全无机钙钛矿纳米晶玻璃的析晶机理、性能调控及应用研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:a18102023
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全无机钙钛矿纳米晶(CsPbX3,X=Cl、Br、I)由于其高的光致发光量子产率(PLQY)、发光色纯度高及简单的制备技术等因素被认为是用于下一代发光二极管的光发射器。但由于其离子晶体的特性以及形成能较低,其环境、水稳定性和热稳定性都很差,这极大地限制了其实际应用。玻璃是一种稳定的载体,目前已经被证明通过将全无机钙钛矿纳米晶在玻璃中原位结晶可以很好地解决其稳定性差的问题,但是全无机钙钛矿纳米晶玻璃还存在以下问题:(1)低量子产率导致的发光效率低;(2)析晶方式单一且机理不清楚;(3)玻璃网络结构对其性能的影响不明确;(4)应用领域狭窄。在本文中,我们采取高温熔融法制备了全无机钙钛矿纳米晶玻璃,通过离子掺杂等策略对其进行调控。最终实现了:(1)量子产率的提高;(2)析晶方式及机理的研究;(3)玻璃网络结构与其性能关系的探索;(4)应用领域的拓展。具体内容包括以下四个部分:1.制备了一系列Li Br掺杂的CsPbBr3NCs玻璃。通过一系列表征表明,Li Br不参与玻璃网络结构的形成,也不显著改变玻璃结构。掺杂后,量子产率从20%增加到82%,这是基于CsPbBr3NCs玻璃的绿色发射的最高值之一。同时,它的稳定性也有所增强。分析表明,Li Br掺杂可以增强Pb-Br键的键能,抑制卤化物迁移并减少Br空位的产生。基于7%Li Br掺杂CsPbBr3NCs玻璃制造了具有出色光学参数的白色发光二极管(WLED)。2.制备了一系列大量Li+掺杂的CsPbBr3NCs玻璃,实现了无需热处理的自结晶CsPbBr3NCs析出。研究表明,大量Li+掺杂会改变玻璃的网络结构,从而导致玻璃中的聚集态增高。同时,玻璃的相分离程度增加。这两个因素都有利于玻璃中CsPbBr3NCs的形成。自结晶的Cs PBbr3NCs玻璃具有比热处理获得的更好的发光性能,其PLQY可以达到40%。而且具有良好的稳定性,尤其是热稳定性。利用自结晶的纳米晶玻璃、蓝色和红色商用荧光粉结合在一起,构建了具有良好应用前景的WLED。3.通过在硼硅酸盐玻璃中,调控碱金属的种类及含量制备了一系列的CsPbBr3NCs玻璃。一系列表征表明,调控碱金属的类型和比例,可以改变玻璃网络结构中[BO3]和[BO4]的比例和相分离情况。其对纳米晶的析出、光学性质和稳定性起到了不同的作用。在[BO3]层状结构占主导的前提下,相分离程度的增加有利于纳米晶的析出,含Li Br和Na Br的CsPbBr3NCs玻璃具有更优异的光学性质,更多的三维架状结构[BO4]对玻璃中纳米晶的环境、水和热稳定性有一定的提升。4.结合玻璃优秀的光学透过率以及稳定性实现了CsPbBr3NCs玻璃作为闪烁体应用于X射线成像的应用拓展及性能优化。最终基于CsPbBr3NCs玻璃得到了11.0 lp/mm的空间分辨率,基于CsPbBr3:Li Br NCs玻璃实现了16.0 lp/mm的空间分辨率,这是迄今为止基于钙钛矿闪烁体的X射线成像的记录分辨率。同时我们分析了CsPbBr3NCs玻璃闪烁体的X射线衰减效率等闪烁性质,最终得到了154μGyair/s的检测极限,表明CsPbBr3NCs玻璃可以作为闪烁体应用于X射线成像领域。
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