[发明专利]含锰钙钛矿可调谐发光材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了含锰钙钛矿可调谐发光材料及其制备方法和应用，所述材料的基体为含锰钙钛矿材料，通过不同制备方法获得，即可通过改变钙钛矿ABX₃上的有机胺分子的大小和种类、数量、材料主体组分，或者改变处理温度、甚至是吸附水来调控其组成、微结构或电子态，实现发光行为调控，实现调谐其发光波长和发光效率。本发明制得的含锰钙钛矿可调谐发光材料结晶性好，结构稳定，制备过程简便，可快速大量合成，发光效率高；这类材料发光颜色可调，其制成的LED可实现510nm的宽带绿光、550nm的宽带黄绿色、600nm橙黄色、640nm红色以及超宽带白色调谐发射，在照明、显示、投影、LED及荧光探针等诸多领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于卤素钙钛矿衍生物及其光电技术领域，具体涉及到几种含锰钙钛矿可调谐高效发光材料的制备方法及器件应用。

背景技术

长期以来发光材料多采用稀土离子掺杂材料，处理成本高，价格昂贵，且激发条件苛刻。而有机材料稳定性差，光谱线宽大，应用受限。近年来，得益于高光致发光量子产率、低成本、结构灵活、载流子迁移率高等显著优势，卤素基钙钛矿材料由于其特殊的发光特性，如高亮度、颜色可调性和强吸收系数，在下一代固态照明、显示生物成像等领域中有着巨大潜在应用前景。然而，发光颜色单一，不能在宽的或者绝大部分可见区域内调谐，有的材料生产过程复杂，也是该类材料在大规模应用中需要解决的重要问题。因此，寻找生产过程简单，在可见区域可调谐的材料是亟待解决的。另外有些钙钛矿材料含有毒性元素，影响人类健康，也是需要避免的。还有，锰是重要的地球富有元素，是多种功能材料的必备元素，如能源、催化、发光等。如能用锰做高效可调谐发光材料，替代稀土，将极大地降低成本，并提高稳定性和应用范围，有利于实现可持续发展。

同时白光LED作为第四代照明材料具有节能环保、使用寿命长、高效等特点，在照明等领域获得了广泛应用，目前获得白光LED的方式主要是在GaN蓝色芯片上涂覆黄色荧光粉。这种白光LED器件受所加的驱动电压和所涂荧光粉的厚度影响很大。并且目前商用的白光LED色彩还原性差、显色指数低，照明效率受芯片影响很大。因此，寻找一种单组分高效白光LED材料十分有必要。

本发明中所提供的几种含锰钙钛矿可调谐发光材料的制备方法及发光应用，其发光可在绝大部分的可见区域内调谐，具备单组分白色发射功能，发光效率高，制备方法简单易行，可能替代稀土发光材料，具有极大的市场应用潜力。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明通过不同物理机制调谐含锰钙钛矿发光，简单一步合成具有稳定高效的可调谐发光含锰钙钛矿材料，合成的含锰钙钛矿可调谐发光材料的发光可覆盖绝大部分可见区域，其中还有单组分白光材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的含锰钙钛矿可调谐发光材料的基本为含锰钙钛矿材料，通过不同制备方法获得，所述含锰钙钛矿可调谐发光材料为吡啶溴化锰钙钛矿材料、哌嗪溴化锰钙钛矿材料、吡咯烷溴化锰钙钛矿材料、双吡咯烷溴化锰钙钛矿材料、Mn²⁺掺杂ACdCl₃钙钛矿材料、Mn²⁺掺杂APbCl₃钙钛矿材料、Mn²⁺掺杂哌嗪铅溴钙钛矿材料或有机胺铅锰氯溴化物钙钛矿材料，这类材料通过不同物理机制可调谐发光。

其中吡啶溴化锰钙钛矿材料可做绿色发光材料，哌嗪溴化锰钙钛矿材料可做黄绿色发光材料，吡咯烷溴化锰钙钛矿材料可做绿色发光材料，双吡咯烷溴化锰钙钛矿材料可做红色发光材料，Mn²⁺掺杂ACdCl₃钙钛矿材料可做橙黄色发光材料，Mn²⁺掺杂APbCl₃钙钛矿材料和Mn²⁺掺杂哌嗪铅溴钙钛矿材料可做红色发光材料，有机胺铅锰氯溴化物钙钛矿材料可做白色发光材料。