[發(fā)明專利]一種基于化學(xué)氣相沉積法制備多波長發(fā)射的鈣鈦礦微米片的方法

有效

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• 申請日: 2022-05-25
• 公開（公告）號: CN114988462B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莊秀娟;儲安石
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: C01G21/00
• 分類號: C01G21/00;C09K11/66
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

本發(fā)明提供了一種基于化學(xué)氣相沉積法制備多波長發(fā)射全無機(jī)鈣鈦礦微米片的方法，屬于光學(xué)材料制備領(lǐng)域。所述全無機(jī)鈣鈦礦微米片的化學(xué)式為CsPbClsubgt;x/subgt;Brsubgt;3?x/subgt;:Er，該稀土摻雜鈣鈦礦微米片是以CsPbClsubgt;x/subgt;Brsubgt;3?x/subgt;鈣鈦礦為基質(zhì)材料，并通過控制生長溫度，調(diào)控Ersupgt;3+/supgt;在CsPbClsubgt;x/subgt;Brsubgt;3?x/subgt;鈣鈦礦晶格中的摻雜類型，最終獲得多波長發(fā)射的鈣鈦礦微米片。該方法利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，使用管式爐在合適條件下制備形貌規(guī)整的鈣鈦礦微米片。本發(fā)明提供的稀土摻雜鈣鈦礦微米片制備方法簡單、空氣穩(wěn)定性好，而且Ersupgt;3+/supgt;摻雜CsPbClsubgt;x/subgt;Brsubgt;3?x/subgt;鈣鈦礦微米片實(shí)現(xiàn)了多波長發(fā)射。該方法是首次在鈣鈦礦微米片中利用稀土離子摻雜實(shí)現(xiàn)多種摻雜類型調(diào)控與發(fā)光調(diào)控，在發(fā)光領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于化學(xué)氣相沉積法制備多波長發(fā)射的鈣鈦礦微米片的方法，該Er³⁺摻雜全無機(jī)鈣鈦礦CsPbCl_xBr_3-x微米片成功實(shí)現(xiàn)雙波長或三波長發(fā)射。

背景技術(shù)

近年來，鹵化物鈣鈦礦由于其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的物理特性，比如：光吸收系數(shù)高、激子結(jié)合能低、載流子擴(kuò)散長度長、載流子壽命長、缺陷容忍度高以及制備方法簡單，在太陽能電池、發(fā)光二極管、光電探測器、激光器等光電器件領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用前景。目前，常見的鹵化物鈣鈦礦主要有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦和全無機(jī)鈣鈦礦，全無機(jī)鈣鈦礦表現(xiàn)出更好的空氣穩(wěn)定性。

自2009年以來，鈣鈦礦材料由于其在能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)方面的快速發(fā)展，顯示出作為下一代太陽能電池材料的巨大潛力。到目前為止，報(bào)道的有機(jī)無機(jī)雜化鹵化物鈣鈦礦太陽能電池最高的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)超過25％。有機(jī)無機(jī)雜化鈦礦作為器件中的關(guān)鍵材料，吸引了科研人員的廣泛關(guān)注，但是由于存在不穩(wěn)定的有機(jī)基團(tuán)，有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦材料容易受到空氣中的氧氣和水分子的影響，使得晶體結(jié)構(gòu)容易發(fā)生變化，電子器件的性能受到很大影響。因此，研究穩(wěn)定性更好的鹵化物鈣鈦礦具有重要的意義。選用銫元素來取代雜化體系中的有機(jī)基團(tuán)，可以獲得穩(wěn)定性更好的鹵化物鈣鈦礦，由此，銫鉛鹵化物鈣鈦礦材料成為新型半導(dǎo)體器件以及光物理現(xiàn)象研究的理想材料之一。

雜質(zhì)離子的摻入或摻雜是調(diào)控鹵化物鈣鈦礦電子、光學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的一種理想方法，比如引入錳元素不僅能使鈣鈦礦材料具有磁性，而且能使得鈣鈦礦元素實(shí)現(xiàn)黃光發(fā)射。稀土元素由于具有豐富的能級結(jié)構(gòu)，電子在不同的能級之間的躍遷可以實(shí)現(xiàn)從紫外線到近紅外范圍內(nèi)的光譜發(fā)射，同時(shí)能顯著提高鈣鈦礦材料的熒光量子產(chǎn)率，近年來受到研究人員的關(guān)注。

目前報(bào)道較多的離子摻雜全無機(jī)鈣鈦礦材料制備方法主要是溶液法，迄今為止，化學(xué)氣相沉積法制備離子摻雜全無機(jī)鈣鈦礦材料鮮有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明首次采用了化學(xué)氣相沉積法制備多波長發(fā)射的鈣鈦礦微米片。其操作包括：將溴化銫與氯化鉛按摩爾比1：1攪拌混合后置于石英管內(nèi)靠近管式爐進(jìn)氣端邊緣內(nèi)的磁舟中，取適量ErCl₃置于管式爐中央的磁舟中；控制升溫速率，使粉末在氬氣氣氛升華為汽態(tài)，并隨著高純氬氣載氣在低溫區(qū)的硅/二氧化硅片襯底上成核生長形成微米片。

本發(fā)明具有制備方法簡單、重復(fù)性好、結(jié)晶質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，而且該方法是首次在鈣鈦礦微米片中利用稀土離子摻雜實(shí)現(xiàn)雙波長或三波長發(fā)射，全無機(jī)鈣鈦礦微米片作為一種新型的半導(dǎo)體材料，可控合成的多波長發(fā)射的鈣鈦礦微米片在發(fā)光領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，而且在制備光電器件為代表的電子學(xué)器件中具有深遠(yuǎn)的意義。

本發(fā)明在于提供一種基于化學(xué)氣相沉積法制備多波長發(fā)射的鈣鈦礦微米片的方法，包括以下步驟：