[發(fā)明專利]一種有機-無機雜化鈣鈦礦及其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010151323.6
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111349035B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚育慧;宋寧;杜鵬康;張鈺松;韓定沖
• 申請（專利權(quán)）人: 江西理工大學
• 主分類號: C07D207/12
• 分類號: C07D207/12;H01L51/46
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 李靜

本發(fā)明涉及鈣鈦礦材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種有機?無機雜化鈣鈦礦及其制備方法和應用，本發(fā)明公開的有機?無機雜化鈣鈦礦材料，表面光滑，直徑均勻，具有很好的半導體性能和非線性光學性能，可用于制備非線性光學器件、儲能材料，應用于介電開關(guān)領(lǐng)域，其制備方法，利用金屬鹵化物或者金屬氧化物，與3?羥基吡咯烷為原料，通過有機小分子與無機分子發(fā)生自組裝而形成的復合晶體材料，使其既有無機組分的機械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，又具有有機組分的易加工性和光電功能性，而且制備方法簡單，成本低廉，可用于大規(guī)模制備。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈣鈦礦材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種有機-無機雜化鈣鈦礦及其制備方法和應用。

背景技術(shù)

有機-無機雜化鹵化物鈣鈦礦，如MAPbI₃，已成為一種新型材料，屬于分子鐵電材料，廣泛應用于光電領(lǐng)域。鈣鈦礦材料具有價格低廉、重量輕、柔韌、耐磨、環(huán)保等優(yōu)點，直接帶隙且?guī)秾挾瓤烧{(diào)、吸收系數(shù)高且吸收波段覆蓋紫外到近紅外波段、載流子遷移率高且電子與空穴傳輸性能相對平衡，在數(shù)據(jù)存儲、壓電傳感器、非線性光學器件等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景；作為分子鐵電材料還具有獨特的結(jié)構(gòu)可調(diào)性、機械柔性和低聲阻抗特性；除此之外，它們還具有加工環(huán)保、成本低和生物相容性的潛能。

分子鐵電體是無機鐵電體的重要補充材料，例如，CH₃NH₃PbI₃特別適合用于下一代太陽能設(shè)備，通常情況下，三維CH₃NH₃PbI₃具有優(yōu)異的物理性能、高吸收系數(shù)和顯著的載流子輸運，在太陽能電池中得到了顯著的發(fā)展，其記錄的功率轉(zhuǎn)換效率在不到10年的時間里從3.85％迅速提高到22.1％。

有一些有機-無機雜化鈣鈦礦材料在溫度誘導下會發(fā)生可逆相變，產(chǎn)生的技術(shù)效果類似于介電開關(guān)材料，一類可在外界刺激下，如：溫度、壓力、光照等，產(chǎn)生介電狀態(tài)可逆轉(zhuǎn)變的材料，這為相應領(lǐng)域的拓展提供了一種新方法。有機-無機雜化鈣鈦礦材料在各個領(lǐng)域的應用可以直接使用已經(jīng)合成制備形狀規(guī)則的晶體顆粒，所以完美規(guī)則的晶體的合成方案非常重要。在合成過程中，合理的對前驅(qū)體濃度與比例、反應時間、反應溫度以及溶劑的選擇進行調(diào)控，優(yōu)化晶體的晶化過程，制備完美規(guī)整的大塊鈣鈦礦單晶，是本領(lǐng)域技術(shù)人員要研究的問題。

除了這些廣受關(guān)注的三維鈣鈦礦外，低維有機-無機雜化鈣鈦礦材料因其獨特的光物理性質(zhì)和相對穩(wěn)定的潤濕性而備受關(guān)注此外，低維鹵化鉛打破了對間隔陽離子半徑的限制，使其能夠采用各種有機陽離子。

現(xiàn)有技術(shù)普遍采用聚乙烯吡咯烷酮制備的鈣鈦礦材料，但是聚乙烯吡咯烷酮制備的一般都是鈣鈦礦薄膜材料，應用于鈣鈦礦電池中，它需要具有面積要足夠大，質(zhì)量要足夠好等優(yōu)點，這樣才能保證電池的光電能量轉(zhuǎn)換效率足夠高，它所采用的制備方法一般為旋涂法。中國專利文獻CN106938855公開了一種規(guī)模化快速制備鈣鈦礦半導體材料的方法，生成的鈣鈦礦為A₄PbX₆，其中A為Cs⁺、Rb⁺、甲胺陽離子或其混合陽離子，X為Cl^-、Br^-、I^-中的一種。將PbX₂和AX按照一定比例溶于或部分溶于前軀體溶劑中，得到前軀體溶液體系，接著加入助溶劑，抗溶劑，生成中間過渡相沉淀；中間過渡相沉淀干燥即得到分子通式為A₄PbX₆的鈣鈦礦半導體材料。雖然其生產(chǎn)的鈣鈦礦純度高、熒光率高，但是仍然缺乏機械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，光電功能也有待提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)雜化鈣鈦礦材料在合成、環(huán)境友好以及材料性能方面的不足，提供一種有機-無機雜化鈣鈦礦晶體材料及其制備方法；該合成方法條件溫和，合成的晶體大小均勻，半導體性能優(yōu)異。