[發明專利]一種高熒光量子產率雜化鈣鈦礦量子點材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410612348.6
• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN104388089A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 鐘海政;張峰;吳顯剛;黃海龍;牛玉瑋
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C09K11/87
• 分類號: C09K11/87;C09K11/66;C09K11/61;C09K11/75;C09K11/02;H01L33/50
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

技術領域

本發明涉及一種高熒光量子產率雜化鈣鈦礦量子點材料及其制備方法，屬于納米材料、光電材料制備技術領域。

背景技術

理想無機鈣鈦礦的化學通式為ABX₃，其中，中心金屬陽離子B與陰離子X形成配位八面體結構，A存在于八面體間隙，起到平衡BX₃陰離子電荷的作用，相對于典型的三維鈣鈦礦結構，當沿著某一方向從三維結構中抽出幾層八面體層，或者用其他成分取代幾層八面體層時，則會出現層狀鈣鈦礦結構。有機-無機雜化鈣鈦礦材料是用有機胺取代無機鈣鈦礦中的A位原子，填充在各個八面體間隙中，各個八面體通過共頂點連接伸展成無限延伸的網絡結構，有機胺通過胺上的氫與鹵素離子形成氫鍵而伸入無機層空間，有機鏈之間通過范德華力相互作用，從而形成了有機無機層交替排布的雜化結構。對于雜化鈣鈦礦結構，有機胺填充在無機八面體間隙中需要滿足容忍因子t的限制：(R_A+R_X)＝t√2(R_B+R_X)，R_A、R_B、R_X分別為相應原子半徑。容忍因子在0.8≤t≤0.9范圍內時會形成三維鈣鈦礦結構，因此，A、B、X的原子半徑決定了有機胺鏈能否進入到間隙中。對于鹵化鉛、鹵化錫為無機層的雜化鈣鈦礦結構，能夠形成三維結構的多為短鏈胺，常見的有CH₃NH₃MX₃(M＝Pb、Sn)、NH₂CH＝NH₂SnI₃。

有機-無機雜化鈣鈦礦材料從分子尺度上結合了有機材料和無機材料的優點，不僅具有無機組分良好的熱穩定性、機械性能以及電磁特性，有機組分的易加工成膜等優點，其獨特的無機層和有機胺交替堆積形成的量子阱結構使其在量子約束效應和介電約束效應的雙重作用下，具有較大的激子結合能，表現出了獨特的光電特性，如大的載流子遷移率，強的室溫光致發光，且具有半峰寬窄，發光色純度高的特點，并且可以通過對有機組分和無機組分進行調控從而實現發光特性的控制，在場效應晶體管、太陽能電池、發光、顯示等領域具有獨特的應用價值。基于以上雜化鈣鈦礦材料的獨特性質和應用，近年來該類材料的研究已引起世界范圍內研究者的廣泛關注和極大興趣。

雖然雜化鈣鈦礦材料在室溫下會表現出光致發光性質，但目前實驗室所獲得該類材料的量子產率仍很低，而且很難有效分散于溶劑中并保持其結構不被破壞。這成為了制約雜化鈣鈦礦材料發展的瓶頸，能有效解決該問題無論在科學研究還是在應用中都有很大價值。因此，提高雜化鈣鈦礦材料的熒光量子產率和獲得良好分散性的雜化鈣鈦礦溶液顯得尤為重要，這激發了雜化鈣鈦礦量子點的合成。當有機-無機雜化鈣鈦礦材料的尺寸降低到納米級別時，一方面由于量子點尺寸很小且表面有配體存在，很容易分散于常見溶劑中，使其能通過多種方法應用于光電領域中，這為雜化鈣鈦礦材料的加工應用帶來極大便利；另一方面，由于量子點自身獨特的量子限域效應，有機-無機雜化鈣鈦礦量子點將會展現出比塊體材料更優異的性質，如更強的發光，更長的熒光壽命，更高的量子產率，并且可以通過控制納米顆粒的尺寸大小對其發光波長進行調控。與無機量子點材料不同，有機-無機雜化鈣鈦礦量子點的半峰寬更窄，發光色純度更高，在高性能顯示器件中有很大優勢。雜化鈣鈦礦材料還可作為獲得激光的潛在材料。另外，其層層自組裝結構使其具備獨特的非線性光學特性，可應用于非線性光學器件中。因此，有機-無機雜化鈣鈦礦量子點必將雜化鈣鈦礦材料的研究和應用推向新的高潮，并且有著更為廣闊的發展前景。