[发明专利]一种将有机-无机杂化钙钛矿材料用于温度探测

说明书

技术领域

本发明涉及一种将有机-无机杂化钙钛矿材料用于温度探测的新应用，属于材料应用技术领域。

背景技术

温度作为七大物理量之一，在日常生活和科学研究以及军事、生物等领域具有很大的重要性。目前占有近75-80％探针类市场份额的温度探针，主要为水银温度计、热电偶。水银温度计的探测范围没有热电偶大，同时具有运输不方便，存在金属汞泄露带来的环境隐患，相比而言，热电偶无毒易制备，具有更宽的探测范围，但是需要与成套的电子读出设备相连，没有温度计使用便捷，并且由于热电偶使用时需要与探测环境接触，因而限制了其在极酸极碱等特殊环境下的应用。随着材料的发展，一系列可直观显示温度并且可在特殊环境下使用，如同时用于微区成像和生物标记的化学类温度探针得到了发展。

化学类温度探针材料主要包括带有荧光发色团的有机分子、稀土材料以及一些荧光纳米晶等，这些材料利用所发射的荧光信号对温度具有不同的响应，可以从发光强度、发光波长以及荧光寿命等方面对温度进行定性和定量的探测，分辨率和灵敏度较好的材料可以进行微区热成像，目前还没有有机-无机杂化钙钛矿材料被用于温度探测的介绍。

理想钙钛矿的化学通式为ABX₃，其中，金属阳离子B与阴离子X配位成八面体结构，A存在于八面体间隙平衡BX₃阴离子电荷，当八面体发生倾斜，则理想钙钛矿发生结构畸变，形成一系列钙钛矿的衍生物，相对于典型的三维钙钛矿结构，当沿着某一方向从三维结构中抽出几层八面体层，或者用其他成分取代几层八面体层时，则会出现层状钙钛矿结构。有机-无机杂化钙钛矿材料是用有机胺取代无机钙钛矿中的A位原子，各个八面体通过共顶点连接伸展成无限延伸的网络结构，有机胺阳离子填充在各个八面体间隙中，通过胺上的氢与卤素离子形成氢键而伸入无机层空间，有机链之间通过范德华力相互作用，从而形成了无机/有机交替排布的杂化结构，同无机钙钛矿一样，杂化钙钛矿结构也可以通过从三维结构中按一定晶面取向切成片层形成二维结构。

这种有机-无机杂化钙钛矿材料从分子尺度上结合了有机材料和无机材料的优点，具有较好的光电特性。有机/无机杂化钙钛矿材料是由有机分子和无机分子自组装形成的类似“三明治”结构，由于有机组分和无机组分的能级位置相差较大，因此会形成一种天然的量子阱，出现较强的激子发光，可以通过对有机组分和无机组分进行调控实现发光等特性的控制，由于有机层和无机层之间以氢键连接，温度的改变会影响氢键以及有机链在层状结构中的伸展，从而表现出一定的温度响应，随着温度的改变，材料的荧光和吸收发生变化，在日光灯下和紫外灯激发下均可以用肉眼直接观察。因此，有机-无机杂化钙钛矿材料有望成为新一类温度探针材料。

由于有机组分的存在，酸碱度对有机胺层会造成一定的影响，在压力的作用下，有机组分排布取向性增加，因此通常会表现出一定的酸碱度响应和压力响应特性，部分无机组分性质较活泼，可表现出一定的氧气、湿度敏感特性，因此，有机-无机杂化钙钛矿材料可作温度-酸碱度，温度-压力，温度-氧气等双探针使用。

目前对于该体系材料常用的制备方法有缓慢降温法、旋转涂膜法、再沉淀法等，缓慢降温法可以制备出较好的单晶，旋转涂膜法是制备薄膜的常用方法，再沉淀法操作简单，可以大批量制备多晶粉末，除此之外，还有气相沉积、两步法、LB膜法等十余种方法，不同制备方法制备出的有机-无机杂化钙钛矿材料均具有温度敏感特性，除了制备方法的丰富，有机-无机杂化钙钛矿材料的单晶、薄膜、固体粉末和悬浮液均能表现出温度敏感特性，可被用于温度探测。

发明内容

本发明的目的是提出一种将有机-无机杂化钙钛矿材料用于温度探测，利用有机-无机杂化钙钛矿材料对温度的响应速度低于1秒的特点，通过对有机-无机杂化钙钛矿材料的结构和组分的调节，以调节温度探测范围，将该材料用于荧光探针定量探测温度。利用其日光灯下也可观察到材料颜色随温度的变化特性，将其用于只需显示温度变化的简易温度探针。

本发明提出的将有机-无机杂化钙钛矿材料用于温度探测，该有机-无机杂化钙钛矿材料的结构式为：A₂BX₄，其中，A为直链烷基铵卤盐或带有荧光发色团的铵卤盐，B为金属Ge、Sn、Pb或Cu中的任何一种；X为氯、溴或碘中的任何一种。

上述有机-无机杂化钙钛矿材料的制备过程，包括以下步骤：