[發明專利]一種基于鈣鈦礦量子點玻璃的光放大材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201811560792.2
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN109809698B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 孟憲賡;劉陽
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C03C10/16
• 分類號: C03C10/16;C03C6/06;C03B5/16;C03C4/12;H01S3/17
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊磊

本發明涉及一種基于鈣鈦礦量子點玻璃的光放大材料及其制備方法與應用，該材料包括：增益介質，用于接收連續激光輻射而激發光子，增益介質為鈣鈦礦量子點；以及非晶態玻璃，用于保護量子點以提高化學穩定性。光放大材料包括如下摩爾比的原料組成：B₂O₃：SiO₂：ZnO：Al₂O₃：Cs₂CO₃：PbBr：NaBr＝(30～50)：(30～40)：(5～10)：(1～10)：(1～10)：(10～20)：(10～20)。將所需原料混合后，置于密閉氧化鋁坩堝中，使原料在高溫下揮發為氣相，倒在不銹鋼板上急冷成型，即得。本發明制作方法簡單，具有很好的雙光子光放大的應用前景，可用于波長上轉換、光學數據存儲、生物成像和光動力學治療。

技術領域

本發明涉及激光器件技術領域，尤其涉及多光子激發的鈣鈦礦量子點光放大器。

背景技術

具有低激子結合能、高熱穩定性、平衡電子和空穴遷移率壽命等優異光電性能的全無機鈣鈦礦量子點，如AMX₃型量子點(典型的A＝Rb⁺,Cs⁺；M＝Ge²⁺,Sn²⁺,Pb²⁺；X＝F^-,Cl^-,Br^-,I^-)在高效率光伏電池、發光二極管、激光器和光電探測器等領域有著巨大的應用前景。盡管在各個領域都取得了巨大的成功，但與其穩定性有關的幾個問題阻礙了AMX₃型量子點的應用。由于AMX₃型量子點具有較強的固有離子性質和較高的表面能，在與極性溶劑和大氣接觸時會迅速降解為其組成成分，從而影響了AMX₃型量子點光電器件的長期穩定性，這一問題至今還沒有得到很好的解決。

在過去的十年中，制定了許多提高AMX₃型量子點穩定性的策略。在AMX₃型量子點的表面修飾配體使表面鈍化，不僅提高了樣品的熒光性能，而且提高了穩定性。一般情況下，AMX₃型量子點被長鏈烷基油酸和油胺分子覆蓋。但由于油酸和油胺分子在量子點表面結合不緊密，因此在純化和高強度脈沖激光照射過程中容易丟失，導致量子點不穩定。除此之外，基體封裝也可以保護AMX₃型量子點不與外界環境接觸，提高化學穩定性。一般情況下，由于表面保護層的非致密結構，常規的聚合物、介孔硅和介孔Al₂O₃不能很好地保護量子點。

近年來的研究結果表明，將鈣鈦礦量子點摻雜到更致密、更穩定的玻璃介質中是解決上述問題的也是有效策略。2016年，Bing Ai等人[J.AM.CERAM.SOC.2016,99(9):2875-2877]用兩步法(熔體淬火和熱處理法)在磷酸鹽玻璃中制備了CsPbBr₃量子點。該文章僅研究了材料的熒光特性，并沒有研究光放大特性。量子點摻雜的玻璃不僅可以防止量子點的團聚，而且還能提高化學穩定性和熱穩定性。2018年，Chen等人[ACS.APPL.MATER.INTER.2018,10(22):18918–18926]采用原位納米晶化策略，在特制的TeO₂基玻璃基體中直接生長CsPbBr₃量子點，并在77K下觀察到光放大。但是，該方法得到的材料在極低的溫度下才會有光放大。因此，研究能在室溫下觀察到光放大的光放大材料，成為本領域亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于鈣鈦礦量子點玻璃的光放大材料及其制備方法與應用。

本發明的技術方案如下：

一種基于鈣鈦礦量子點玻璃的光放大材料，該材料包括：

增益介質，用于接收連續激光輻射而激發光子，所述增益介質為鈣鈦礦量子點；以及非晶態玻璃，用于保護量子點以提高化學穩定性。