掺杂溴化铅铯的溴化钾晶体及其生长方法技术

掺杂溴化铅铯的溴化钾晶体及其生长方法属于发光材料技术领域。现有CsPbBr3钙钛矿材料的环境稳定性较差。本发明专利技术之掺杂溴化铅铯的溴化钾晶体以CsPbBr3为发光中心，所述掺杂溴化铅铯的溴化钾晶体属立方晶系，分子式为KBr:CsPbBr3，CsPbBr3为掺杂，晶体基质为KBr。本发明专利技术之掺杂溴化铅铯的溴化钾晶体的生长方法其步骤包括生长料制备、晶体生长以及退火，在生长料制备步骤中，按CsBr:PbBr2＝1.2～1.8:1的摩尔比加入CsBr、PbBr2，按CsPbBr3在KBr:CsPbBr3中的摩尔浓度大于0.5at.％、小于45at.％确定KBr的加入量；在晶体生长步骤中，采用提拉法生长KBr:CsPbBr3晶体，工艺参数确定为：提拉速度0.8～1.5mm/h，旋转速度2～15rpm，生长温度721～728℃；在退火步骤中，停止提拉，在生长温度下保温25～35min，随后自然降温至650℃时保温5～6h，再自然降温至室温。再自然降温至室温。再自然降温至室温。

【技术实现步骤摘要】
掺杂溴化铅铯的溴化钾晶体及其生长方法


[0001]本专利技术涉及一项题为掺杂溴化铅铯的溴化钾晶体及其生长方法的技术方案，在本专利技术中，溴化钾与溴化铅铯钙钛矿晶体复合，形成一种光学晶体，分子式为KBr:CsPbBr3，属于发光材料


技术介绍

[0002]CsPbBr3由于具有“113结构”，使其归于钙钛矿材料，具有高的光致发光量子产率(PLQY)，窄的发射光谱，且可调谐，覆盖全可见范围。这使得CsPbBr3钙钛矿材料在发光材料领域具有其独特应用。与多晶薄膜相比，无晶界的单晶钙钛矿具有更快的光响应速度及更高的单色性。因此，CsPbBr3单晶钙钛矿的制造成为进一步探索单晶钙钛矿在各种应用中的潜力的前提。由于CsPbBr3的环境稳定性较差，在光照、高温、潮湿的环境中极易发生相变，需封装使用。

技术实现思路

[0003]为了生长出具有较高的环境稳定性，从而不易因环境因素的影响而发生相变的CsPbBr3晶体，我们提出一项称为掺杂溴化铅铯的溴化钾晶体及其生长方法的专利技术。
[0004]本专利技术之掺杂溴化铅铯的溴化钾晶体以CsPbBr3为发光中心，其特征在于，所述掺杂溴化铅铯的溴化钾晶体属立方晶系，分子式为KBr:CsPbBr3，CsPbBr3为掺杂，晶体基质为KBr。
[0005]本专利技术之掺杂溴化铅铯的溴化钾晶体的生长方法其步骤包括生长料制备、晶体生长以及退火，其特征在于，在生长料制备步骤中，按CsBr:PbBr2＝1.2～1.8:1的摩尔比加入CsBr、PbBr2，按CsPbBr3在KBr:CsPbBr3中的摩尔浓度大于0.5at.％、小于45at.％确定KBr的加入量；在晶体生长步骤中，采用提拉法生长KBr:CsPbBr3晶体，工艺参数确定为：提拉速度0.8～1.5mm/h，旋转速度2～15rpm，生长温度721～728℃；在退火步骤中，停止提拉，采用原位炉内的退火方式，在生长温度下保温25～35min，随后自然降温至650℃时保温5～6h，再自然降温至室温。
[0006]本专利技术其技术效果在于，溴化钾与溴化铅铯钙钛矿晶体复合，形成掺杂溴化铅铯的溴化钾晶体，是一种光学晶体，所述的复合并未改变产物晶体的晶系结构，仍具有溴化钾的立方晶系结构，如图1所述，图中KBr:CsPbBr3晶体与KBr晶格的衍射峰峰位匹配，而溴化钾晶体具有良好的环境稳定性，给KBr:CsPbBr3晶体带来同样的环境稳定性，在产物晶体样品的测试过程中，经过两次高于CsPbBr3相变点温度243℃的升降温，再对产物晶体样品进行光谱测试，仍能保持初始光强的99％以上；在潮湿、光照条件下光强也未发生明显变化，环境稳定性优于纯相CsPbBr3。
[0007]本专利技术其技术效果不仅如此。
[0008]例如，由于KBr的(
‑
211)面和CsPbBr3的(220)面晶格匹配度高达98.94％，掺杂浓度的范围较宽，在KBr:CsPbBr3中CsPbBr3的摩尔浓度在0.5at.％～45at.％之间，在这一范
围内，既能够保证产物晶体正常发光，又能保证KBr:CsPbBr3具有与KBr相同的晶系结构，从而能够满足各种实际需要，如当CsPbBr3在KBr:CsPbBr3晶体中的摩尔浓度为5.3at.％时，产物晶体的发光光强峰值甚至高于CsPbBr3，如图2所示。
[0009]再如，CsBr按CsBr:PbBr2＝1.2～1.8:1过量加入，多出的Cs能够填补产物晶体中的其他缺陷；同时，利用混合物熔点降低这一现象，在721～728℃范围内确定生长温度，低于且接近KBr的熔点730℃，在保证晶体正常生长的同时，减轻熔体组分的挥发，特别是减轻了原本挥发较重的PbBr2、CsBr的挥发，而KBr原本挥发较轻，在721～728℃范围内挥发进一步减轻。两项技术措施综合的效果是容易生长出较完美的晶体，包括在尺寸方面得到如Φ10mm
×
35mm的大尺寸产物晶体，在掺杂方面达到均匀掺杂。
[0010]还有，所生长的掺杂溴化铅铯的溴化钾晶体不仅具有与CsPbBr3相似的光谱，如图2所示，而且便于加工，能够用于制作发光二极管等发光器件。
附图说明
[0011]图1为本专利技术之掺杂溴化铅铯的溴化钾晶体与溴化钾晶体对比的XRD图，该图同时作为摘要附图。
[0012]图2为本专利技术之掺杂溴化铅铯的溴化钾晶体与溴化铅铯晶体对比的发光光谱图。
具体实施方式
[0013]本专利技术之掺杂溴化铅铯的溴化钾晶体的生长方法其步骤包括生长料制备、晶体生长以及退火。在生长料制备步骤中，按CsBr:PbBr2＝1.2～1.8:1的摩尔比加入CsBr、PbBr2，如CsBr:PbBr2＝1.72:1，按CsPbBr3在KBr:CsPbBr3中的摩尔浓度大于0.5at.％、小于45at.％确定KBr的加入量，如CsPbBr3在KBr:CsPbBr3中的摩尔浓度为5.3at.％，将KBr、CsBr先行混合，再加入PbBr2充分混合，用液压机压块得块状生长料。在晶体生长步骤中，将所制备的生长料装入单晶炉，采用提拉法生长KBr:CsPbBr3晶体，工艺参数确定为：提拉速度0.8～1.5mm/h，旋转速度2～15rpm，生长温度721～728℃，如提拉速度1.2mm/h，旋转速度10rpm，生长温度723℃。在退火步骤中，停止提拉，采用原位炉内的退火方式，在生长温度下保温25～35min，如30min，随后自然降温至650℃时保温5～6h，如6h，再自然降温至室温。
[0014]理论上CsBr:PbBr2＝1:1，为加入更多的Cs以填补产物晶体中的其他缺陷，确定CsBr:PbBr2＝1.72:1这一比例，但是，根据经验，CsBr和PbBr2在总量上也需要加量，以弥补这两个组分的因挥发造成的生长料损失。例如，确定生长料总量为1.5mol，其中KBr为1.42mol，接着确定CsBr为0.138mol，PbBr2为0.08mol，二者加入量符合CsBr:PbBr2＝1.72:1这一比例，但超出确定KBr为1.42mol之后的生长料组分的余份，为的就是弥补这两个组分的因挥发造成的生长料损失。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.掺杂溴化铅铯的溴化钾晶体以CsPbBr3为发光中心，其特征在于，所述掺杂溴化铅铯的溴化钾晶体属立方晶系，分子式为KBr:CsPbBr3，CsPbBr3为掺杂，晶体基质为KBr。2.掺杂溴化铅铯的溴化钾晶体的生长方法其步骤包括生长料制备、晶体生长以及退火，其特征在于，在生长料制备步骤中，按CsBr:PbBr2＝1.2～1.8:1的摩尔比加入CsBr、PbBr2，按CsPbBr3在KBr:...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春，石学明，杨蔚岭，陈汝嘉，曾繁明，林海，刘丽娜，李莎莎，姜喜亮，冷壮，张天庆，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：