銫鉛鹵鈣鈦礦量子點的合成及其光譜轉(zhuǎn)換型LED應(yīng)用研究.pdf

1、量子點是指由少量原子組成，電子運動在各個方向上均受到限制的納米顆粒。量子點最顯著的特征是具有量子限域效應(yīng)，其帶隙隨尺寸的改變會發(fā)生顯著的變化。此外，量子點還具有尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、隧穿效應(yīng)等特性，這使它們在光電器件領(lǐng)域扮演著重要的角色。銫鉛鹵(CsPbX3)鈣鈦礦量子點具有諸多優(yōu)異的性能，表現(xiàn)出較為出色的量子效應(yīng)，體現(xiàn)在量子產(chǎn)率高、單分散性好、發(fā)射譜半峰窄、熒光隨成份可調(diào)、穩(wěn)定性高、合成工藝簡便等方面，這使CsPbX3量子點在包括LED

2、、光電探測器、量子點激光器、太陽能電池等功能器件上具有極高的應(yīng)用價值。本文從CsPbX3鈣鈦礦量子點的合成工藝入手，對其合成工藝進行了改進，對反應(yīng)過程、量子點的性質(zhì)作了相關(guān)的研究，并實現(xiàn)了CsPbX3量子點在下轉(zhuǎn)換單色光及白光LED器件上的應(yīng)用，主要取得了以下研究成果:
　　(1)以硬脂酸、十八烯胺為配體，在十八烯環(huán)境下合成了高質(zhì)量單分散的CsPbBr3量子點，表征結(jié)果顯示該量子點表現(xiàn)出明顯的激子吸收特征，在紫外-可見區(qū)域有較高的

3、吸收率，具有尖銳的發(fā)射譜，半峰寬低至21nm，熒光量子產(chǎn)率高至86％;該量子點為立方相結(jié)構(gòu)，具有良好的結(jié)晶性，正方形的納米晶具有良好的單分散性，具有與其激子波爾半徑(7nm)相當(dāng)?shù)钠骄叽?10.2nm);實驗結(jié)果表明，該反應(yīng)具有極快的反應(yīng)速率，在反應(yīng)3秒即可完成大部分反應(yīng)，反應(yīng)時間對產(chǎn)物的光譜有一定的影響，隨反應(yīng)時間延長，量子點的尺寸分布逐漸集中;利用硬脂酸作配體可以有效降低所需反應(yīng)溫度，體系在80℃-160℃均具有優(yōu)良的結(jié)晶產(chǎn)物，在

4、120℃時有最高的熒光強度。
　　(2)采用鋅的鹵化鹽對母體CsPbBr3量子點進行陰離子交換，獲得了高質(zhì)量的交換產(chǎn)物量子點。該反應(yīng)可以在常溫下進行，不需要惰性氣體保護;反應(yīng)速率快，數(shù)秒鐘即可結(jié)束反應(yīng);通過調(diào)節(jié)鹵鹽添加量，產(chǎn)物的發(fā)射光譜可以覆蓋410-700nm整個可見光波段，可以輕易獲得直接合成法難以合成的CsPbCl3量子點;對于常溫下通常呈正交相的CsPbI3量子點，可以輕易地在常溫下獲得具有高熒光的立方相CsPbI3量子點

5、，并且該產(chǎn)物在大氣環(huán)境下具有較高的穩(wěn)定性。通過對反應(yīng)過程進行追蹤，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)體系中各種陰離子的比例，可以有效調(diào)節(jié)發(fā)射光譜的位置，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，量子點晶體與外界存在快速的交互關(guān)系;反應(yīng)可分兩段進行，包括快速的晶體表面反應(yīng)與相對慢速的晶體內(nèi)部離子交換。交換產(chǎn)物具有較高的穩(wěn)定性，主要繼承了母體CsPbBr3量子點的穩(wěn)定性，并且反應(yīng)中未丟失表面配體。對量子點從短波到長波發(fā)射譜半峰寬變大的原因提出了假設(shè)，由于量子點尺寸與其激子波爾半徑相對大小不

6、同，量子點尺寸波動對帶隙寬度的變化影響不同:在短波段影響小，故半峰較窄;在長波段影響大，故半峰較寬。
　　(3)利用陰離子交換產(chǎn)物量子點作為下轉(zhuǎn)換層，構(gòu)建了單色光LED和白光LED。單色光LED具有較高的單色性，發(fā)射光譜半峰可低至18nm，其色純度可高達99％以上;具有相對較高的流明效率，綠光LED的流明效率達21.51m W-1;在不同的驅(qū)動電流下，其發(fā)射光具有極高的穩(wěn)定性。對于白光LED，利用陰離子交換獲得的紅光量子點可以通過