提高稳定性的前驱体溶液及FA基钙钛矿单晶的制备方法技术

本发明专利技术公开了提高稳定性的前驱体溶液及FA基钙钛矿单晶的制备方法，涉及钙钛矿单晶制备技术领域，包括S1、准备原材料，原料中包括鹅去氧胆酸；S2、第一溶液的制备；S3、第二溶液的制备；S4、第三溶液的制备；S5、前驱体溶液的制备；S6、FA基钙钛矿单晶的制备。本发明专利技术的鹅去氧胆酸结构中的羧基官能团，能够抑制FA离子在FA基钙钛矿前驱体溶液中发生脱质子分解；减缓FA钙钛矿单晶的结晶和提高FA基钙钛矿单晶晶体质量；FA基钙钛矿单晶中残留的鹅去氧胆酸，能够提高FA基钙钛矿单晶的热分解温度，减少浅能级缺陷浓度和抑制离子迁移，从而使FA基钙钛矿X射线探测器具有优异的辐射探测灵敏度，探测下限和辐照稳定性。下限和辐照稳定性。下限和辐照稳定性。

【技术实现步骤摘要】
提高稳定性的前驱体溶液及FA基钙钛矿单晶的制备方法


[0001]本专利技术涉及钙钛矿单晶制备
，更具体的是涉及提高稳定性的前驱体溶液及FA基钙钛矿单晶的制备方法的


技术介绍

[0002]相比于其他钙钛矿材料，三维有机金属钙钛矿单晶具有载流子扩散长度长和缺陷密度低等不可替代的优势，这使得其在辐射探测领域具有广阔的应用前景。然而，三维钙钛矿单晶的离子迁移导致其在探测X射线时，产生严重的暗电流漂移和严重影响钙钛矿辐射探测器的使用寿命。因此，抑制三维钙钛矿单晶的离子迁移是提高其在辐射探测领域应用的关键所在。
[0003]钙钛矿单晶中的离子迁移主要是由有机阳离子、卤素离子等离子在光或外场作用下通过空位运动引起的。通过增加有机阳离子、卤素离子等离子的迁移活化能或减少这些离子在钙钛矿晶格中的迁移通道能有效的减少钙钛矿单晶的离子迁移。FA基三维钙钛矿材料相比于其他三维钙钛矿材料具有高离子迁移活化能，这在一定程度上可以抑制离子迁移。然而，FA离子在钙钛矿前驱体溶液中会产生分解，这极其影响FA基钙钛矿单晶的晶体质量，导致其在辐射探测领域没有发挥该材料的本征优势。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：为了解决如何改善FA基钙钛矿单晶的晶体质量，以提高其在辐射探测领域的探测效率和辐照稳定性的技术问题，本专利技术提供提高稳定性的前驱体溶液及FA基钙钛矿单晶的制备方法。
[0005]本专利技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
[0006]一种提高稳定性的前驱体溶液的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1、准备原材料：准备鹅去氧胆酸(CDCA)、甲脒溴(FABr)、溴化铅(PbBr2)、N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)以及γ
‑
丁内酯(GBL)；
[0008]S2、第一溶液的制备：将步骤S1中的N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)和γ
‑
丁内酯(GBL)按照1:1的体积分数配成混合溶液，再将FABr和PbBr2溶于混合溶液中，配置成第一溶液；
[0009]S3、第二溶液的制备：将步骤S1中的鹅去氧胆酸(CDCA)按照多种不同的比例加入步骤S2得到的第一溶液的配置中，获得多种不同鹅去氧胆酸(CDCA)浓度的第二溶液；
[0010]S4、第三溶液的制备：然后将步骤S3得到的第二溶液用磁子搅拌，获得澄清无色的第三溶液；
[0011]S5、前驱体溶液的制备：用滤膜过滤第三溶液，获得可用于生长FA基钙钛矿单晶的前驱体溶液。
[0012]进一步地，步骤S1中，鹅去氧胆酸(CDCA)的纯度≥95％，甲脒溴(FABr)的纯度≥95％，溴化铅(PbBr2)的纯度≥95％，N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)的纯度≥95％，γ
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丁内酯(GBL)的纯度＞95％。
[0013]进一步地，步骤S2中，将步骤S1中的N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)和γ
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丁内酯(GBL)按照1:1的体积分数配成混合溶液，再将1.399～2.099g FABr和4.1104～6.166g PbBr2溶于10ml混合溶液中，配置成第一溶液。
[0014]进一步地，步骤S3中，鹅去氧胆酸(CDCA)按照0.05，0.1，0.15，0.2的比例加入第一溶液中，获得四种不同鹅去氧胆酸(CDCA)浓度的第二溶液。
[0015]进一步地，步骤S4中，将步骤S3得到的第二溶液用磁子搅拌至少24小时，获得澄清无色的第三溶液。
[0016]进一步地，步骤S5中，用0.22～0.45μm的PTFE滤膜过滤第三溶液，获得可用于生长FA基钙钛矿单晶的前驱体溶液。
[0017]一种FA基钙钛矿单晶的制备方法，采用上述一种提高稳定性的前驱体溶液的制备方法，得到前驱体溶液，将前驱体溶液置于25℃的烘箱中，然后以3℃/day的升温速率升温至70℃生长得到FA基钙钛矿单晶。
[0018]进一步地，将前驱体溶液中的鹅去氧胆酸(CDCA)按照0.05、0.1、0.15以及0.2的比例添加生长得到四种FA基钙钛矿单晶，四种FAPbBr3钙钛矿单晶分别命名为：C
0.05
、C
0.1
、C
0.15
以及C
0.2
。
[0019]本专利技术的有益效果如下：
[0020]1、鹅去氧胆酸结构中的羧基官能团，能够抑制FA离子在FABX3(B：Pb，Sn，Bi；X：Cl，Br，I)钙钛矿前驱体溶液中发生脱质子分解，从而保证FA离子在前驱体溶液中的浓度，使FABX3钙钛矿单晶以更接近标准化学计量比生长；
[0021]2、鹅去氧胆酸结构中的羰基官能团，能够与FA离子形成氢键作用，该作用能够减少自由FA离子在前驱体溶液中的浓度，从而减缓FABX3钙钛矿单晶的结晶和提高FABX3钙钛矿单晶晶体质量；
[0022]3、FABX3钙钛矿单晶中残留的鹅去氧胆酸，能够提高FABX3钙钛矿单晶的热分解温度，减少浅能级缺陷浓度和抑制离子迁移，从而使FABX3钙钛矿X射线探测器具有优异的辐射探测灵敏度，探测下限和辐照稳定性。
附图说明
[0023]图1为前驱体溶液中添加鹅去氧胆酸(CDCA)前后的钙钛矿单晶的XRD摇摆曲线。
[0024]图2为C0单晶和C
0.15
单晶的差示扫描量热法实验数据图。
[0025]图3为单晶的离子迁移活化能数据图，其中，图3a为C0单晶的离子迁移活化能数据图，图3b为C
0.15
单晶的离子迁移活化能数据图。
[0026]图4为单晶X射线探测灵敏度和探测下限数据图，其中，图4a为C0单晶的X射线探测灵敏度，图4b为C0单晶的探测下限数据图,图4c为C
0.15
单晶的X射线探测灵敏度,图4d为C
0.15
单晶下限数据图。
[0027]图5为单晶的X射线辐照稳定性测试数据图，其中，图5a为C0单晶的X射线辐照稳定性测试数据图，图5b为C
0.15
单晶的X射线辐照稳定性测试数据图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例
中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0029]因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高稳定性的前驱体溶液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、准备原材料：准备鹅去氧胆酸(CDCA)、甲脒溴(FABr)、溴化铅(PbBr2)、N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)以及γ
‑
丁内酯(GBL)；S2、第一溶液的制备：将步骤S1中的N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)和γ
‑
丁内酯(GBL)按照1:1的体积分数配成混合溶液，再将FABr和PbBr2溶于混合溶液中，配置成第一溶液；S3、第二溶液的制备：将步骤S1中的鹅去氧胆酸(CDCA)按照多种不同的比例加入步骤S2得到的第一溶液的配置中，获得多种不同鹅去氧胆酸(CDCA)浓度的第二溶液；S4、第三溶液的制备：然后将步骤S3得到的第二溶液用磁子搅拌，获得澄清无色的第三溶液；S5、前驱体溶液的制备：用滤膜过滤第三溶液，获得可用于生长FA基钙钛矿单晶的前驱体溶液。2.根据权利要求1所述的一种提高稳定性的前驱体溶液的制备方法，其特征在于，鹅去氧胆酸(CDCA)的纯度≥95％，甲脒溴(FABr)的纯度≥95％，溴化铅(PbBr2)的纯度≥95％，N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)的纯度≥95％，γ
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丁内酯(GBL)的纯度＞95％。3.根据权利要求1所述的一种提高稳定性的前驱体溶液的制备方法，其特征在于，步骤S2中，将步骤S1中的N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)和γ
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丁...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵一英，蒋伟，任吉威，李海宾，刘丹，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：