一种增强发光性能的钙钛矿薄膜的制备方法技术

本发明专利技术提供一种增强发光性能的钙钛矿薄膜的制备方法，包括纳米球预处理、制备纳米球阵列、基板制备、等离子体刻蚀处理、TiO2溶胶制备、构造核壳结构超表面、钙钛矿前驱液制备和钙钛矿复合薄膜成型等步骤。本发明专利技术开发构造核壳结构超表面制备工艺，每个单元以纳米球为核心在基板上，金属氧化物涂层覆盖在每个纳米球的外壳上，通过调整纳米球尺寸、涂层厚度和晶格尺寸，且由于周期性结构和低损耗的协同作用，相邻共振有效地增强了共振峰的幅值，显著提高亮度、纯度和对比度。当共振峰调谐到钙钛矿纳米晶的本征发射峰时，本征光致发光强度达到最大幅度的增加。聚合物封装后的钙钛矿纳米晶的稳定性也显著提高。在高端照明和显示领域展示出巨大潜力。展示出巨大潜力。展示出巨大潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种增强发光性能的钙钛矿薄膜的制备方法


[0001]本说明书一个或多个实施例涉及光电子材料制备领域，尤其涉及一种增强发光性能的钙钛矿薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]液晶显示(LCD)已成为人类显示技术发展史上的一个重要里程碑(Nat.Mater.14(2015)454
‑
458)。与高端有机发光二极管(OLED)显示器相比，虽然LCD在对比度、黑色表现力、色域、薄型和柔韧性等方面仍有一定差距，但凭借其稳定性高、寿命长、护眼、成本低、无烧屏和频闪问题仍是目前主流的显示技术之一(Light Sci.Appl.7(2018)17168
‑
17168)。即使LCD屏幕的整体素质不逊色于OLED屏幕，其广色域和色彩饱和度仍然面临巨大挑战(Adv.Mater.22(2010)3076
‑
3080)。因此，需要开发用于LCD的高性能白光发光二极管(WLED)背光源。目前，商用LCD一般采用InGaN蓝光芯片激发黄色YAG：Ce
3+
荧光粉或绿色Eu
2+
：β
‑
SiAlON和红色Mn
4+
：K2SiF6荧光粉，以实现白色背光(Prog.Mater.Sci.84(2016)59
‑
117；Chem.Mater.30(2018)494
‑
505；Nat.Commun.5(2014)4312)。这种方法制造的背光的色域和饱和度略低，不能满足高端显示器的应用需求(Light Sci.Appl.6(2017)16271)。
[0003]作为替代方案，钙钛矿纳米晶体(CsPbX
3 PNCs，X＝I，Br，Cl)因其在制备流程、色纯度、成本、可调谐光致发光(PL)光谱范围方面具有优于有机荧光材料和传统NCs的光学特性而在显示器领域引起更多关注。不幸的是，钙钛矿卤化物材料由于其固有的离子晶体特征和低形成能会在外部刺激(如水分、光和热)下发生降解，且相应薄膜发光效率低，这些阻碍了钙钛矿基器件的发展(ACS Energy Lett.6(2021)519
‑
528；Adv.Funct.Mater.31(2021)2008211)。到目前为止，已经采用了很多策略来解决发光产率的限制(Adv.Mater.29(2017)1604268；Nano Lett.20(2020)7906
‑
7911)，这些策略的实现基本上是基于电子束光刻(EBL)和聚焦离子束(FIB)等技术。近90％的报告使用这种策略来制作样品，具有良好准确性、高可靠性和可重复性等优点，但仍然存在加工面积有限、成本高、复杂度高、耗时长等缺点(Adv.Opt.Mater.9(2021)2001474)。此外，光、氧气和水分会导致PNCs分解或再生，导致荧光猝灭和光谱偏移(Chem.Soc.Rev.48(2019)310
‑
350)。因此，钙钛矿相关的光电器件还需要有利的封装来消除它们的聚集和再生长。
[0004]钙钛矿纳米晶体(PNCs)由于其优异的光学性能，有望替代背光显示器中传统的荧光粉颜色转换层，可以增强显示器的色域和饱和度。然而，稳定性差和发光效率低阻碍了钙钛矿基器件的发展。

技术实现思路

[0005]技术问题：有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种增强发光性能的钙钛矿薄膜的制备方法，结合大面积制造的可扩展性，具有成本效益的弱无序超表面是一种有效的方法，可以弥补高效实验室演示和商业化显示器之间的差距，促进其工业化生产。
[0006]技术方案：本专利技术的目的是提供一种增强发光性能的钙钛矿薄膜的制备方法具体
包括以下步骤：
[0007]步骤1：纳米球预处理；
[0008]纳米球胶体:乙醇按照1:1～1:1.5的体积比取样，将所述纳米球胶体与乙醇放入玻璃瓶内混合，并超声处理30min～60min，以使所述纳米球与乙醇混合制得水基纳米球胶体溶液；
[0009]步骤2：基于Langmuir
‑
Blodgett膜技术，制备纳米球阵列；
[0010]吸取步骤1中所述水基纳米球胶体溶液，并将所述水基纳米球胶体溶液注入至洁净水槽中，以使所述纳米球覆盖于水表面并形成单层纳米球阵列；
[0011]步骤3：基板制备；
[0012]取石英片，使用清洗剂除渍，并将所述石英片依次置于去离子水、丙酮和乙醇中超声清洗20min～30min，使用氮气将清洗后的所述石英片干燥处理，然后置于紫外臭氧清洗机中15min～30min，以制得用于附着步骤2中所述单层纳米球阵列的基板；
[0013]步骤4：取步骤3中制得的基板，放置于所述的水槽内，降低水槽的液位以使所述单层纳米球阵列跟随液位降低后转移至所述基板表面，取出所述基板并自然干燥，所述单层纳米球阵列呈六方密堆积于所述基板表面；
[0014]步骤5：等离子体刻蚀处理；
[0015]取步骤4中制备得到的附着有所述单层纳米球阵列的基板，置于的感应耦合等离子刻蚀机中，向感应耦合等离子刻蚀机通入反应气体以刻蚀基板表面，获得等离子刻蚀过的基板；
[0016]步骤6：取冰水放置于容器中，将所述容器放置于磁力搅拌机中以搅拌冰水，取浓度为0.8mol/L～1.2mol/L的TiCl4溶液,缓慢滴入冰水中以获得水解液，并向所述容器中滴加氨水以使水解液PH值为7，并得到白色浑浊溶液，过滤所述白色浑浊溶液以除去NH
4+
和Cl
‑
；
[0017]步骤7：取步骤6中制备得到的白色浑浊溶液，加入蒸馏水，分散以获得Ti(OH)4的混浊溶液，取碱性滴定管，向浑浊溶液中滴加H2O2，直至出现澄清的橙色溶液；
[0018]步骤8：取阴离子
‑
阳离子交换树脂柱，使所述橙色溶液通过所述阴离子
‑
阳离子交换树脂柱以洗去NH
4+
和Cl
‑
；
[0019]步骤9：将步骤8所得溶液放置于40℃～60℃油浴中，再加热至100℃～120℃维持2～4小时，以制备TiO2溶胶，之后，停止加热所述TiO2溶胶并冷却至常温，取出保存；
[0020]步骤10：构造核壳结构超表面；
[0021]取步骤5中制备得到的所述等离子刻蚀过的基板和步骤9中制备得到的溶胶，将所述等离子刻蚀过的基板放置于所述溶胶中浸泡20min～30min，并用少量乙醇冲洗后干燥处理，上述步骤重复2～4次，然后将基板升温至75℃～90℃并保持2h～6h，获得以纳米球为内核，在每个球壳上包覆TiO2的核壳结构超表面；
[0022]步骤11：取金属卤化物和卤化铯在N,N
‑
二甲基甲酰胺溶剂中以800rpm～1200rpm搅拌30min～60min，形成透明的钙钛矿前驱液；
[0023]步骤12：取步骤11中制得的钙钛矿前驱液，加入PVDF粉末，室温，剧烈搅拌3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强发光性能的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：纳米球预处理；纳米球胶体:乙醇按照1:1～1:1.5的体积比取样，将所述纳米球胶体与乙醇放入玻璃瓶内混合，并超声处理30min～60min，以使所述纳米球与乙醇混合制得水基纳米球胶体溶液；步骤2：基于Langmuir
‑
Blodgett膜技术，制备纳米球阵列；吸取步骤1中所述水基纳米球胶体溶液，并将所述水基纳米球胶体溶液注入至洁净水槽中，以使所述纳米球覆盖于水表面并形成单层纳米球阵列；步骤3：基板制备；取石英片，使用清洗剂除渍，并将所述石英片依次置于去离子水、丙酮和乙醇中超声清洗20min～30min，使用氮气将清洗后的所述石英片干燥处理，然后置于紫外臭氧清洗机中15min～30min，以制得用于附着步骤2中所述单层纳米球阵列的基板；步骤4：取步骤3中制得的基板，放置于所述的水槽内，降低水槽的液位以使所述单层纳米球阵列跟随液位降低后转移至所述基板表面，取出所述基板并自然干燥，所述单层纳米球阵列呈六方密堆积于所述基板表面；步骤5：等离子体刻蚀处理；取步骤4中制备得到的附着有所述单层纳米球阵列的基板，置于的感应耦合等离子刻蚀机中，向感应耦合等离子刻蚀机通入反应气体以刻蚀基板表面，获得等离子刻蚀过的基板；步骤6：取冰水放置于容器中，将所述容器放置于磁力搅拌机中以搅拌冰水，取浓度为0.8mol/L～1.2mol/L的TiCl4溶液,缓慢滴入冰水中以获得水解液，并向所述容器中滴加氨水以使水解液PH值为7，并得到白色浑浊溶液，过滤所述白色浑浊溶液以除去NH
4+
和Cl
‑
；步骤7：取步骤6中制备得到的白色浑浊溶液，加入蒸馏水，分散以获得Ti(OH)4的混浊溶液，取碱性滴定管，向浑浊溶液中滴加H2O2，直至出现澄清的橙色溶液；步骤8：取阴离子
‑
阳离子交换树脂柱，使所述橙色溶液通过所述阴离子
‑
阳离子交换树脂柱以洗去NH
4+
和Cl
‑
；步骤9：将步骤8所得溶液放置于40℃～60℃油浴中，再加热至100℃～120℃维持2～4小时，以制备TiO2溶胶，之后，停止加热所述TiO2溶胶并冷却至常温，取出保存；步骤10：构造核壳结构超表面；取步骤5中制备得到的所述等离子刻蚀过的基板和步骤9中制备得到的溶胶，将所述等离子刻蚀过的基板放置于所述溶胶中浸泡20min～30min，并用少量乙醇冲洗后干燥处理，上述步骤重复2～4次，然后将基板升温至75℃～90℃并保持2h～6h，获得以纳米球为内核，在每个球壳上包覆TiO2的核壳结构超表面；步骤11：取金属卤化物和卤化铯在N,N
‑
二甲基甲酰胺溶剂中以800rpm～1200rpm搅拌30min～60min，形成透明的钙钛矿前驱液；步骤12：取步骤11中制得的钙钛矿前驱液，加入PVDF粉末，室温，剧烈搅拌36h～48h，得到完全溶解的混合物；PVDF粉末是聚偏氟乙烯粉末；步骤13：取步骤10中制得的核壳结构超表面的基板与步骤12中制得的混合物，将混合物浇铸至核壳结构超表面上，放入真空干燥箱，抽取空气使真空干燥箱内部达到负压状态
以使N,N
‑
二甲基甲酰胺溶剂挥发，混合物在核壳结构超表面上形成无色薄膜，将基板从真空干燥箱中取出置于大气中，无色薄膜逐渐变色，从基板上剥离薄膜，获得独立的光致发光光谱在400
‑
500nm波长、500
‑
600nm波长、600
‑
700nm波长的钙钛矿复合薄膜。2.根据权利要求1所述的一种增强发光性能的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿复合薄膜光致发光光谱在400
‑
500nm波长时，所述水基纳米球胶体溶液中的纳米球为直径300nm～380nm、浓度2.5wt％～...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴之海，夏军，张易晨，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：