全无机CsPbBr3钙钛矿纳米晶的原位合成及其光学性能研究

摘要

自2009年Miyasaka等人首次使用机-无机杂化钙钛矿(OHP)作为一种新的光敏化剂取代传统染料电池中的吸光层以来，人们就没有停止对钙钛矿材料探索的脚步。相对于有机-无机杂化钙钛矿，全无机钙钛矿(IHP)拥有更加优异的物理和化学特性，在太阳能电池和液晶显示等领域都有着广泛的应用。然而，鉴于其离子晶体的特性，即使是全无机钙钛矿，其在高温环境下或者高极性溶剂中仍然容易发生相变和分解，因此要推动其在液晶显示领域的实际应用，还面临两个大问题：一是CsPbX3钙钛矿纳米晶体在水热环境下固有的不稳定性，二是如何对齐CsPbX3钙钛矿纳米线或者纳米棒体以获得增强的偏振光学性能。　　本论文以CsPbBr3纳米体系为中心，首次利用静电纺丝技术原位合成了不同长径比的全无机CsPbBr3纳米棒，并且系统研究了不同因素对钙钛矿纳米棒长径比及光学性能的影响，另外，使用同轴静电纺丝法进一步增强了钙钛矿纳米晶的水热稳定性。主要研究结果如下：　　(1)基于一步静电纺丝法在PS聚合物中原位合成了CsPbBr3纳米棒，经过优化后，纳米棒的长径比达到了7.0且具有均匀的空间分布。考虑到钙钛矿纳米晶在聚合物中的形核过程和复杂的粘性环境，对纺丝温度、钙钛矿前驱体比例、油胺用量和二甲基亚砜的含量进行了仔细的调整并研究了它们对CsPbBr3纳米棒形貌和光学性能的影响。制备的复合CsPbBr3@PS纳米纤维拥有明亮的绿色发射、高的荧光量子产率(PLQY)和窄的半高宽(FWHM)。　　(2)将同轴CsPbBr3纳米纤维薄膜在水中放置0-30天，其荧光光谱(PL)峰位几乎没有发生变化。相较于单轴CsPbBr3纳米纤维(32.7%)，同轴纳米纤维的荧光量子产率(PLQY)明显提高(41.5%)，在水中浸泡10天后能够保持初始值的84.3%，30天后依然可以保持初始值的82.8%左右。增大壳层聚合物的浓度，即把预制的壳层溶剂的中加入1000mgPS，将制备好的同轴纳米纤维薄膜同样在水中放置0-30天并定期检测其PLQY变化情况，其初始PLQY达到了42.8%，在水中浸泡10天后能够保持初始值的89.5%，30天后仍能保持初始值的88.3%，水稳定性进一步改善。　　(3)将同轴纤维薄膜在80℃恒温干燥箱中加热0-300min，期间定期检测其PL和PLQY变化情况。相较于单轴CsPbBr3纳米纤维，同轴纤维的热稳定性明显改善，其PL峰位红移很小。当在干燥箱中加热5min时，同轴纤维的PLQY保持在将近原始值的94%，当加热时间达到120min时，还可以保持将近原始值的65%左右。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 引言

1.2 半导体荧光量子点简介

1.2.1 量子点的发光原理

1.2.2 量子点的主要性质

1.2.3 量子点的制备方法

1.3 钙钛矿纳米结构材料简介

1.3.1 钙钛矿纳米材料的晶体结构

1.3.2 钙钛矿纳米材料的形貌调控

1.4 全无机钙钛矿的物理特性

1.4.1 光学性能

1.4.2 电学性能

1.5 全无机钙钛矿的合成方法

1.6 全无机钙钛矿的应用

1.6.1 太阳能电池

1.6.2 发光二极管

1.7 本文研究意义与主要研究内容

1.7.1 研究意义

1.7.2 主要研究内容

第 2 章 实验条件及方法

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验设备

2.2 样品制备方案

2.3 材料表征方法

2.3.1 形貌表征

2.3.2 性能表征

第 3 章 CsPbBr3纳米棒原位合成及其长径比和光学性能研究

3.1 引言

3.2 温度对 CsPbBr3纳米棒长径比和光学性能的影响

3.2.1 温度对 CsPbBr3纳米棒长径比的影响

3.2.2 温度对 CsPbBr3纳米棒光学性能的影响

3.3 前驱体比例对 CsPbBr3纳米棒长径比和光学性能的影响

3.3.1 前驱体比例对 CsPbBr3纳米棒长径比的影响

3.3.2 前驱体比例对 CsPbBr3纳米棒光学性能的影响

3.4 油胺对 CsPbBr3纳米棒长径比和光学性能的影响

3.4.1 油胺对 CsPbBr3纳米棒长径比的影响

3.4.2 油胺对 CsPbBr3纳米棒光学性能的影响

3.5二甲基亚砜对CsPbBr3纳米棒长径比和光学性能的影响

3.5.1 二甲基亚砜对 CsPbBr3纳米棒长径比的影响

3.5.2 二甲基亚砜对 CsPbBr3纳米棒光学性能的影响

3.6 本章小结

第 4 章 同轴 CsPbBr3@PS 纳米纤维的制备及其水热稳定性研究

4.1 引言

4.2 单轴与同轴静电纺丝 CsPbBr3纳米晶形貌分析

4.3 同轴 CsPbBr3@PS 纳米纤维的水热稳定性研究

4.3.1 水稳定性研究

4.3.2 热稳定性研究

4.4 本章小结

结论与展望

展望

参考文献

致谢

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