銅基有機-無機雜化鈣鈦礦晶體的性能表征與調控【文獻綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文文獻綜述</b></p><p><b>　　高分子材料與工程</b></p><p>　　銅基有機-無機雜化鈣鈦礦晶體的性能表征與調控</p><p><b>　　1.引言</b></p><p>　　隨著信息技術的快速發(fā)展，在現(xiàn)代的生產(chǎn)

2、生活中，電訊器材正向小型化、輕型化和高性能的要求發(fā)展，因此對導電材料提出了更高的要求。科學研究思路已從三維的宏觀物體擴展到介觀態(tài)的薄膜甚至是一維的納米微粒。</p><p>　　1994年，IBMwaston實驗室的科學家D.B.Mitzi發(fā)現(xiàn)，隨著n的增加，一類具有層狀鈣鈦礦結構的有機-無機雜化晶體(C4H9H3)2(CH3NH3)n-1，SnI3n+1表現(xiàn)出奇特的從半導體特性向金屬特性轉變的趨勢，顯示了這類鈣

3、鈦礦結構功能材料在光電器件領域中的巨大應用前景，從而引起科學界的廣泛關注。這種新型的層狀鈣鈦礦結構的有機-無機雜化晶體材料在光電領域顯示出廣闊的應用前景和巨大的商業(yè)市場，開創(chuàng)了光電功能材料研究的新領域。</p><p>　　雖然早在1884年，H.Topsoe就合成了這類層狀鈣鈦礦結構的有機-無機雜化晶體材料，但并未引起足夠的重視。隨后的一百多年，由于這類雜化材料具有獨特的二維層狀結構，其電學、磁學，和熱力學等性

4、質得到了較深入的研究，但對這類材料的光電性能的研究報道并不多。1994年至1995年，Nature和Science上相繼發(fā)表了D.B.Mitzi對這類層狀鈣鈦礦結構材料的研究報道，引起廣泛關注，開創(chuàng)了鈣鈦礦材料在光電器件領域研究的新紀元。隨后很多科學家加入到研究雜化鈣鈦礦材料的隊伍，制備了一些新型的以鈣欽礦晶體為基礎材料的光電器件，在基礎研究和應用研究領域都取得了豐碩的研究成果。</p><p>　　在提高有機半

5、導體材料遷移率和光電轉換率的同時，有機-無機雜化的方法還可以提高材料穩(wěn)定性。由于有機-無機雜化半導體材料自身結構的復雜性，僅有的工作還只停留在用過DSC、TGA的方法測試材料在熱外場的作用下的變化，而對于有機-無機雜化方法對材料穩(wěn)定性的提高程度、作用機制、調控手段等還缺乏足夠的研究，至于該類材料的光穩(wěn)定性的研究還未見報道。</p><p><b>　　2、實驗方法</b></p>

6、<p><b>　　2.1晶體制備技術</b></p><p>　　基于IV-A族金屬( Sn, Pb, Ge)鹵化物的層狀鈣鈦礦結構, 有機-無機雜化材料的光電特性受到了十分廣泛的關注與研究。然而, 其溶液加工性能以及濕熱穩(wěn)定性并不如人意。相反, 基于Cu的層狀鈣鈦礦結構有機無機雜化材料則顯示出了良好的加工性能和穩(wěn)定性。目前, 對于該類材料的研究多集中于磁性以及溫度依賴的結構

7、相變, 對于其光電性能的研究尚不多見。目前層狀鈣鈦礦有機-無機雜化晶體制備技術日趨成熟，已經(jīng)報道了采用溶液冷卻法、蒸發(fā)溶劑法、層狀溶液法、凝膠法等方法制備了各種雜化鈣鈦礦單晶。</p><p>　　2.1.1溶液冷卻法</p><p>　　這是目前制備有機-無機鈣鈦礦晶體最常用的方法。它通過對體系降溫速度的調節(jié)，實現(xiàn)對體系過飽和度的控制，研究不同降溫速率下晶體的生長情況。</p>

8、;<p>　　2.1.2蒸發(fā)溶劑法</p><p>　　通過改變溫度、蒸發(fā)速率實現(xiàn)對體系過飽和度的調節(jié)與控制，研究不同的蒸發(fā)速率下晶體的生長情況。例如T.Hattori采用丙酮峭基甲烷為混合溶劑(體積比為1:2)，生長出(C6H5C2H4NH3)2PbCl4晶體、。由于雜化鈣鈦礦能溶于丙酮，而不溶于硝基甲烷，當丙酮首先蒸發(fā)完時，溶液呈過飽和，就可以析出預期的雜化鈣鈦礦單晶。這種方法析出的晶體質量比冷

9、卻溶液法低，而且蒸發(fā)溶劑的時間較長。</p><p><b>　　2.2薄膜沉積技術</b></p><p>　　有機/無機雜化鈣鈦礦結構材料與無機材料相比，最大的優(yōu)點就是可以用簡便、低成本的方法大面積制備薄膜。觀察強的發(fā)致發(fā)光現(xiàn)象和制造光電器件都需要高質量的薄膜和好的形態(tài)結構，因此合適的薄膜加工方法十分重要。雖然從溶液法制得的鈣鈦礦單晶也很有用，但一般情況下由于晶體

10、尺寸太小(約為0.2Inln左右)，質量不夠高，而不能直接用于光電器件上，所以采用合適的薄膜沉積技術制備鈣鈦礦薄膜對獲得高質量的光電功能器件具有十分重要的意義。</p><p>　　而常用的薄膜沉積技術有旋轉涂覆法。旋轉涂覆法旋轉涂覆法就是將鈣鈦礦單晶用溶劑溶解，再將溶液涂在襯底上，通過旋轉圓盤使大部分溶液因旋轉而甩出，只有少部分留在襯底上，這些溶液在表面張力和旋轉離心力聯(lián)合作用下，逐漸展開形成均勻的膜。旋轉涂覆

11、法可以使雜化鈣鈦礦結構材料沉積到不同的基底上，包括玻璃、石英、塑料、藍寶石和硅片等。與這種技術相關的條件包括基底、溶劑的選擇，雜化材料在溶劑中的濃度，基底的溫度和旋涂速度等。因為光電功能器件需要一定的穩(wěn)定性，通過改變相關條件或者對其進行調控，能找出最佳的工藝參數(shù)。</p><p>　　襯底在沉積前要根據(jù)需要進行親水或親油前處理，以改善溶液在襯底表面的潤濕性。沉積后要對薄膜進行低溫退火后處理(T<250℃)，

12、以改善晶體結構和相純度;不同的后處理溫度得到的薄膜外觀形態(tài)和內部晶體結構差別也很大，一般高溫后處理得到的薄膜的晶粒較大，光電器件的性能較好。旋轉涂覆法簡單，成本低廉，容易大面積成膜，但是由于溶劑要既能溶解雜化鈣鈦礦結構晶體，又要與襯底有好的潤濕性，因此溶劑的選擇困難，而且分子取向度和載流子遷移率不高，膜厚度、膜的均勻性及表面形態(tài)難以控制，限制了旋轉涂覆的應用范圍。旋轉涂覆是最常見的一種用溶液沉積鈣鈦礦薄膜的方法。</p>

13、<p><b>　　3、總結</b></p><p>　　層狀鈣鈦礦結構有機-無機雜化材料是一種利用分子內氫鍵作用, 通過有機、無機分子的自組裝形成的一種低維有序雜化材料。該類材料利用金屬鹵化物形成的鈣鈦礦結構構筑有序的載流子傳輸網(wǎng)絡, 利用有機組分實現(xiàn)雜化材料在有機溶劑中的溶解性, 使其具有高遷移率和易加工性能, 在光、電、磁等多方面都顯示了優(yōu)越性, 已經(jīng)成為目前國際上半導體材料

14、研究的又一個新的動向。光照對組成材料的有機分子、無機分子都有一定的作用而發(fā)生一系列的光化學過程，對鈣鈦礦結構的雜化材料光穩(wěn)定性研究具有指導意義。</p><p>　　有機一無機雜化能理想地將有機和無機的特性結合在一個分子復合體內，并且通過兩種成分的結合激發(fā)新的特性，展現(xiàn)出有趣的磁性、光學性及電學現(xiàn)象。因此這種新型的有機-無機雜化鈣鈦礦結構材料在光電領域顯示出廣闊的應用前景和巨大的商業(yè)市場，引起了廣泛關注。目前，帶

15、有不同官能團的有機分子的變換己成為研究重點，一系列具有獨特發(fā)色基團的有機染料小分子，甚至聚合物已經(jīng)被用于合成類鈣鈦礦有機一無機分子組裝材料。</p><p>　　但到今為止研究的鈣鈦礦結構的有機-無機雜化材料并沒有充分發(fā)揮有機組份的功能，包括BIM公司在內的工作基本上還都是利用有機組分的溶解性和勢壘作用，來改善半導體材料的加工性能，還很少涉及到對鈣鈦礦結構的能級調控，以獲得人們所預期的各種性能。因此我們可以通過設

16、計合適的有機分子和無機分子，并通過化學修飾對有機分子進行改性，同時改進晶體和薄膜制備技術，以提高各種器件的性能。獲得一類高性能的層狀鈣鈦礦結構有機/無機雜化半導體晶體或者薄膜材料的研究方法，不僅在研究方法和研究思路上有重要創(chuàng)新，在科學上有重大意義，而且對于開拓一系列在未來光電領域發(fā)揮關鍵作用的有機/無機復合材料與器件具有重大的意義。</p><p><b>　　參考文獻</b></p&

17、gt;<p>　　[1] 胡偉達. 層狀類鈣鈦礦材料(CnH2n+1NH3 )2 MnCl4和(H3NC4H8NH3)MnCl4制備及表征[J]. 有機硅材料及應用, 2004, 6: 51.</p><p>　　[2] 根赫特R, 米勒H. 塑料添加劑手冊[M]. 成國祥, 姚康德等譯. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2000: 109-110.</p><p>　　[3]

18、 吳茂英. 聚合物光老化、光穩(wěn)定機理與光穩(wěn)定劑[J]. 高分子通報, 2006: 76</p><p>　　[4] 郭麗玲, 劉韓星. 層狀類鈣鈦礦結構有機-無機雜合物的結構設計思想[J]. 材料導報, 2008, 1: 26-29.</p><p>　　[5] 肖澤龍. 有機/無機雜化鈣鈦礦（C4H9NH3）2ZnCl4的制備與表征[J]. 功能材料, 2005, 36(8): 121

19、7-1219.</p><p>　　[6] 胡偉達. 層狀類鈣鈦礦有機-無機分子組裝材料的研究進展[J]. 合成化學, 2005, 13(3): 211-215.</p><p>　　[7] 劉陟. 鈣鈦礦結構的有機-無機雜化功能材料：(p-CphAH)2PbCl4 [J]. 功能材料, 2004, 1: 163-165.</p><p>　　[8] 王鮮. 有機-

20、無機分子組裝層狀類鈣鈦礦結構與特性[J]. 功能材料與器件學報, 2004, 10(4): 503-508.</p><p>　　[9] 劉嶄. 正十二烷基胺支撐的四碘化錫層狀半導體材料的研究[J]. 無機化學學報,2003, 19(11): 1185-1190. </p><p>　　[10] 鄒龍, 何明生, 徐國濤, 劉韓星. (RNH3)2CuCl4晶體的結構研究[J]. 建材世界

21、, 2009, 30(4):1-2.</p><p>　　[11] 殷少飛. 有機/無機層狀類鈣鈦礦(C12H25NH3)2PbI4晶體及薄膜的制備[J]. 功能材料信息, 2005, 2(4): 48-50.</p><p>　　[12] Mitzi DB, Wang S, Feild CA. Conducting layered organic-inorganic halides co

22、ntaining (110)-oriented perovskite sheets[J]. Science, 1995, 5203(267): 1473-1476.</p><p>　　[13] Era M, Morimoto S, Tsutsui T. Organic-inorganic heterostructure electroluminescent device using a layered pero