金屬鹵化物鈣鈦礦材料是一種具有優(yōu)異光電性能的半導(dǎo)體材料,其晶體結(jié)構(gòu)是由二價(jià)金屬陽(yáng)離子(主要是Pb²⁺、Sn²⁺)和鹵素陰離子（主要是Cl^-、Br^-、I^-）形成的正八面體與空間填隙陽(yáng)離子（主要是Cs⁺、CH₃NH₃⁺）結(jié)合形成的。根據(jù)鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)中正八面體的排列方式不同,可以將其劃分為三維（3D）、二維（2D）、一維（1D）和零維（0D）四種類型。在眾多金屬鹵化物鈣鈦礦中,3D鉛鹵鈣鈦礦材料最為引人注目,是因?yàn)槠渚哂泻铣煞椒ê?jiǎn)單、熒光量子產(chǎn)率高、熒光波長(zhǎng)可調(diào)性強(qiáng)（405-690 nm）、晶格完整條件下的帶隙缺陷容忍性高、激子束縛能較低等特點(diǎn),主要應(yīng)用前景在于太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管（light-emitting diode,LED）、光電探測(cè)器、固態(tài)光照明等領(lǐng)域。但是鉛基鈣鈦礦納米晶存在著穩(wěn)定性較差、藍(lán)光熒光量子產(chǎn)率低、紅外熒光波段缺失等問(wèn)題。錫基鈣鈦礦具備無(wú)毒性元素鉛的優(yōu)勢(shì),在實(shí)際應(yīng)用中,對(duì)... 

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CaTiO3鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)，紫色為Ca2+；綠色為O2-；藍(lán)色為Ti4+

吉林大學(xué)博士畢業(yè)論文2以及正八面體因子μ(0.44<μ<0.90)[9]:μ=·······································(1-2)其中RA、RB、RX分別為A、B、X三種離子的半徑。此類鈣鈦礦主要有三種晶相，分別為正交相（Pnma）、四方相（14/mcm）、立方相（Pm3m）。除了這種受到容忍因子限制的三維(3D)鈣鈦礦外，當(dāng)部分或全部A位離子被具有長(zhǎng)鏈氨基的胺類替代后，可以根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)中金屬鹵化物正八面體的排列方式，進(jìn)一步地將金屬鹵化物鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)擴(kuò)展至另外三種維度，分別為二維(2D)、一維(1D)與零維(0D)，如圖1.2所示。圖1.2金屬鹵化物鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的四種維度示意圖，本圖來(lái)自于[10]。2D金屬鹵化物鈣鈦礦具有類似于三明治的層狀晶體結(jié)構(gòu)，通過(guò)角共享直接連接的正八面體形成數(shù)個(gè)平面層，層間被有機(jī)長(zhǎng)鏈空間填隙分子隔開，相互交疊的無(wú)機(jī)層和有機(jī)層構(gòu)成了2D晶體結(jié)構(gòu)。2D金屬鹵化物鈣鈦礦又被稱為Ruddlesden-Popper型鈣鈦礦，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為An-1Aˊ2BnX3n+1,A代表一價(jià)陽(yáng)離子，例如Cs+、CH3NH3+、HC(NH2)2+；Aˊ為有機(jī)長(zhǎng)鏈空間填隙分子；B為二價(jià)金屬陽(yáng)離子，如Pb2+、Sn2+；X為負(fù)一價(jià)鹵素陰離子Cl-、Br-、I-。當(dāng)n=1時(shí)，對(duì)應(yīng)于單層2D金屬鹵化物鈣鈦礦；當(dāng)n的取值在2至無(wú)窮大之間的有限整數(shù)時(shí)，對(duì)應(yīng)于準(zhǔn)2D金屬鹵化物鈣鈦礦。準(zhǔn)2D的含義是金屬鹵化物正八面體單層之間存在A所代表的一價(jià)陽(yáng)離子，從而構(gòu)成3D鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)片段，但整體仍是2D晶體結(jié)構(gòu)。在通常情況下，n的取值范圍為2到5之間（見(jiàn)章節(jié)1.3.2，圖1.24）；當(dāng)n趨于無(wú)窮大時(shí)，對(duì)應(yīng)于3D金屬鹵化物鈣鈦礦。

第1章緒論3圖1.3烷基鏈中碳原子數(shù)與2D鉛鹵鈣鈦礦的層間距關(guān)系，本圖來(lái)自于[11]。經(jīng)進(jìn)一步地分析觀察，我們注意到2D鈣鈦礦結(jié)構(gòu)通式中的有機(jī)長(zhǎng)鏈空間填隙分子Aˊ，它代表許多不同種類的有機(jī)長(zhǎng)鏈空間填隙分子，而它們的長(zhǎng)度也不盡相同，這就導(dǎo)致2D鈣鈦礦的層間距是變化的。那么為了進(jìn)一步地解析2D金屬鹵化物鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)，我們就要進(jìn)一步地研究其層間距。從一個(gè)正八面體層的中間位置開始，到下一個(gè)相鄰的正八面體層的中間位置結(jié)束，兩者之間的距離即為層間距。層間距包括金屬鹵化物正八面體層的厚度和有機(jī)長(zhǎng)鏈空間填隙分子的長(zhǎng)度。在此，以2D鉛溴鈣鈦礦為例進(jìn)一步說(shuō)明,如圖1.3所示。2D鉛溴鈣鈦礦的層間距與烷基鏈中碳原子數(shù)呈正比關(guān)系[11]。當(dāng)有機(jī)長(zhǎng)鏈空間填隙分子為溴化萘烷基胺或溴化萘烷氧基胺時(shí)，層間距()與烷基鏈中碳原子數(shù)的關(guān)系為[11]：=1.92+0.16×································（1-3）當(dāng)有機(jī)長(zhǎng)鏈空間填隙分子為溴化烷基胺時(shí)，層間距()與烷基鏈中碳原子數(shù)的關(guān)系為[11]：=0.85+0.16×································（1-4）若有機(jī)長(zhǎng)鏈空間填隙分子與金屬鹵化物正八面體層呈垂直排列時(shí)，的增長(zhǎng)速率應(yīng)與碳原子的直徑（0.25nm）一致。而實(shí)際情況下，的增長(zhǎng)速率僅為0.16。這說(shuō)明有機(jī)長(zhǎng)鏈空間填隙分子并不是垂直于金屬鹵化物正八面體層的，根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系可以計(jì)算得到，有機(jī)長(zhǎng)鏈空間填隙分子與垂直方向呈50°夾角。對(duì)于


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