晶体的特性,即使是全无机钙钛矿,其在高温环境下或者高极性溶剂中仍然容易发生相变和分解,因此要推动其在液晶显示领域的实际应用,还面临两个大问题:一是CsPbX3钙钛矿纳米晶体在水热环境下固有的不稳定性,二是如何对齐CsPbX3钙钛矿纳米线或者纳米棒体以获得增强的偏振光学性能。本论文以CsPbBr3纳米体系为中心,首次利用静电纺丝技术原位合成了不同长径比的全无机CsPbBr3纳米棒,并且系统研究了不同因素对钙钛矿纳米棒长径比及光学性能的影响,另外,使用同轴静电纺丝法进一步增强了钙钛矿纳米晶的水热稳定性。主要研究结果如下:(1)基于一步静电纺丝法在PS聚合物中原位合成了CsPbBr3纳米棒,经过优化后,纳米棒的长径比达到了7.0且具有均匀的空间分布。考虑到钙钛矿纳米晶在聚合物中的形核过程和复杂的粘性环境,对纺丝温度、钙钛矿前驱体比例、油胺用量和二甲基亚砜的含量进行了仔细的调整并研究了它们对CsPbBr3纳米棒形貌和光学性能的影响。制备的复合CsPbBr3@PS纳米纤维拥有明亮的绿色发射、高的荧光量子产率(PLQY)和窄的半高宽(FWHM)。(2)将同轴CsPbBr3纳米纤维薄膜在水中放置0-30天,其荧光光谱(PL)峰位几乎没有发生变化。相较于单轴CsPbBr3纳米纤维(32.7%),同轴纳米纤维的荧光量子产率(PLQY)明显提高(41.5%),在水中浸泡10天后能够保持初始值的84.3%,30天后依然可以保持初始值的82.8%左右。增大壳层聚合物的浓度,即把预制的壳层溶剂的中加入1000 mg PS,将制备好的同轴纳米纤维薄膜同样在水中放置0-30天并定期检测其PLQY变化情况,其初始PLQY达到了42.8%,在水中浸泡10天后能够保持初始值的89.5%,30天后仍能保持初始值的88.3%,水稳定性进一步改善。(3)将同轴纤维薄膜在80℃恒温干燥箱中加热0-300 min,期间定期检测其PL和PLQY变化情况。相较于单轴CsPbBr3纳米纤维,同轴纤维的热稳定性明显改善,其PL峰位红移很小。当在干燥箱中加热5 min时,同轴纤维的PLQY保持在将近原始值的94%,当加热时间达到120 min时,还可以保持将近原始值的65%左右。
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