具有钙钛矿微纳结构的材料及其制备方法和应用技术

本申请提供一种具有钙钛矿微纳结构的材料及其制备方法和应用。具有钙钛矿微纳结构的材料，包括纳米晶体和包覆所述纳米晶体的包覆层。具有钙钛矿微纳结构的材料的制备方法：将包括CH3NH3X、PbX2、混合溶剂在内的原料混合，然后加入不良溶剂；反应后固液分离得到溶液；将所述溶液、Pb(SCN)2和CH3NH3SCN混合，然后干燥得到所述纳米晶体；使用原子沉积法在所述纳米晶体表面包覆所述金属化合物，得到所述具有钙钛矿微纳结构的材料。具有钙钛矿微纳结构的材料的应用，用于半导体光电子器件、信息存储设备和探测设备。本申请提供的具有钙钛矿微纳结构的材料，稳定性高。稳定性高。稳定性高。

【技术实现步骤摘要】
具有钙钛矿微纳结构的材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及材料领域，尤其涉及一种具有钙钛矿微纳结构的材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]有机
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无机杂化钙钛矿材料(ABX3，A为铵阳离子，B为二价金属阳离子，X为卤素阴离子)，凭借其优异的光电子特性，在半导体光电子、信息存储和探测等领域展现出巨大的应用潜力。继2014年刑贵川等人首次观测到钙钛矿薄膜的放大自发辐射行为以来，钙钛矿被认为是继III
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V和II
‑
VI族后另一备受关注的增益材料体系。现阶段围绕模式控制、光谱扩展以及调控激光输出特性等三方面开展了系统性研究工作并取得了重要研究成果。然而钙钛矿的稳定性是制约钙钛矿激光器、乃至钙钛矿光电子器件实际应用的瓶颈问题。其根本原因在于与钙钛矿内部有机组分相关的缺陷产生与传播问题，最终通过内部和外部因素影响材料稳定性。
[0003]针对上述问题，现阶段的研究思路是分别通过提高钙钛矿晶体质量及内部组分键合能力，或避免与外部环境接触的角度提高材料稳定性，如铵阳离子、卤素、金属离子的插入或替换，或在晶体生长过程中进行反溶剂处理等，以此降低钙钛矿内部缺陷，但此法只可在一定程度上缓解材料的降解反应，其在外部环境下依然会存在长期相稳定性问题；在材料表面引入有机材料进行“封装”，尽管可以起到阻隔水分子的作用，但有机材料与钙钛矿层之间结合性差、二次成键能力弱，热稳定性问题依然存在；引入无机材料进行表面钝化，如无机材料/钙钛矿壳核结构，尽管二者之间成键作用较强，对钙钛矿稳定性可起到积极作用，但无机壳材料生长过程中所使用的有机溶剂会对钙钛矿晶体造成破坏，增加工艺控制难度。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种具有钙钛矿微纳结构的材料及其制备方法和应用，以解决上述问题。
[0005]为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
[0006]一种具有钙钛矿微纳结构的材料，包括纳米晶体和包覆所述纳米晶体的包覆层；
[0007]所述纳米晶体的分子式为CH3NH3PbX3，其中，X选自Cl、Br或I；所述包覆层包括金属化合物。
[0008]优选地，所述金属化合物包括Al2O3、MgO、ZnO和AlN中的一种或多种。
[0009]优选地，所述包覆层的厚度为50
‑
1000nm。
[0010]本申请还提供一种所述的具有钙钛矿微纳结构的材料的制备方法，包括：
[0011]将包括CH3NH3X、PbX2、混合溶剂在内的原料混合，然后加入不良溶剂；反应后固液分离得到溶液；将所述溶液、Pb(SCN)2和CH3NH3SCN混合，然后干燥得到所述纳米晶体；
[0012]使用原子沉积法在所述纳米晶体表面包覆所述金属化合物，得到所述具有钙钛矿
微纳结构的材料。
[0013]优选地，所述CH3NH3X和PbX2的摩尔比为1：(1
‑
1.4)；
[0014]优选地，所述混合溶剂为油酸、油胺和DMF的混合物。
[0015]优选地，所述不良溶剂包括甲苯；
[0016]优选地，加入所述不良溶剂时，体系温度为60
‑
120℃。
[0017]优选地，所述固液分离包括：将反应物进行离心1
‑
5次，取上清液作为所述溶液；
[0018]所述离心的转速为5000
‑
10000rpm。
[0019]优选地，所述Pb(SCN)2和所述CH3NH3SCN占所述溶液总质量的3
‑
8％。
[0020]优选地，所述干燥包括：
[0021]将所述溶液、所述Pb(SCN)2和所述CH3NH3SCN混合得到的混合物滴加至石英玻璃衬底上，90
‑
110℃退火烘干溶剂。
[0022]优选地，所述原子沉积法包括：
[0023]将所述纳米晶体放入ALD系统的生长室，以氩气作为载气，选择金属源、氧源或氮源，启动沉积；
[0024]优选地，所述沉积的温度为20
‑
250℃。
[0025]本申请还提供一种所述的具有钙钛矿微纳结构的材料的应用，用于半导体光电子器件、信息存储设备和探测设备。
[0026]与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
[0027]本申请提供的具有钙钛矿微纳结构的材料，从调控钙钛矿材料的表面势垒、操控有机组分扩散路径的角度进行设计，通过在纳米晶体CH3NH3PbX3的表面包覆包括金属化合物的包覆层，可将受激分解的有机组分限制在封闭系统中，在环境条件改变下可实现晶体结构的“自修复”，提升纳米晶体CH3NH3PbX3的在热
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光
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水
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氧条件下的高稳定性。
[0028]本申请提供的具有钙钛矿微纳结构的材料的制备方法，工艺简单，成本低。
[0029]本申请提供的具有钙钛矿微纳结构，用途广泛，可用于半导体光电子器件、信息存储设备和探测设备等领域。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。
[0031]图1为氧化铝包覆的CH3NH3PbBr3微晶的SEM图；
[0032]图2为氧化铝包覆的CH3NH3PbBr3微晶的能谱图；
[0033]图3为实施例1.1样品的光泵浦受激发射实验谱图；
[0034]图4为对比例1.1样品的光泵浦受激发射实验谱图。
具体实施方式
[0035]如本文所用之术语：
[0036]“由
……
制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、
制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
[0037]连接词“由
……
组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由
……
组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
[0038]当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有钙钛矿微纳结构的材料，其特征在于，包括纳米晶体和包覆所述纳米晶体的包覆层；所述纳米晶体的分子式为CH3NH3PbX3，其中，X选自Cl、Br或I；所述包覆层包括金属化合物。2.根据权利要求1所述的具有钙钛矿微纳结构的材料，其特征在于，所述金属化合物包括Al2O3、MgO、ZnO和AlN中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的具有钙钛矿微纳结构的材料，其特征在于，所述包覆层的厚度为50
‑
1000nm。4.一种权利要求1
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3任一项所述的具有钙钛矿微纳结构的材料的制备方法，其特征在于，包括：将包括CH3NH3X、PbX2、混合溶剂在内的原料混合，然后加入不良溶剂；反应后固液分离得到溶液；将所述溶液、Pb(SCN)2和CH3NH3SCN混合，然后干燥得到所述纳米晶体；使用原子沉积法在所述纳米晶体表面包覆所述金属化合物，得到所述具有钙钛矿微纳结构的材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述CH3NH3X和PbX2的摩尔比为1：(1
‑
1.4)；优选地，所述混合溶剂为油酸、油胺和DMF的混合物；优选地，所述不良溶剂包括甲苯；优选地，加入所述不良...

【专利技术属性】
技术研发人员：方铉，李波波，袁牧峰，梁永波，
申请(专利权)人：香港中文大学深圳，
类型：发明
国别省市：