CN108193272A - 一种基于纳米晶自组装的微腔生长方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于纳米晶自组装的微腔生长方法，包括步骤：钙钛矿量子点钝化处理，低温沉积处理；获取微腔结构。本发明通过自组装的方式提升了单晶的质量，并能控制单晶的尺寸，这将对产生高质量单模激光具有非常重要的意义。

Description

一种基于纳米晶自组装的微腔生长方法
技术领域
本发明涉及控制激光器微谐振腔生长的方法，特别是一种基于纳米晶自组装的钙钛矿长方片微谐振腔的低温生长方法，该发明是一种实现高质量可控尺寸单晶的方法，对实现高质量单模激光具有非常重要的意义。
背景技术
精确控制特定尺寸和形貌的的微腔的生长方法对于实现高质量的新型功能器件是很重要的。一般情况下，化学气相沉积和溶液合成方法是比较好的选择方式。但是化学气相沉积的高温以及特殊气体气氛明显增加了成本，溶液合成方法的过量表面活性剂也导致样品的性能受到影响。自组装是一种温和的控制结构生长的方式。
单模激光由于其在芯片集成光学处理，通信以及数据存储中的应用而受到广泛关注。尽管分布式布拉格反射镜(DBR)结构和两个或者多个微腔之间的游标效应能够获得单模激光，但是这种方式一般需要精确的刻蚀，所花费的成本很高并且操作很复杂。减小微腔的尺寸到亚微米量级是能够得到单个模式激光输出的一种手段，但是减小尺寸后会造成光损失增加，并导致激光的阈值很大。
鉴于以上问题，我们开展了钙钛矿量子点自组装生长成为微谐振腔的研究。钙钛矿由于其优异的荧光性能和长寿命成为了很好的光功能材料。利用钙钛矿量子点自组装形成钙钛矿微腔结构，这种从下到上的微腔生长方法，能控制微腔的尺寸在亚微米范围。这将对可谐调单模激光器具有非常重要的意义。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的缺陷，提出一种一种基于纳米晶自组装的微腔生长方法，，并能控制其尺寸。该方法特点在于其通过自组装的方式提升了单晶的质量，并能控制单晶的尺寸，这将对产生高质量单模激光具有非常重要的意义。
本发明的技术解决方案如下：
一种长方片微腔获得方法，包括如下步骤：
①将PbBr2，十八烯，油胺，油酸，油酸铯以摩尔比5:250～350：50～100:20～50：1配制原料；
②将PbBr2，十八烯，油胺，油酸加入到烧瓶中，在80～120℃下脱气10～20min，并在80～120℃下加热以充分混合，然后在Ar气气氛中升温至170～190℃并保持10～20min，油酸铯快速注入到所述三口烧瓶中，5s后，将三口烧瓶放入0℃冰水浴中快速冷却。
③将得到的CsPbBr3量子点离心分离，并溶解在甲苯中，得到单分散的胶体量子点；
步骤2)低温沉积处理：将单分散胶体量子点存放于棕色小瓶中，避光放在4～10℃的低温下，15～30天后得到低温沉积量子点；
步骤3)获取微腔结构：将所述的低温沉积量子点用吸管吸取少量，滴在基片上，让甲苯自然挥发，待挥发完全后，在基片上形成微腔结构。
所述的长方片微腔的长度为2～1000μm的长方片。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明中采用自组装方式获得单模激光所需的微腔结构，这种结构晶体质量很好，单模激光的模式品质因子很高。
2.本发明中通过自组装的方式获得的微腔结构其尺寸可调，从而可以调节单模激光的频率。
3.本发明中通过自组装方式获得的微腔结构尺寸可调，从而可以调节激光的模式数，从一个模式到多个模式。
附图说明
图1为本发明基于纳米晶自组装的钙钛矿长方片微谐振腔的低温生长方法示意图；
图2为本发明量子点结构示意图；
图3为本发明量子点荧光光谱图。
图4为本发明量子点自组装过程的TEM图，其中，a为二维结构，b为三维结构。
图5为本发明长方片微腔结构的SEM图。
图6为本发明微腔结构单模激光激发光谱随功率变化图。
图7为本发明微腔结构模式频率调谐图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
图1为本发明基于纳米晶自组装的钙钛矿长方片微谐振腔的低温生长方法示意图。由图可见，本发明由量子点的钝化，低温沉积步骤构成，实施例按照本发明技术方案进行实施，给出具体的实施方式及流程。
实验装置如图1：三口烧瓶1，恒温加热装置2，Ar气进气管3，Ar气出气管4，离心机5，试样瓶6，沉积基片7，注射器8。
实施例1
(1)将4ml十八碳烯，1ml油胺，0.5ml油酸，69mg PbBr2加入到三口烧瓶中，将所述的装有原料的三口烧瓶在100℃脱气10min，并继续在100℃充分混合30min，然后在Ar气气氛中升温到180℃并保持10min。
(2)将0.4ml油酸铯迅速注入到所述三口烧瓶中，5s后在0℃冰水浴中快速冷却。得到的CsPbBr3量子点平均尺寸为10nm，离心分离后，溶解在甲苯中，浓度为10mg/ml。
(3)将所述10mg/ml的量子点取1ml放于棕色小瓶中避光在4℃下沉积。
(4)15天后，用注射器吸取少量沉积的量子点滴在干净的硅片上，甲苯自然挥发，整个过程应避免任何震动。
本实施例所得到的量子点TEM图，显微荧光光谱，长方片微腔结构的TEM图、SEM图、激射光谱分析，有关结果请见图2、图3、图4、图5、图6、图7。
实施例2
本实施例主要参考长方形微米片制备过程，量子点制备过程中反应温度，油胺添加量，量子点溶剂，量子点浓度，沉积温度，沉积时间，基片对形成结构过程的影响。具体实施过程参照实施例1，区别在于，分别改变量子点制备过程中反应温度，油胺添加量，量子点溶剂，沉积温度，基片，具体的实验参数见表1。
表1本发明长方片微腔制备方法实施例条件
实验表明，改变量子点制备过程中反应温度为170℃～190℃，温度越高，获得的量子点尺寸越大，得到的结构为长方片微腔。改变油胺添加量在0.5ml～1.5ml，油胺添加量高或低，都会加长组装时间，油胺添加量在0.8～1.2ml时，得到长方片的沉积时间最短，为15天。改变量子点溶剂为甲苯，正己烷，在非极性溶剂正己烷中，量子点几乎不组装。改变量子点浓度为5～20mg/ml,浓度越低，组装时间越长，浓度越高，滴在基片上就会发生溶剂挥发方式的自组装，自组装的形状为立方块，浓度在10～15mg/ml时，能很温和的组装。改变沉积温度为4℃～25℃，随着温度升高，组装的时间越短，但是组装时间过快会导致形成的结构的晶体质量不好。沉积时间越长，长方片的尺寸越大。改变基片分别为单晶硅片和石英玻璃片，对形成的结构无影响。

Claims (3)

1.一种基于纳米晶自组装的微腔生长方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
步骤1)钙钛矿量子点钝化处理，具体步骤如下：
①将PbBr2，十八烯，油胺，油酸，油酸铯以摩尔比5:250～350：50～100:20～50：1配制原料；
②将PbBr2，十八烯，油胺，油酸加入到烧瓶中，在80～120℃下脱气10～20min，并在80～120℃下加热以充分混合，然后在Ar气气氛中升温至170～190℃并保持10～20min，油酸铯快速注入到所述三口烧瓶中，5s后，将三口烧瓶放入0℃冰水浴中快速冷却。
③将得到的CsPbBr3量子点离心分离，并溶解在甲苯中，得到单分散的胶体量子点；
步骤2)低温沉积处理：将单分散胶体量子点存放于棕色小瓶中，避光放在4～10℃的低温下，15～30天后得到低温沉积量子点；
步骤3)获取微腔结构：将所述的低温沉积量子点用吸管吸取少量，滴在基片上，让甲苯自然挥发，待挥发完全后，在基片上形成微腔结构。
2.根据权利要求1所述的基于纳米晶自组装的微腔生长方法，其特征在于在钙钛矿量子点合成的过程中添加油胺量为油酸添加量的1～4倍。
3.根据权利要求1所述基于纳米晶自组装的微腔生长方法，其特征在于沉积温度为4～10℃。
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