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一种钙钛矿复合发光材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钙钛矿复合发光材料的制备方法，该方法通过将微米级分子筛粉末添加到钙钛矿量子点溶液中制备出含有分子筛材料的钙钛矿量子点溶液，然后将这种含有分子筛材料和钙钛矿量子点的复合溶液旋涂在Si片基底上形成钙钛矿和分子筛的混合物薄膜层，或者将复合溶液放在真空烘箱中烘干得到钙钛矿复合材料。这种钙钛矿复合材料具有疏水分散稳定的优良性质，发光性能好，解决钙钛矿材料在空气中会被水和氧气发生反应而导致钛矿结构损坏和坍塌、发光性质缓慢降低制约钙钛矿材料在发光器件较难广泛应用的难题。

Description

一种钙钛矿复合发光材料的制备方法
技术领域
本发明属于钙钛矿复合材料制备领域，具体是一种疏水分散稳定的钙钛矿复合发光材料及这种材料的制备方法。
背景技术
钙钛矿结构式为ABX3，结构式中A为有机或无机阳离子，B为金属原子，X为卤族元素原子构成的八面体结构，如图1所示。钙钛矿材料中A可以是有机阳离子CH3NH3 +、CH(NH2)2+，也可以是无机阳离子Cs+、Rb+、K+，B可以为金属Pb/Mn/Sn/Ge/Cu/Sb/Bi，X可以为Cl/Br/I。以上的元素只要满足钙钛矿能形成的八面体结构的容忍因子，便可以自由排列组合。在组分众多的钙钛矿中，金属有机无机杂化、全无机卤化物钙钛矿由于吸收谱能覆盖较宽的太阳光谱、载流子的迁移率较大、量子产率较高等优点，近几年越来越引起研究者的关注并被广泛研究。钙钛矿材料这种难以想象的发展速度压倒了各种传统半导体，在2015年科学家成功合成全无机钙钛矿量子点发光材料后，钙钛矿材料在光学领中得到了前所未有的发展。同时，钙钛矿低维材料的光电性质研究对光电子器件小型化具有推动作用，在LED、背光源、激光器等方面的应用具有广阔的应用前景。因此，开展钙钛矿材料的光学性质研究对拓展低维半导体发光器件具有重要的理论价值和现实意义。
尽管钙钛矿材料分众多，但无论是有机无机杂化结构还是全无机钙钛矿结构，由于空气中的水和氧气会与钙钛矿材料发生反应致使钙钛矿结构损坏和坍塌，在室温环境下钙钛矿材料的发光性质会缓慢降低，最终导致发光器件的失效。因此改善钙钛矿材料的疏水能力，是制备高性能发光器件，如LED、激光器等最为重要的前提条件。一种较常规的解决思路是将具有疏水功能的硅胶覆盖在钙钛矿材料的表面，使钙钛矿材料隔绝空气和氧气，在低维钙钛矿材料的发光器件中这种解决方式会存在阻挡钙钛矿材料出光的问题。另外一种思路是在钙钛矿生长过程中，添加能让钙钛矿互相分开的材料，使钙钛矿沿着添加的材料壁面生长。但这种方法并不利于钙钛矿材料发光性能的提升，而且需要复杂的化学配比，不利于实际应用。为解决这些问题，本发明引入微米量级的疏水分子筛粉末实现复合钙钛矿材料，这种钙钛矿复合材料由于具有疏水的微米量级分子筛粉末可以很好的解决钙钛矿材料的疏水问题，又不会对钙钛矿材料的发光性能产生影响，且操作简单、方便、实用，并且适用于任何钙钛矿材料以及任何一种钙钛矿的形态，实现钙钛矿材料在发光器件中的广泛应用。
发明内容
本发明提出一种钙钛矿复合发光材料的制备方法，这种钙钛矿复合发光材料具有疏水分散稳定的优良性质，是通过将微米级分子筛粉末添加到钙钛矿量子点溶液中制备出含有分子筛材料的钙钛矿量子点溶液，然后将这种含有分子筛材料和钙钛矿量子点的复合溶液放在烘箱中直接烘干获得钙钛矿复合材料或者将这种钙钛矿复合材料溶液涂在Si片基底上形成钙钛矿和分子筛的混合物薄膜层，最后将Si片基底放在真空烘箱中烘干在Si片基底表面得到本发明所述的这种钙钛矿复合材料。通过利用本发明提出的方法制备出添加有分子筛材料的钙钛矿复合材料，这种钙钛矿纳米复合材料具有发光性能好，在微观尺度上具有疏水效果的优点，解决钙钛矿材料在空气中会与水和氧气发生反应而导致的钙钛矿结构损坏和坍塌、发光性质缓慢降低而致使发光器件失效难于在发光器件领域广泛应用的难题。
为实现上述目的，实现一种疏水分散稳定的钙钛矿复合发光材料，所采用的具体技术方案如下：
首先，量取0.2mL的50mg/mL钙钛矿量子点溶液，同时，称取5mg分子筛并添加到钙钛矿量子点溶液中，用手摇匀分子筛和钙钛矿量子点均匀混合获得添加有分子筛的钙钛矿量子点溶液，摇匀时间约5分钟，获得钙钛矿复合材料溶液；然后，将钙钛矿复合材料溶液放置在烘箱中在30℃～40℃真空条件直接烘干2小时或者将这种钙钛矿复合材料溶液滴至Si片基底表面在2000转每分钟的转速条件下实现均匀旋涂，表面旋涂钙钛矿复合材料后将Si片基底放置在烘箱中在30℃～40℃真空条件烘干，烘干所用时间约2小时；最后当添加有分子筛的钙钛矿量子点溶液烘干处理后获得具有良好分散疏水特性的钙钛矿复合材料，得到本发明所要实现的一种疏水分散稳定的钙钛矿复合发光材料，完成钙钛矿复合材料的制备。
分子筛是具有疏水性能的白色粉末(TS-1/SAPO-34)，钙钛矿量子点是均匀分散在非极性溶液中的，结构式是ABX3，A可以为有机阳离子CH3NH3 +，CH(NH2)2+和无机阳离子Cs+，Rb+，K+，B为金属离子Pb/Mn/Sn/Ge/Cu/Sb/Bi，X为卤族元素Cl/Br/I中任何一种符合容忍因子排列所构成的八面体结构。纳米复合材料中，所含的钙钛矿和分子筛的质量比≥2：1。
本发明所提出的这种实现一种疏水分散稳定的钙钛矿复合发光材料的制备方法操作简单、安全、适用性广、适合多种钙钛矿材料制备出相应的荧光粉材料。所得到的钙钛矿纳米复合材料可以应用到纳米复合材料、发光材料制备技术领域。对拓展低维半导体发光器件具有重要的理论价值和现实意义。
附图说明
图1为本发明所述的ABX3钙钛矿材料结构示意图。
图2为实现本发明所述钙钛矿复合材料流程图。
图3为本发明实施例1所述钙钛矿复合材料SEM图。
图4为本发明实施例1所述TS-1分子筛接触角测量结果图。
图5为本发明实施例2所述钙钛矿复合材料SEM图。
图6为本发明实施例2所述SAPO-34分子筛接触角测量结果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明所提出的这种钙钛矿复合发光材料的制备方法进行描述，以便更好的理解本发明。
本发明提出的这种钙钛矿复合发光材料的制备方法，是通过将微米级分子筛粉末添加到钙钛矿量子点中制备出含有分子筛材料的钙钛矿量子点溶液，然后将这种含有分子筛材料和钙钛矿量子点的复合溶液烘干或者旋涂在Si片基底上形成钙钛矿和分子筛的混合物，最终实现具有疏水分散稳定优良性质的钙钛矿复合发光材料。
下面结合附图和实施例1、实施例2对本发明所提出的这种方法进行详细描述，所述ABX3钙钛矿结构式如图1所示，1为卤族元素原子，2为有机或无机阳离子，3为金属原子，实施例1和2中所用的量子点材料为CsPbBr3钙钛矿量子点溶液，所用分子筛粉末材料分别为TS-1分子筛粉末和SAPO-34分子筛粉末，具体实现钙钛矿复合发光材料的方法分别如下：
实施例1
步骤一：用移液枪量取0.2mL的50mg/mL CsPbBr3钙钛矿量子点溶液到离心管中，用电子天平称取5mg TS-1分子筛粉末添加到装有钙钛矿量子点溶液的离心管中；
步骤二：盖好离心管的盖子，用手匀速将离心管摇匀，摇匀用时5分钟，得到钙钛矿复合材料混合液；
步骤三：用移液枪量取钙钛矿复合材料溶液滴到硅片或者玻璃或者石英衬底上，在2000转每分钟的转速下进行旋涂，钙钛矿复合材料制备在基片表面上；
步骤四：将表面制备有钙钛矿复合材料溶液的基片放在真空烘箱中，在真空度达到10-3Torr后，设置温度为30℃～40℃，持续时间2小时进行烘干，烘干后在基片表面得到钙钛矿复合发光材料粉末。
实施例2
步骤一：用移液枪量取0.2mL的50mg/mL CsPbBr3钙钛矿量子点溶液到离心管中，用电子天平称取5mg SAPO-34分子筛粉末添加到装有钙钛矿量子点溶液的离心管中；
步骤二：盖好离心管的盖子，用手匀速将离心管摇匀，摇匀用时5分钟，得到钙钛矿复合材料混合液；
步骤三：用移液枪量取钙钛矿复合材料溶液滴到硅片或者玻璃或者石英衬底上，在2000转每分钟的转速下进行旋涂，钙钛矿复合材料制备在基片表面上；
步骤四：将表面制备有钙钛矿复合材料溶液的基片放在真空烘箱中，在真空度达到10-3Torr后，设置温度为30℃～40℃，持续时间2小时进行烘干，烘干后在基片表面得到钙钛矿复合发光材料粉末。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种钙钛矿复合发光材料的制备方法，包括：钙钛矿量子点溶液，TS-1分子筛粉末和SAPO-34分子筛粉末，所述分子筛粉末用于混合在钙钛矿量子点溶液中用于实现钙钛矿复合材料溶液最终获得具有疏水稳定优良性能的钙钛矿复合材料，其特征在于，这种方法通过将微米级分子筛粉末添加到钙钛矿量子点溶液中获得钙钛矿复合材料溶液，利用分子筛材料的优良疏水性能与钙钛矿量子点材料结合构成具有疏水分散稳定优良特性的钙钛矿复合材料，解决钙钛矿材料在空气中会被水和氧气发生反应而导致钙钛矿结构损坏和坍塌、发光性质缓慢降低而致使发光器件失效难于在发光器件领域广泛应用的难题。
2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿复合发光材料的制备方法，其特征在于，上述用于实现一种钙钛矿复合发光材料的具体实现方法步骤如下：
步骤一：量取0.2mL的50mg/mL CsPbBr3钙钛矿量子点溶液，同时，称取5mg TS-1或SAPO-34分子筛粉末并添加到钙钛矿量子点溶液中，用手摇匀分子筛和钙钛矿量子点均匀混合获得添加有分子筛的钙钛矿量子点溶液，摇匀时间约5分钟，获得钙钛矿复合材料溶液；
步骤二：将钙钛矿复合材料溶液滴至Si片基底表面在2000转每分钟的转速条件下实现均匀旋涂，将表面旋涂钙钛矿复合材料后的Si片基底放置在烘箱中或者将钙钛矿复合溶液直接放置在烘箱中，在30℃～40℃真空条件烘干，烘干所用时间约2小时；
步骤三：当添加有分子筛的钙钛矿量子点溶液烘干处理后获得具有良好分散疏水特性的钙钛矿复合材料。
3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿复合发光材料的制备方法，其特征在于，所用的钙钛矿分子结构为ABX3，A为有机阳离子CH3NH3 +、CH(NH2)2+，无机阳离子Cs+、Rb+、K+，B为金属Pb/Mn/Sn/Ge/Cu/Sb/Bi构成的八面体结构，X为卤族元素Cl/Br/I，所述钙钛矿结构为符合容忍因子的任何一种排列。
4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿复合发光材料的制备方法，其特征在于，所述分子筛粉末为TS-1分子筛粉末和SAPO-34分子筛粉末。
5.根据权利要求1所述的一种钙钛矿复合发光材料的制备方法，其特征在于，所用的钙钛矿量子点与分子筛的质量比≥2：1。
6.根据权利要求1所述的一种钙钛矿复合发光材料的制备方法，其特征在于，所述TS-1分子筛粉末和SAPO-34分子筛粉末的尺寸为1μm～2μm。
7.根据权利要求1或2所述的一种钙钛矿复合发光材料的制备方法，其特征在于，在制备完成钙钛矿量子点复合材料溶液后，将该溶液滴在Si片基底表面并用匀胶机在2000转每分钟的转速条件下均匀旋涂，旋涂后在真空干燥箱中烘干最后在Si片基底表面获得本发明所述的一种钙钛矿复合发光材料。
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