[發(fā)明專利]一種純無機(jī)發(fā)窄譜藍(lán)紫光二維鈣鈦礦單晶材料及生長方法

在審

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• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111270310A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁建旭;井琳;姚青;張杰;王開宇;袁野;孫海清
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號: C30B29/12
• 分類號: C30B29/12;C30B7/08;C30B7/04;H01S3/16
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11616
• 代理人: 胡文強(qiáng)

本發(fā)明提供一種純無機(jī)、大尺寸、二維鈣鈦礦發(fā)窄譜藍(lán)紫光單晶材料及其生長方法，該方法利用從溶劑中緩慢降溫或揮發(fā)溶劑的方法獲得大尺寸單晶；其中所述大尺寸二維鈣鈦礦發(fā)光單晶的化學(xué)式為CsPb₂Cl₅。該單晶為二維晶體結(jié)構(gòu)；發(fā)光峰半峰寬窄，發(fā)光峰位417nm，半高寬小于18nm，單晶尺寸大。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種純無機(jī)、二維鈣鈦礦單晶材料，其組成為Cs₂PbCl₅。該材料可被紫外光激發(fā)，產(chǎn)生較強(qiáng)的主峰位于417nm的藍(lán)紫色發(fā)光，譜寬為18nm。

背景技術(shù)

二維結(jié)構(gòu)的鹵化鉛鈣鈦礦材料CsPb₂X₅(X＝Cl，Br，I)是由Pb離子與鹵素離子形成的[PbX]₆^4-八面體通過鹵素離子相連形成的二維周期結(jié)構(gòu)。該類材料屬于純無機(jī)鈣鈦礦材料。與有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦材料相比，一方面其具有較高的穩(wěn)定性；另一方面與三維鈣鈦礦材料相比，二維鈣鈦礦發(fā)光色純度高、發(fā)光顏色可調(diào)、載流子壽命更長、發(fā)光效率更高、缺陷容忍空間更大，因此在高性能太陽能電池、光探測器、晶體管、存儲器等光電子器件領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。

采用Cs-Pb-X體系合成材料時(shí)，可以同時(shí)合成Cs₄PbX₆、CsPbX₃、CsPb₂X₅多種結(jié)構(gòu)的材料，且它們之間容易相互轉(zhuǎn)化，因此合成純相CsPb₂X₅較為困難，需要嚴(yán)格控制溶液濃度、溫度和壓力；且合成的粉體材料易轉(zhuǎn)化為CsPbX₃，在發(fā)光和照明器件中出現(xiàn)色度不純等問題。基于以上考慮，獲取CsPb₂X₅的單晶，并依托其單晶制備光電器件為首選之策。

采用Cs-Pb-X體系合成鈣鈦礦材料，常見的是CsPb₂Br₅材料。該材料為寬禁帶、直接半導(dǎo)體，但發(fā)光活性極低，限制了在光電器件領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。其同族材料CsPb₂Cl₅受[PbX]₆^4-八面體體積較小的影響，具有良好的發(fā)光活性。但目前為止，尚未有CsPb₂Cl₅單晶材料及生長方法的研究。

因此，本發(fā)明提供一種純無機(jī)、發(fā)窄帶寬藍(lán)紫光二維鈣鈦礦單晶材料及生長方法，該單晶材料在紫外光輻照后，肉眼可見強(qiáng)的藍(lán)紫色發(fā)光，其良好的發(fā)光特性。該單晶材料及其生長方法對于拓展CsPb₂Cl₅單晶在半導(dǎo)體激光器及LED中的應(yīng)用具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種純無機(jī)、發(fā)窄譜藍(lán)紫光的二維鈣鈦礦晶體材料及其生長方法。該方法簡便可行，所得發(fā)光材料具有窄帶譜的藍(lán)紫色發(fā)光。

所述晶體的化學(xué)成分為CsPb₂Cl₅，其晶體結(jié)構(gòu)為二維結(jié)構(gòu)，[PbCl]₆^4-八面體在層內(nèi)相連接而成。

所述CsPb₂Cl₅晶體的帶隙為～3.8eV，在紫外光的激發(fā)下，會發(fā)射出主峰位于417nm附近的窄譜藍(lán)紫光，發(fā)射光譜的半高寬大約為18nm。

所述藍(lán)紫色發(fā)光二維鈣鈦礦CsPb₂Cl₅晶體生長方法為低溫緩慢降溫或緩慢揮發(fā)溶劑生長技術(shù)，其生長步驟為：

將氯化鉛(PbCl₂)和氯化銫(CsCl)按一定的摩爾比例混合溶解于去離子水或濃鹽酸中，于40-80℃下充分?jǐn)嚢枞芙猓@得前驅(qū)體溶液。以一定降溫速率或緩慢揮發(fā)至室溫可以獲得一種無色透明的Cs₂PbCl₅二維鈣鈦礦單晶。