[发明专利]一种全无机钙钛矿纳米棒的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种全无机钙钛矿纳米棒的制备方法及其应用。在惰性气体气氛中，以一定温度下注入含铯和铅的前驱体溶液，经过极短的反应时间后迅速冰水浴降温，经过重复离心分离、再分散、洗涤过程得到具有Cs4PbBr6结构的全无机纳米颗粒；第二步骤则是使得该溶液与水相接触，则得到具有较强荧光的全无机CsPbBr3钙钛矿纳米棒，该材料能够应用于绿光LED器件且具有优异的量子效率。本发明通过调控反应时间来控制所得全无机钙钛矿纳米棒的长径比，该纳米棒的发光范围在518nm～520nm之间，其在LED器件上的应用且具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种全无机钙钛矿纳米棒的制备方法及其应用，尤其涉及一种具有新型形貌且可应用于高效LED器件的全无机钙钛矿纳米棒的制备方法和应用，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

随着社会的高速发展，人类对于能源的需求日益增加，在能源领域，种类繁多的半导体材料作为主导已经活跃了数年，在这其中，钙钛矿结构纳米材料基于其优异的发光性能，如发光范围可调，发光效率高和发光谱线窄等，受到了人们极大的关注，随之出现的合成技术和应用领域也都在不断地扩大，在这其中，由热注入方法得到的钙钛矿结构纳米材料在太阳能电池以及发光二极管领域的应用最为突出。钙钛矿结构通常为正交，四方，立方晶系，其中，立方晶系是现在实验水平最方便得到也是最稳定的一种晶相。钙钛矿材料根据其组分的不同分为有机-无机杂化钙钛矿和全无机钙钛矿；有机-无机杂化的钙钛矿主要以CH3NH3PbX3(X＝C1，Br，I)为代表，由于其吸收光谱能够涵盖比较宽的太阳光谱，而且电子和空穴的迁移效率较高，可以被用于制备能量转换效率高达20％的太阳能电池，同时，该类材料作为直接带隙半导体也具有发光的性能，因此，近年来得到广泛的应用。但是由于该类材料在水氧条件下极其不稳定，因此合成相对较为稳定的材料以及如何提高该类材料的稳定性成为了该领域的一大挑战；再加上有机-无机杂化的钙钛矿其激子结合能较低，缺陷相对较多，导致其量子产率较低，从而在一定程度上限制了其在发光领域的应用。

近年来，全无机钙钛矿CsPbX3(X＝C1，Br，I)逐渐进入人们的视野，引起了广泛的关注，由于其具有较高的量子产率，平衡的电子空穴迁移寿命使得该类材料在发光二极管，激光器，太阳能电池以及光探测方面表现出了巨大的应用潜力，到目前为止的数据显示，全无机钙钛矿纳米材料在发光二极管领域的最高效率达到8.73％；而在太阳能电池领域的能量转和效率已达到13.43％，随着全无机钙钛矿纳米材料在各个领域的效率持续刷新，对于材料合成的方法以及其稳定性的提升作为当今研究领域的一大热门迅速发展。迄今为止，合成胶体CsPbBr3钙钛矿纳米晶体颗粒的主要方法包括高温热注入法，室温再沉淀法，溶剂热法，水热法，微波法以及化学气相沉积法等，所制备得到的CsPbBr3钙钛矿纳米材料形貌多为纳米立方体，纳米线，纳米片等，但在诸多的形貌中，我们还没有发现尺寸均一且长径比可调的纳米棒结构。据了解，胶体CsPbBr3钙钛矿纳米晶体的物理性质与形貌和尺寸息息相关，通过调控材料的尺寸和改变其形貌能够很好地调控材料的光电性能。发光二极管(Light Emitting Diode,LED)被称为最新的绿色能源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，广泛应用于各种指示、显示、光源等领域，根据使用功能的不同，可以划分为信息显示、信号灯、车用灯具、液晶屏背光源、通用照明等五大类。在众多胶体CsPbX3钙钛矿纳米材料中，作为LED光源的材料种类繁多，各不相同，纳米立方体制备得到的LED效率最高为8.73％，但至今还未报道过全无机钙钛矿纳米棒在LED方面的应用前景如何，但所有存在的这些材料在器件的稳定性方面以及材料优化方面都存在着巨大的挑战。

发明内容