一种将有机-无机杂化钙钛矿材料用于温度探测制造技术

本发明专利技术涉及一种将有机-无机杂化钙钛矿材料用于温度探测，属于材料应用技术领域。该有机-无机杂化钙钛矿材料的结构式为：A2BX4，其中，A为直链烷基铵卤盐或带有荧光发色团的铵卤盐，B为金属Ge、Sn、Pb或Cu中的任何一种；X为氯、溴或碘中的任何一种。本发明专利技术提出了将有机-无机杂化钙钛矿材料用于温度探测的新用途，用本发明专利技术的有机-无机杂化钙钛矿材料的单晶、薄膜、悬浮液和固体粉末都可用于温度探测，而且响应灵敏，分辨率高。即可作为荧光探针定量测试温度使用，也可做简易探针，无需借助紫外光激发，在日光灯下观察颜色变化，可在无需显示精确温度，只需显示温度变化情况下，做成简易温度探针，定性测试温度。

【技术实现步骤摘要】
一种将有机-无机杂化钙钛矿材料用于温度探测
本专利技术涉及一种将有机-无机杂化钙钛矿材料用于温度探测的新应用，属于材料应用

技术介绍
温度作为七大物理量之一，在日常生活和科学研究以及军事、生物等领域具有很大的重要性。目前占有近75-80％探针类市场份额的温度探针，主要为水银温度计、热电偶。水银温度计的探测范围没有热电偶大，同时具有运输不方便，存在金属汞泄露带来的环境隐患，相比而言，热电偶无毒易制备，具有更宽的探测范围，但是需要与成套的电子读出设备相连，没有温度计使用便捷，并且由于热电偶使用时需要与探测环境接触，因而限制了其在极酸极碱等特殊环境下的应用。随着材料的发展，一系列可直观显示温度并且可在特殊环境下使用，如同时用于微区成像和生物标记的化学类温度探针得到了发展。化学类温度探针材料主要包括带有荧光发色团的有机分子、稀土材料以及一些荧光纳米晶等，这些材料利用所发射的荧光信号对温度具有不同的响应，可以从发光强度、发光波长以及荧光寿命等方面对温度进行定性和定量的探测，分辨率和灵敏度较好的材料可以进行微区热成像，目前还没有有机-无机杂化钙钛矿材料被用于温度探测的介绍。理想钙钛矿的化学通式为ABX3，其中，金属阳离子B与阴离子X配位成八面体结构，A存在于八面体间隙平衡BX3阴离子电荷，当八面体发生倾斜，则理想钙钛矿发生结构畸变，形成一系列钙钛矿的衍生物，相对于典型的三维钙钛矿结构，当沿着某一方向从三维结构中抽出几层八面体层，或者用其他成分取代几层八面体层时，则会出现层状钙钛矿结构。有机-无机杂化钙钛矿材料是用有机胺取代无机钙钛矿中的A位原子，各个八面体通过共顶点连接伸展成无限延伸的网络结构，有机胺阳离子填充在各个八面体间隙中，通过胺上的氢与卤素离子形成氢键而伸入无机层空间，有机链之间通过范德华力相互作用，从而形成了无机/有机交替排布的杂化结构，同无机钙钛矿一样，杂化钙钛矿结构也可以通过从三维结构中按一定晶面取向切成片层形成二维结构。这种有机-无机杂化钙钛矿材料从分子尺度上结合了有机材料和无机材料的优点，具有较好的光电特性。有机/无机杂化钙钛矿材料是由有机分子和无机分子自组装形成的类似“三明治”结构，由于有机组分和无机组分的能级位置相差较大，因此会形成一种天然的量子阱，出现较强的激子发光，可以通过对有机组分和无机组分进行调控实现发光等特性的控制，由于有机层和无机层之间以氢键连接，温度的改变会影响氢键以及有机链在层状结构中的伸展，从而表现出一定的温度响应，随着温度的改变，材料的荧光和吸收发生变化，在日光灯下和紫外灯激发下均可以用肉眼直接观察。因此，有机-无机杂化钙钛矿材料有望成为新一类温度探针材料。由于有机组分的存在，酸碱度对有机胺层会造成一定的影响，在压力的作用下，有机组分排布取向性增加，因此通常会表现出一定的酸碱度响应和压力响应特性，部分无机组分性质较活泼，可表现出一定的氧气、湿度敏感特性，因此，有机-无机杂化钙钛矿材料可作温度-酸碱度，温度-压力，温度-氧气等双探针使用。目前对于该体系材料常用的制备方法有缓慢降温法、旋转涂膜法、再沉淀法等，缓慢降温法可以制备出较好的单晶，旋转涂膜法是制备薄膜的常用方法，再沉淀法操作简单，可以大批量制备多晶粉末，除此之外，还有气相沉积、两步法、LB膜法等十余种方法，不同制备方法制备出的有机-无机杂化钙钛矿材料均具有温度敏感特性，除了制备方法的丰富，有机-无机杂化钙钛矿材料的单晶、薄膜、固体粉末和悬浮液均能表现出温度敏感特性，可被用于温度探测。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种将有机-无机杂化钙钛矿材料用于温度探测，利用有机-无机杂化钙钛矿材料对温度的响应速度低于1秒的特点，通过对有机-无机杂化钙钛矿材料的结构和组分的调节，以调节温度探测范围，将该材料用于荧光探针定量探测温度。利用其日光灯下也可观察到材料颜色随温度的变化特性，将其用于只需显示温度变化的简易温度探针。本专利技术提出的将有机-无机杂化钙钛矿材料用于温度探测，该有机-无机杂化钙钛矿材料的结构式为：A2BX4，其中，A为直链烷基铵卤盐或带有荧光发色团的铵卤盐，B为金属Ge、Sn、Pb或Cu中的任何一种；X为氯、溴或碘中的任何一种。上述有机-无机杂化钙钛矿材料的制备过程，包括以下步骤：(1)将有机胺溶解于乙醇中，配制成体积比例50％的溶液，搅拌10分钟至均匀，在冰水浴环境下，边搅拌边向上述溶液中加入氢卤酸，加入的摩尔比为：有机胺:氢卤酸＝1:(1～3)，在冰水浴环境下搅拌2小时，得到澄清溶液，用旋转蒸发仪在60℃、-0.1MPa压力下蒸发，去除溶剂，得到有机铵卤盐的结晶粉末，用乙醚冲洗有机铵卤盐的结晶粉末三次，过滤，于真空干燥箱中35℃、-0.1MPa压力下干燥12小时，得到有机铵卤盐粉末，其中所述的有机胺为烷基胺或带有氨基的染料；(2)将无机卤化物盐和有机铵卤盐按摩尔比例1:(1～3)混合，得到混合物溶液，混合物溶液的浓度为0.1～0.3g/ml，加入第一溶剂，进行超声波处理，超声处理5分钟后，得到混合液，用0.2μm聚四氟乙烯滤头对经过超声波处理的混合液进行过滤，取澄清滤液作为反应溶液，其中所述的无机卤化物盐为碘化铅、碘化锡、氯化铅、溴化铅、氯化锡、氯化铜或碘化锗中的任何一种，所述的第一溶剂为十八烯、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、丁內酯、乙腈、丙酮或乙醇中的任何一种；(3)在上述反应溶液中边搅拌边加入第二溶剂，加入的体积比为：反应溶液:第二溶剂＝1:(1～1000)，搅拌2小时，得到有机-无机杂化钙钛矿材料悬浮溶液，其中，所述的第二溶剂为正己烷、环己烷或去离子水；(4)将上述步骤(3)获得的有机-无机杂化钙钛矿材料悬浮溶液进行离心分离，离心机转速为7000rpm，时间为3分钟，倒去上清液取下层沉淀，室温下干燥，得到有机-无机杂化钙钛矿粉末。本专利技术提出的将有机-无机杂化钙钛矿材料用于温度探测，其优点是：1、本专利技术提出了将有机-无机杂化钙钛矿材料用于温度探测的新用途，用本专利技术方法制备的有机-无机杂化钙钛矿材料的单晶、薄膜、悬浮液和固体粉末都可用于温度探测，而且响应灵敏，分辨率高。2、通过本专利技术的有机-无机杂化钙钛矿材料的制备方法，可以实际应用的需要，从有机-无机杂化钙钛矿材料的组分和结构上进行设计，制备出具有不同温度探测范围的温度探测材料。3、本专利技术方法制备的有机-无机杂化钙钛矿材料，用于温度探测，可以应用在不同环境中，例如液体、蒸汽以及生物体内等特殊环境中，也可使用本专利技术材料进行温度探测。4、本专利技术方法制备的有机-无机杂化钙钛矿材料，即可作为荧光探针定量测试温度使用，也可做简易探针，无需借助紫外光激发，在日光灯下观察颜色变化，可在无需显示精确温度，只需显示温度变化情况下，做成简易温度探针，定性测试温度。5、本专利技术中的有机-无机杂化钙钛矿材料，同时具有对酸碱度敏感、压力敏感等特性，因此可以在探测温度的同时，进一步作为温度-酸碱度、温度-压力等双探针使用。6、本专利技术用于温度探测的有机-无机杂化钙钛矿材料，其制备工艺可以采用已有技术中的多种，制备方法简单，成本低廉。并且具有可回复性，可以重复使用，是一种具有发展前景的新应用领域。附图说明图1为本专利技术所述实施例2中可用于温度探测材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
将有机‑无机杂化钙钛矿材料用于温度探测，其特征在于该有机‑无机杂化钙钛矿材料的结构式为：A2BX4，其中，A为直链烷基铵卤盐或带有荧光发色团的铵卤盐，B为金属Ge、Sn、Pb或Cu中的任何一种；X为氯、溴或碘中的任何一种。

【技术特征摘要】
1.将有机-无机杂化钙钛矿材料制成温度探针以进行温度探测，其特征在于该有机-无机杂化钙钛矿材料的结构式为：A2BX4，其中，A为直链烷基铵卤盐或带有荧光发色团的铵卤盐，B为金属Ge、Sn、Pb或Cu中的任何一种；X为氯、溴或碘中的任何一种。2.如权利要求1所述的有机-无机杂化钙钛矿材料制成温度探针以进行温度探测，其特征在于其中所述的有机-无机杂化钙钛矿材料的制备过程，包括以下步骤：(1)将有机胺溶解于乙醇中，配制成体积比例50％的溶液，搅拌10分钟至均匀，在冰水浴环境下，边搅拌边向上述溶液中加入氢卤酸，加入的摩尔比为：有机胺:氢卤酸＝1:(1～3)，在冰水浴环境下搅拌2小时，得到澄清溶液，用旋转蒸发仪在60℃、-0.1MPa压力下蒸发，去除溶剂，得到有机铵卤盐的结晶粉末，用乙醚冲洗有机铵卤盐的结晶粉末三次，过滤，于真空干燥箱中35℃、-0.1MPa压力下干燥12小时，得到有机铵卤盐粉末，其中所述的有机胺为烷基胺或带有氨基的染料；...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟海政，牛玉玮，柏泽龙，邹炳锁，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11