本发明专利技术公开的无机卤化铅铯纳米晶复合硫系玻璃陶瓷材料的摩尔组成按化学式表示为：(1‑x‑y‑z)GeS2·xSb2S3·yGa2S3·zCsPbX3，其中，x＝0.15～0.75，y＝0.05～0.2，z＝0.05～0.1，X为Cl、Br或I，CsPbX3以析出的纳米晶形式复合于该硫系玻璃陶瓷材料中。该材料在2～10微米光谱范围内透明，具有较好的热学和化学稳定性、良好的断裂韧性，适于进行稀土离子掺杂研发新型中红外发光或激光材料以及相关的量子点发光材料。该材料的制备方法以GeS2‑Sb2S3‑Ga2S3为玻璃基质，引入接近饱和的CsPbX3成分，使用熔融淬冷法制备出基础硫系玻璃，然后通过析晶热处理，可控制析出CsPbX3纳米晶。该材料的制备方法能够根据功能需要设计和选择合适的玻璃组成，控制析出CsPbX3晶粒尺寸与分布。
【技术实现步骤摘要】
无机卤化铅铯纳米晶复合硫系玻璃陶瓷材料及其制备方法
本专利技术属于功能玻璃陶瓷材料领域，具体涉及一种无机卤化铅铯纳米晶复合硫系玻璃陶瓷材料及其制备方法，可应用于红外光学与光子学领域。
技术介绍
无机钙钛矿CsPbX3(X＝Cl,Br,I)纳米晶拥有独特的光学通用性、高发光量子效率以及易于制备等优点，引起了研究人员的广泛关注。然而，CsPbX3材料在氧化与潮湿的大气环境中并不稳定，极大地限制其在各类光电领域的应用，例如太阳能电池、激光以及显示等。因此，为提高CsPbX3纳米晶的稳定性，一种行之有效的方法是将其与有机聚合物或无机玻璃等惰性基质相复合。众所周知，在氧化物玻璃中通过析晶热处理获得的光功能纳米晶或量子点材料具有优异的热学和化学稳定性。近年来，已报道了多种CsPbX3纳米晶复合的氧化物玻璃陶瓷，并研究其新奇的光子特性与应用，如独特的发光和随机激光特性等(J.Am.Ceram.Soc.,102[3]1090-100(2019).；ACSAppl.Mater.Int.,10[22]18918-26(2018).；J.Mater.Chem.C,6[25]6832-39(2018).)。但是，目前报道的论文工作中所采取的制备策略都是直接将相关的卤化物与氧化物原料混合，在开放气氛下熔炼。这一制备策略不可避免地会造成卤化物的挥发，导致样品制备重复性差。因此，需要重新设计玻璃组成与制备方法，可重复地获得各类CsPbX3纳米晶复合的玻璃陶瓷材料。不同于氧化物玻璃，硫系玻璃是在真空密闭的石英玻璃管中进行熔融-淬冷获得的。硫系玻璃拥有很好的卤化物溶解度，并且在玻璃制备过程中不会有卤化物的损失。特别是，硫系玻璃有着独特的低声子能量、宽红外透明窗口和良好的稀土溶解度等属性，在各种光子领域拥有很好的应用前景。此外，尽管硫系玻璃中已有CsCl、RbI和Cs3LaCl6等卤化物纳米晶析晶研究报道，但从未获得过CsPbX3钙钛矿纳米晶复合的硫系玻璃陶瓷。通过细致的组成设计与晶化处理，制备获得CsPbX3纳米晶复合的硫系玻璃陶瓷具有很好的研究价值与应用意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种无机卤化铅铯纳米晶复合硫系玻璃陶瓷材料及其制备方法，该硫系玻璃陶瓷材料在2～10微米光谱范围内透明，具有较好的热学和化学稳定性、良好的断裂韧性，适于进行稀土离子掺杂研发新型中红外发光或激光材料以及相关的量子点发光材料。该硫系玻璃陶瓷材料的制备方法能够根据功能需要设计和选择合适的玻璃组成，控制析出CsPbX3晶粒尺寸与分布。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：无机卤化铅铯纳米晶复合硫系玻璃陶瓷材料，该硫系玻璃陶瓷材料的摩尔组成按化学式表示为：(1-x-y-z)GeS2·xSb2S3·yGa2S3·zCsPbX3，其中，x＝0.15～0.75，y＝0.05～0.2，z＝0.05～0.1，X为Cl、Br或I，CsPbX3以析出的纳米晶形式复合于该硫系玻璃陶瓷材料中。本专利技术无机卤化铅铯纳米晶复合硫系玻璃陶瓷材料的摩尔组成按化学式表示为：(1-x-y-z)GeS2·xSb2S3·yGa2S3·zCsPbX3，其中，x＝0.15～0.75，y＝0.05～0.2，z＝0.05～0.1，X为Cl、Br或I，该摩尔组成使基础玻璃中引入的卤化物(即卤化铯和卤化铅)含量接近过饱和程度，可确保后期的析晶热处理过程中，CsPbX3晶体能够析出，并有效控制CsPbX3晶体的晶粒尺寸为5～50纳米，结晶度约20％。需要说明的是，适当引入Ga2S3能够改善玻璃网络中的卤素配位状态，提高金属卤化物溶解度，保证卤化铯和卤化铅的掺量。由CsPbX3纳米晶微晶颗粒与基础玻璃复合的本专利技术硫系玻璃陶瓷材料在2～10微米光谱范围内透明，具有较好的热学和化学稳定性、良好的断裂韧性，适于进行稀土离子掺杂研发新型中红外发光或激光材料以及相关的量子点发光材料。无机卤化铅铯纳米晶复合硫系玻璃陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：(1)选取原料：按照摩尔组成化学式(1-x-y-z)GeS2·xSb2S3·yGa2S3·zCsPbX3，选取Ge、Ga、Sb、S、CsX和PbX2所占当量比例，称取Ge、Ga、Sb、S单质和CsX、PbX2化合物原料备用，其中，x＝0.15～0.75，y＝0.05～0.2，z＝0.05～0.1，X为Cl、Br或I；(2)在充满惰性气体的干燥环境中，将Ge、Sb、S、CsX和PbX2原料混合后，置于石英安瓿中并抽真空至真空度小于10-3Pa，再熔封石英安瓿并置于加热设备中；(3)基础玻璃制备：将加热设备升温至830～950℃，熔制8～18小时后冷却，得到未退火玻璃，通过示差扫描量热分析仪测定该未退火玻璃的玻璃转变温度Tg，然后将该未退火玻璃置于精密退火炉中退火，退火温度比玻璃转变温度Tg低30℃，恒温退火2～5小时后随炉冷却至50℃以下，即获得基础玻璃；(4)将基础玻璃放入具有惰性气氛保护装置的晶化炉中进行析晶热处理，析晶热处理温度比玻璃转变温度Tg高10～40℃，于此温度下析晶热处理3～100小时，使玻璃内部析出大量分布均匀的CsPbX3纳米晶；最后随炉冷却至室温，即获得无机卤化铅铯纳米晶复合硫系玻璃陶瓷材料。作为优选，步骤(3)中基础玻璃的具体制备过程如下：使加热设备以低于2℃/min的升温速率缓慢升温至340℃，并在此温度下保温1～3小时；再使加热设备以低于5℃/min的升温速率缓慢升温至750℃，并在此温度下保温1～2小时；然后使加热设备以1～2℃/min的升温速率缓慢升温至830～950℃，并在此温度下保温8～10小时，保温期间将盛有玻璃液的石英安瓿进行晃动或振荡；此后以2～3℃/min的降温速率降温至780～900℃；使石英安瓿竖立并静置0.5～2小时后，在空气或冰水混合物中淬冷；在精密退火炉中以比玻璃转变温度Tg低30℃的温度恒温退火2～5小时，之后随炉冷却至50℃以下，即获得基础玻璃。本专利技术无机卤化铅铯纳米晶复合硫系玻璃陶瓷材料的制备方法，以GeS2-Sb2S3-Ga2S3为玻璃基质，引入接近饱和的CsPbX3成分，使用熔融淬冷法制备出基础硫系玻璃，然后通过析晶热处理，可控制析出CsPbX3纳米晶，得到硫系玻璃陶瓷材料。本专利技术方法能够根据功能需要设计和选择合适的玻璃组成，控制析出CsPbX3晶粒尺寸与分布。与基础硫系玻璃相比，本专利技术制备的无机卤化铅铯纳米晶复合硫系玻璃陶瓷材料具有显著提高的热力学稳定性和抗环境冲击性能，同时具备了稀土离子掺杂发光增强性能与量子点发光特性。与以往硫系玻璃陶瓷材料的制备方法相比，本专利技术提出的可控制备方法可以简单地通过将卤化铯、卤化铅与硫系玻璃基质进行混熔和再晶化处理，控制析出CsPbX3晶体，获得性能差异的透红外功能硫系玻璃陶瓷。作为优选，步骤(4)中析出的CsPbX3纳米晶的晶粒尺寸为5～50纳米。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术无机卤化铅铯纳米晶复合硫系玻璃陶瓷材料的摩尔组成按化学式表示为：(1-x-y-z)GeS2·xSb2S3·yGa2S3·zCsPbX3，其中，x＝0.15～0.75，y＝0.05～0.2，z＝0.05～0.1，X为Cl、Br或I，该摩尔组成使基础玻璃中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.无机卤化铅铯纳米晶复合硫系玻璃陶瓷材料，其特征在于，该硫系玻璃陶瓷材料的摩尔组成按化学式表示为：(1‑x‑y‑z)GeS2·xSb2S3·yGa2S3·zCsPbX3，其中，x＝0.15～0.75，y＝0.05～0.2，z＝0.05～0.1，X为Cl、Br或I，CsPbX3以析出的纳米晶形式复合于该硫系玻璃陶瓷材料中。
【技术特征摘要】
1.无机卤化铅铯纳米晶复合硫系玻璃陶瓷材料，其特征在于，该硫系玻璃陶瓷材料的摩尔组成按化学式表示为：(1-x-y-z)GeS2·xSb2S3·yGa2S3·zCsPbX3，其中，x＝0.15～0.75，y＝0.05～0.2，z＝0.05～0.1，X为Cl、Br或I，CsPbX3以析出的纳米晶形式复合于该硫系玻璃陶瓷材料中。2.无机卤化铅铯纳米晶复合硫系玻璃陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选取原料：按照摩尔组成化学式(1-x-y-z)GeS2·xSb2S3·yGa2S3·zCsPbX3，选取Ge、Ga、Sb、S、CsX和PbX2所占当量比例，称取Ge、Ga、Sb、S单质和CsX、PbX2化合物原料备用，其中，x＝0.15～0.75，y＝0.05～0.2，z＝0.05～0.1，X为Cl、Br或I；(2)在充满惰性气体的干燥环境中，将Ge、Ga、Sb、S、CsX和PbX2原料混合后，置于石英安瓿中并抽真空至真空度小于10-3Pa，再熔封石英安瓿并置于加热设备中；(3)基础玻璃制备：将加热设备升温至830～950℃，熔制8～18小时后冷却，得到未退火玻璃，通过示差扫描量热分析仪测定该未退火玻璃的玻璃转变温度Tg，然后将该未退火玻璃置于精密退火炉中退火，退火温度比玻璃转变温度Tg低30℃，恒温退火2～5...
【专利技术属性】
技术研发人员：林常规，王景松，赵旭浩，刘雪云，焦清，张培晴，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。