无论在军用还是民用设备如照明,显示,通讯,传感,生物成像及探测等等,半导体荧光材料都有着广泛的应用.此外,随着生活水平的不断提高,人们对室内外的照明舒适度以及显示器的色彩表现效果的追求也越来越高.然而,目前作为光源的白光LED中稀土荧光粉由于红光部分的缺失,使得光源的显色指数远远不能满足高质量显示和照明的要求.此外,传统材料的发光峰都比较宽,色彩表现力差.虽然自发光的有机发光二极管(OLED)被认为是非常理想的替代品,但是他们一直面临着成本高、良率低、大尺寸显示困难等问题,迟迟得不到大范围的推广.荧光纳米晶由于其在可见光波段任意可调的发光波长和广色域等优势,可以很好地弥补稀土荧光粉的缺点,有望成为下一代显示器的重要组成部分.然而,在如此巨大的产业链中,最关键的纳米晶相关专利技术却都被欧美公司垄断.国内相关领域的产业化受到很大的限制,如目前商业化的荧光纳米晶中剧毒元素镉的环境问题以及铟的资源短缺问题也一直困扰着大家.另外,具有短波长发光的纳米晶只能通过量子限制效应获得,这很大程度上影响了材料的稳定性和可重复性,使得产品的设计受到了很大的限制.因此,相对低毒、低成本、高质量的新型纳米晶亟待开发.　　本文集中于一种新型无机卤素钙钛矿纳米晶的合成,并发展了一系列的合成方法以降低其成本,提高产率和材料稳定性.在此基础上,详细研究了这类纳米晶的表面化学态,受激辐射等物理化学特性,以及这些性质相关的应用.主要创新研究成果如下:　　1)发展了基于传统热注入法的新型无机卤素钙钛矿荧光纳米晶的合成.通过卤素阴离子种类和比例的调控,成功地获得从405 nm到650 nm的荧光发射,且荧光量子效率高达90%以上,色域超过140% NTSC电视颜色标准.提出并证明了高激子结合能(40 meV)、表面卤素自钝化、类量子阱结构的协同作用对高荧光量子效率的贡献.在此基础上,获得了基于钙钛矿纳米晶的低阈值受激辐射(22 μJ cm-2)和激光发射(11 mJ cm-2).证明了源于双激子过程的受激辐射、较大的双激子结合能(50 meV)以及快于俄歇复合(大约105 ps)的双激子复合过程(小于50 ps)对于低阈值受激辐射的贡献.　　2)发明了一种室温过饱和析晶钙钛矿纳米晶合成方法.在保持其优异光学性质的前提下,大大降低了合成成本,提高了可操作性.开放的实验环境使得规模化合成更加方便,可控,实现了1 L溶剂的大批量合成.研制了基于上述荧光纳米晶的LED器件,其色温可以从2500K调到11500 K,且获得了接近纯白的白光(0.33,0.30)发射.在此基础上,利用近红外飞秒激光激发,研究了无机卤素钙钛矿纳米晶中的非线性多光子吸收特性,以及相应的荧光发射现象.由于其高效的激光能量转换效率,通过制备纳米晶/PMMA复合薄膜,实现了近红外光的光限辐应用,其中限辐阈值为2.8J cm-2.　　3)发明了一种钙钛矿纳米晶荧光粉的一步合成方法.特点是将所有原料,包括氨基化的氧化硅球、溶剂、表面活性剂和反应原料等全部放入反应容器中,在开放的环境下直接加热,即可获得高荧光效率的复合荧光粉.由于氧化硅球的阻隔效应,其环境稳定性和光稳定性得到了很大的提高.此外,利用钙钛矿纳米晶/氧化硅球这种高散射、高激光增益效果的特殊结构,我们首次实现了不需要外加谐振腔的随机激光发射,激发阈值约为40μJ cm-2.该方法有可能打开基于钙钛矿纳米晶的多功能复合材料研究领域的另一扇大门.　　4)发明了一种室温下的钙钛矿薄膜微区自修复方法.通过表面溶解-再结晶技术,实现了钙钛矿材料的伸缩自如变化.钙钛矿颗粒的尺寸可以在几纳米和微米级别进行循环变化.经过处理后,制备过程中产生的孔洞和裂纹等缺陷大大降低,钙钛矿薄膜变得非常致密,平整.器件的响应度、外量子效率、响应时间和稳定性等参数都提高了700%以上.针对无机卤素钙钛矿光探测器响应度低的问题,通过在钙钛矿薄膜中引入由碳纳米管形成的导电网络,获得了目前同结构无机钙钛矿探测器中最高的的响应度(31.1A W-1)和外量子效率(7488%).　　5)提出了一种新的光通讯加密技术.通过控制钙钛矿薄膜的厚度及其致密性,实现了集可见光和近红外探测于一体的双功能无机卤素钙钛矿窄带光探测器,半高宽最小达到了13.6 nm,且探测波段可以通过阴离子交换进行灵活地调控.基于这种高度光谱选择性的双波段探测的器件,演示了纯粹基于探测器的光通讯加密技术.这种高度光谱选择的双波段窄带探测器在保密通讯中有着重要的应用前景,也为新型加密技术提供了一个新的平台.