一种CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃及其制备方法。该CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃中各元素的原子摩尔百分比为：Si:0～9.18％，B：26.02～33.90％，O：54.01～57.96％，Cs：1.00～2.66％，Pb：0.39～2.02％，X：1.76～3.73％，M：0～5.10％，N：0～3.73％，Zn：0～2.13％，其中X为Cl、Br或I中的一种或两种以上的混合；M为Ca、Sr或Ba中的一种或两种以上的混合；N为Li、Na或K中的一种或两种以上的混合。本发明专利技术工艺简单、易操作、价格低廉、纳米晶尺寸可控、可以获得可见光波段的一定范围内的发光，并且CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃材料具有优异的光学性能，可以获得可见光波段的一定范围内的发光，透过率高，在LED、太阳能电池、纳米晶激光器等各个领域有潜在应用。

Boron doped glass doped with CsPbX3 nanocrystals and preparation method thereof

The invention provides a boron doped glass doped with CsPbX3 nanocrystals and a preparation method thereof. The atomic molar fractions of the elements in the CsPbX3 doped boron-containing glass are: Si: 0-9.18%, B: 26.02-33.90%, O: 54.01-57.96%, Cs: 1.00-2.66%, Pb: 0.39-2.02%, X: 1.76-3.73%, M: 0-5.10%, N: 0-3.73%, Zn: 0-2.13%, of which X is one or more of Cl, Br or I. Two or more mixtures; M is one or more mixtures of Ca, Sr, or Ba; N is one or more mixtures of Li, Na, or K. The invention has the advantages of simple process, easy operation, low price, controllable size of nanocrystals, obtaining luminescence in a certain range of visible light band, and excellent optical properties of CsPbX3 nanocrystals doped boron-containing glass material, obtaining luminescence in a certain range of visible light band, high transmittance, and being used in LED and solar energy. Batteries, nanocrystalline lasers and other fields have potential applications.

【技术实现步骤摘要】
一种CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃及其制备方法
本专利技术属于发光材料领域，具体涉及一种CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃及其制备方法。
技术介绍
半导体纳米晶尺寸较小，受到量子限域效应的影响，其能带结构是分立的能级结构，随着纳米晶尺寸逐渐减小，其禁带宽度逐渐增大，在光谱上表现为在不同波段的吸收和荧光。钙钛矿型半导体材料CsPbX3(X＝Cl,Br,I)带隙能分别为CsPbCl3:2.97eV；CsPbBr3:2.30eV；CsPbI3:1.73eV。化学法合成的CsPbX3纳米晶荧光量子产率可达到90％以上，具有较窄的半高宽和较短的荧光寿命，钙钛矿型CsPbX3纳米晶是一种很有应用前景的光学材料。纳米晶的制备方法有很多，如热注入法、水热法、溶胶凝胶法、熔融法、超声电化学法、应变自组装法、分子束外延法以及离子注入法等。钙钛矿纳米晶与玻璃的复合材料目前有两种制备途径。一是将化学合成的钙钛矿纳米晶与溶胶凝胶法制备的玻璃复合。该方法中由于玻璃的溶胶凝胶没有经过高温熔融过程，玻璃基体存在一定的孔隙率，玻璃光学品质较差，难以满足应用需求。二是通过熔融法制备玻璃，然后通过热处理在玻璃基质中析出钙钛矿纳米晶。普通硼硅酸盐玻璃熔点较高，卤族元素在高温熔制过程中易挥发，不利于保持玻璃基质中卤族元素的含量，不利于玻璃基质中钙钛矿纳米晶的析晶；常规硼硅酸盐玻璃中溶解卤化物以后玻璃易出现分相，因此，探明及优化硼硅酸盐玻璃中硅与硼的比例范围，实现硼硅酸盐中卤化物纳米晶的均匀析晶是本技术拟解决的第一个技术难点；再次，玻璃中纳米晶的析晶动力学与荧光量子效率与玻璃基质中Cs元素、Pb元素以及卤元素的含量密切相关，因此，调控玻璃基质中Cs元素、Pb元素以及卤元素的含量是实现CsPbX3纳米晶的可控制备与荧光量子效率优化的第二个技术难点。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题提供一种纳米晶可控制备且荧光量子效率较高的CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃及其制备方法。本专利技术的技术方案如下：一种CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃，所述CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃中各元素的原子摩尔百分比为：Si:0～9.18％，B：26.02～33.90％，O：54.01～57.96％，Cs：1.00～2.66％，Pb：0.39～2.02％，X：1.76～3.73％，M：0～5.10％，N：0～3.73％，Zn：0～2.13％，其中X为Cl、Br或I中的一种或两种以上的混合；M为Ca、Sr或Ba中的一种或两种以上的混合；N为Li、Na或K中的一种或两种以上的混合。上述方案中，X为Br，CsPbBr3纳米晶掺杂含硼玻璃中各元素的原子摩尔百分比为：Si:0～9.18％，B：26.02～28.36％，O：54.04～57.96％，Cs：1.00～1.53％，Pb：1.21～2.02％，Br：1.94～2.49％，M：0～5.10％，N：0～2.09％，Zn：0～0.92％。上述方案中，X为Br，CsPbBr3纳米晶掺杂含硼玻璃中各元素的原子摩尔百分比为：Si:0～4.71％，B：27.75～33.90％，O：56.17～57.07％，Cs：1.01～1.45％，Pb：1.31～2.02％，Br：1.94～2.09％，M：3.03～3.15％，N：1.94～2.09％，Zn：0～0.92％。上述方案中，X为I，CsPbI3纳米晶掺杂含硼玻璃中各元素的原子摩尔百分比为：Si：4.65～5.33％，B：26.67～27.39％，O：54.93～56.72％，Cs：2.59～2.66％，Pb：0.39～0.8％，I：2.59～3.93％，Ca：0～3.10％，Na：2.59～3.73％，Zn：0～2.13％。上述方案中，X为Cl，CsPbCl3纳米晶掺杂含硼玻璃中各元素的原子摩尔百分比为：Si：4.53～4.64％，B：29.72～30.93％，O：54.12～57.68％，Cs：1.01～1.03％，Pb：0.50～1.03％，Cl：1.76～2.58％，Ca：3.02～3.09％，Na：1.76～2.58％。上述方案中，CsPbCl3纳米晶的发光峰在400～408nm范围内可调，CsPbBr3纳米晶的发光峰在485～519nm范围内可调，CsPbI3纳米晶的发光峰在593～696nm范围内可调。所述的CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃的制备方法，包括以下步骤：按照上述原子摩尔百分比称取相应的原料后混合均匀，并在1100～1300℃温度条件下熔融20～60min，然后冷却成型，退火以消除残余应力，得到完全透明玻璃，对制得的透明玻璃在440～580℃进行热处理3～10h，得到CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃。本专利技术首次在含硼玻璃中成功制备了CsPbX3纳米晶，且通过不同的热处理工艺可以实现纳米晶的尺寸可控，从而实现可见光范围内的有效荧光。与其他技术相比，熔融法制备CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃具有工艺简单，易操作且成本低等优点，更为重要的是玻璃基质能够确保所制备的钙钛矿CsPbX3纳米晶具备较好的化学稳定性与热稳定性。本专利技术的有益效果是：本专利技术工艺简单、易操作、价格低廉、纳米晶尺寸可控、可以获得可见光波段的一定范围内的发光。采用含硼玻璃基质为纳米晶提供了稳定的基底环境，使得纳米晶的热稳定性和化学稳定性都得到了明显提高，Cs元素、Pb元素和X元素为析出CsPbX3纳米晶提供基础元素，X元素为澄清剂，促进玻璃的澄清和均化。CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃材料具有优异的光学性能，透过率高，在LED、太阳能电池、纳米晶激光器等各个领域有潜在应用。附图说明以下附图中AP代表原始样，即为退火后未经热处理的玻璃样品。图1为实施例1中玻璃原始样和对其进行不同温度和时间热处理后的吸收光谱图；图2为实施例1中玻璃原始样和对其进行不同温度和时间热处理后的发射光谱图；图3为实施例2中玻璃原始样和对其进行不同温度和时间热处理后的吸收光谱图；图4为实施例2中玻璃原始样和对其进行不同温度和时间热处理后的发射光谱图；图5为实施例3中玻璃原始样和对其进行不同温度和时间热处理后的吸收光谱图；图6为实施例3中玻璃原始样和对其进行不同温度和时间热处理后的发射光谱图；图7为实施例4中玻璃原始样和对其进行不同温度和时间热处理后的吸收光谱图；图8为实施例4中玻璃原始样和对其进行不同温度和时间热处理后的发射光谱图；图9为实施例5中玻璃原始样和对其进行不同温度和时间热处理后的吸收光谱图；图10为实施例5中玻璃原始样和对其进行不同温度和时间热处理后的发射光谱图。图11为实施例6中玻璃原始样和对其进行不同温度和时间热处理后的吸收光谱图；图12为实施例6中玻璃原始样和对其进行不同温度和时间热处理后的发射光谱图。图13为实施例7中玻璃原始样和对其进行不同温度和时间热处理后的吸收光谱图；图14为实施例7中玻璃原始样和对其进行不同温度和时间热处理后的发射光谱图；图15为实施例8中玻璃原始样和对其进行不同温度和时间热处理后的吸收光谱图；图16为实施例8中玻璃原始样和对其进行不同温度和时间热处理后的发射光谱图。图17为实施例9中玻璃原始样和对其进行不同温度和时间热处理后的吸收光谱图；图18为实施例9中玻璃原始样和对其进行不同温度和时间热处理后的发射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃，其特征在于，所述CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃中各元素的原子摩尔百分比为：Si:0～9.18％，B：26.02～33.90％，O：54.01～57.96％，Cs：1.00～2.66％，Pb：0.39～2.02％，X：1.76～3.73％，M：0～5.10％，N：0～3.73％，Zn：0～2.13％，其中X为Cl、Br或I中的一种或两种以上的混合；M为Ca、Sr或Ba中的一种或两种以上的混合；N为Li、Na或K中的一种或两种以上的混合。

【技术特征摘要】
1.一种CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃，其特征在于，所述CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃中各元素的原子摩尔百分比为：Si:0～9.18％，B：26.02～33.90％，O：54.01～57.96％，Cs：1.00～2.66％，Pb：0.39～2.02％，X：1.76～3.73％，M：0～5.10％，N：0～3.73％，Zn：0～2.13％，其中X为Cl、Br或I中的一种或两种以上的混合；M为Ca、Sr或Ba中的一种或两种以上的混合；N为Li、Na或K中的一种或两种以上的混合。2.如权利要求1所述的CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃，其特征在于，X为Br，CsPbBr3纳米晶掺杂含硼玻璃中各元素的原子摩尔百分比为：Si:0～9.18％，B：26.02～28.36％，O：54.04～57.96％，Cs：1.00～1.53％，Pb：1.21～2.02％，Br：1.94～2.49％，M：0～5.10％，N：0～2.09％，Zn：0～0.92％。3.如权利要求1所述的CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃，其特征在于，X为Br，CsPbBr3纳米晶掺杂含硼玻璃中各元素的原子摩尔百分比为：Si:0～4.71％，B：27.75～33.90％，O：56.17～57.07％，Cs：1.01～1.45％，Pb：1.31～2.02％，Br：1.94～2.09％，M：3.03～3.15％，N：1.94～2.09％，Zn：0～0.92％。4.如权利要求1所述的CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘超，艾兵，韩建军，赵修建，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42