近年來,鈣鈦礦材料作為光伏領(lǐng)域極具競爭力的材料之一,受到了越來越廣泛的關(guān)注和研究。從2009至今,鈣鈦礦光伏器件的能量轉(zhuǎn)換效率從3.8%飛速超越22.1%,超過了多晶硅太陽能電池,成為光伏領(lǐng)域明星材料。又因其熒光量子效率高、載流子擴(kuò)散長度長、載流子遷移速率高等優(yōu)勢,使得鈣鈦礦材料在光探測器、光波導(dǎo)、發(fā)光器件及激光等光電子器件領(lǐng)域也取得巨大進(jìn)展,儼然有成為“萬能材料”的趨勢。純無機(jī)銫鉛鹵素鈣鈦礦材料CsPbX3(X=Cl,Br,I)相比于有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦來說,具有更好的穩(wěn)定性,成為了研究的熱點。對于納米材料來說,尺寸及其形貌直接影響其物理化學(xué)性質(zhì)。基于當(dāng)前對純無機(jī)鈣鈦礦納米晶的研究,本論文針對當(dāng)前引人關(guān)注的納米形貌,對鈣鈦礦納米晶的合成方法進(jìn)行調(diào)控,合成得到不同尺寸和維度的鈣鈦礦納米晶(量子點);進(jìn)一步,我們充分利用鈣鈦礦量子點特殊的化學(xué)和物理性質(zhì),對其新應(yīng)用開展了探索型工作,實現(xiàn)了對銅等金屬離子的高效靈敏檢測、成功制備了日盲紫外探測器以及偏振光檢測器。具體的創(chuàng)新之處如下:一、在各種環(huán)境下對重金屬離子的直接檢測是當(dāng)前的研究熱點。例如銅是人體必需的一種微量元素,在生物體發(fā)揮重要作用,而當(dāng)其離子含量超標(biāo)時又會對健康產(chǎn)生危害。本論文中,我們根據(jù)銅離子對鈣鈦礦量子點熒光的猝滅效應(yīng),研究并設(shè)計了一種銅離子檢測方法,其檢測速度快(幾秒)、靈敏度高(2 nM)、選擇性高、檢測窗口寬(2 nM～2μM)。并從實驗以及計算兩個方面分析解釋了該內(nèi)在原理。以電感耦合等離子體光譜測量的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn),鈣鈦礦量子點對食用油以及工業(yè)用油中銅離子濃度的檢測具有很高準(zhǔn)確性,說明了其具有很好的實用性。二、日盲紫外探測器在空間預(yù)警、導(dǎo)彈識別跟蹤、海上檢測等國防領(lǐng)域具有重要戰(zhàn)略意義。我們首次將鈣鈦礦量子點與硅基徑向結(jié)復(fù)合,成功制備了超快響應(yīng)速度、高光電轉(zhuǎn)化率的日盲紫外探測器。主要利用了鈣鈦礦量子點的下轉(zhuǎn)換過程,吸收紫外光,轉(zhuǎn)化為硅基徑向結(jié)能吸收的可見光,從而得到電信號,實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。同時,為了縮短探測時間,本征吸收層為300 nm厚的平面硅基結(jié)構(gòu)被80 nm厚的三維徑向結(jié)結(jié)構(gòu)替代,有利于光生載流子的快速吸收和響應(yīng)。該探測器具有以下優(yōu)勢:(1)響應(yīng)度高,對于200 nm的深紫外光有超過50 mA/W的響應(yīng)度;(2)響應(yīng)速度快,上升和下降時間分別為0.48 ms/1.03 ms,并且經(jīng)分析還有很大進(jìn)步空間;(3)穩(wěn)定性好,采用純無機(jī)鈣鈦礦量子點,無需封裝條件下穩(wěn)定工作1000小時以上:(4)可大面積低成本制備。三、近年來,低維半導(dǎo)體納米材料在不同應(yīng)用中顯示出了它們的優(yōu)良性能。本論文中,我們通過引入額外的金屬鹵化物MX'2或MX'3(M=Cu,Zn,A1或Pb等)來合成純無機(jī)CsPbX3(X=C1,Br,I)鈣鈦礦的二維納米薄片。得到的鈣鈦礦納米薄片均一性好,且其尺寸厚度可通過反應(yīng)溫度、時間、配體比等參數(shù)可調(diào)。更重要的是,與零維量子點相比,二維納米薄片具有光學(xué)各向異性。二維CsPbX3納米薄片不僅在溶劑中,在固態(tài)樹脂以及自組裝膜上都具有明顯的宏觀偏振吸收和偏振熒光現(xiàn)象。通過偏振光選擇實驗,研究了二維鈣鈦礦納米薄片的偏振特性,并建立了一種計算鈣鈦礦納米薄片偏振吸收和發(fā)射的模型。我們設(shè)計的測量方法和計算模型具有普遍適用性,可應(yīng)用于其他形狀的納米粒子,如納米棒、納米帶等等。利用該特性,我們成功制備了基于二維鈣鈦礦納米薄片的偏振光探測器。
【學(xué)位單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1
【部分圖文】：

１．１鈣鈦礦簡介??鈣鈦礦型材料是指結(jié)構(gòu)與鈣鈦礦ＣａＴｉ０３相同的一大類化合物，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)可以??用ＡＢＸ．，表示（圖１．１），其中，Ａ位為陽離子，呈１２配位結(jié)構(gòu)，位于由八面體構(gòu)成??的空穴內(nèi)；Ｂ位為過渡金屬元素，陽離子與六個氧離子形成八面體配位。１８３９年，??俄羅斯礦物學(xué)家Ｖｏｎ?Ｐｅｒｏｖｓｋｉ｜ｌ］首次發(fā)現(xiàn)鑰欽礦存在于烏拉爾山的變質(zhì)巖中。０前，??已知有數(shù)百種此類礦物質(zhì)，其家族成員從導(dǎo)體到絕緣體范圍廣泛存在。??，零。Ａ??器仏?Ｂｒ、ｉ??圖１．１鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖??Ｉ??近年來，島化物鈣鈦礦材料因其優(yōu)異的光電特性受到了研宄人Ｗ的廣泛關(guān)注，其??中Ａ可以為甲胺、乙胺或堿金屬離子Ｃｓ＋，?Ｂ為Ｐｂ２＋或Ｓｎ２＋，Ｘ為鹵素離子ＣＴ，Ｂｒ＇??ｒ或者Ｋ混合物｜２＇１４］。２００９年，科學(xué)家首次將ＣＨ３ＮＨ３Ｐｂｌ３薄膜運用到太陽能電池上，??實現(xiàn)了?３．８１％的光電轉(zhuǎn)換效率［２］。隨后幾年經(jīng)過人們對其結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和制備工藝的改??善

ｍ?１．２個＿尤機(jī)鈣鈦礦納米晶的合成：（ａ）?ＣｓＰｂＢｉｖＭ子點的透射電鏡圖，（ｂ）令尤機(jī)鈣鈦礦Ｍ??子點在３６５ｎｍ紫外燈下實物圖，（ｃ）全無機(jī)鈣鈦礦量子點的光致發(fā)光譜圖１１＇?（ｄ）?ＣｓＰｂＸ３量??子點合成示意圖，（ｅ－ｇ）熱注射法（左）與室溫合成（右）ＣｓＰｂＸ；量子點的比較［４５ｉ??１．２．２?ＩＤ鈣鈦礦納米線、納米棒的合成??雖然已有各種方法用于不同尺寸１Ｄ有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦納米晶的合成，但１Ｄ??全無機(jī)鈣鈦礦納米晶的發(fā)展相對較慢。Ｙａｎｇ［２１］報道了一種無催化劑、液相合成的??ＣｓＰｂＸ３納米線的方法。通過ＸＲＤ譜圖可以看出，這些納米線為正交晶型，具有均？??的生長方向；通過光學(xué)測試，ＣｓＰｂＢｒ；和ＣｓＰｂｌ３ｍ米線都具有光致發(fā)光，Ｈ．?ＣｓＰｈＢｒ；??熒光量子效率較高，ＣｓＰｂＩ３則有自陷效應(yīng)，光致發(fā)光皆與溫度緊密相關(guān)。該丈驗通過??不同時間抽樣的ＴＥＭ圖（圖１．３），闡述了鈣鈦礦納米線的牛．成的過程，實驗發(fā)現(xiàn)，??鈣鈦礦先是生成了?３－７?ｎｍ的量子點，１０分鐘后，少Ｓ：直祥９?ｎｍ的納米線出現(xiàn)，３０??分鐘時，納米線逐漸增加，且出現(xiàn)一些納米薄片，而４０－９０分鐘內(nèi)，納米薄片溶解，??生成直徑１２?ｎｍ，長度５?ｐｍ的納米線，同時心＇一吟尺＿十達(dá)到２００?ｎｍ的顆粒出現(xiàn)，隨??３??

??著時間繼續(xù)增加，納米線消失，出現(xiàn)如圖１．３ｆ的大晶體。該工作研究了反應(yīng)溫度，反??應(yīng)時間，配體種類以及濃度對于納米線生長的影響。最終發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把十八烯換成油胺??時，反應(yīng)速度變慢，但是納米線的產(chǎn)量大大提高，所以，該該納米線的生長為表面配??體誘導(dǎo)的１Ｄ生長模型。??外Ｉ??圖１．３?ＣｓＰｂＢｒ３納米晶生長過程中的ＴＥＭ圖｜２１］。（標(biāo)尺：ｌＯＯｎｍ）??ＩＤ納米線因其獨特的形貌及物理特性，在電子學(xué)［４８］，光電學(xué)［４９］，傳感［５（５］，存儲??［５１］等方面都有很大應(yīng)用價值。而Ｙａｎｇ［２６］等人在上述工作中，只有〇５？卜８〇具有較好??的熒光量子效率，（：＃１？（：１３和ＣｓＰｂＩ３熒光量子效率都很低，阻礙了該納米線的應(yīng)用。??所以，他們繼續(xù)優(yōu)化實驗條件，將上述的配體油胺換成辛胺合成得到的ＣｓＰｂＢｒ３納米??線具有更好的熒光量子效率，且ＣｓＰｂＣｌ３和ＣｓＰｂＩ３通過室溫下離子交換的方法得到，??在形貌晶相不變的前提下
【參考文獻(xiàn)】

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1 覃翔;董煥麗;胡文平;;溴化鈣鈦礦綠色發(fā)光二極管（英文）[J];Science China Materials;2015年03期

本文編號：2856700