[发明专利]一种钙钛矿量子点玻璃及其制备方法与应用

说明书

本发明属于固体发光材料领域，具体涉及一种钙钛矿量子点玻璃及其制备方法与应用，该方法采用压力可调的耐高温密闭容器来制备钙钛矿量子点玻璃，较高的压力可提高量子点前驱体的沸点，减少原料挥发，加之密闭的环境，能够从根源上有效控制原料挥发，大幅度提高了玻璃中量子点尺寸的均匀性，而且不会浪费原料和污染环境。另外，本发明的退火步骤与高温熔融步骤是在同一密闭容器中进行的，能够避免玻璃熔体的温度和形状发生急速变化，从而降低了玻璃的热应力，提高了产品良率，同时还使得工艺操作更简便，生产重复性更好，还节省了退火步骤的热能，因此本发明的制备方法可适于工业化大规模生产。

技术领域

本发明属于固体发光材料领域，具体涉及一种可提高量子点尺寸均匀性的钙钛矿量子点玻璃的制备方法。

背景技术

全无机CsPbX₃(X＝Cl，Br，I)钙钛矿型量子点以其量子效率高、波长可调、合成方法简单、重复性高等优点，近年来受到了广泛关注。钙钛矿量子点在平板显示、照明、医学X射线探测成像、太阳能电池等领域展现出了广阔的应用前景。但是钙钛矿量子点的稳定性较差，尤其是对湿气和高温环境极为敏感，严重限制了它的应用。

虽然目前已经发展出许多种将其稳定的工艺策略，但从可行性角度来看，使用外壳包覆，将钙钛矿发光材料全方位无死角地保护起来的方法，最有可能突破钙钛矿材料稳定性的瓶颈，推进钙钛矿量子点的商业化。在诸多钙钛矿量子点包覆方法中，将钙钛矿量子点嵌入玻璃形成的复合物具有低成本(原料多为SiO₂，B₂O₃等氧化物，价格便宜)、高稳定性(玻璃致密的网络结构，可以将量子点与外界环境有效隔离开，发光性能具有高稳定性)的优势，是目前较为先进的方法。

目前，量子点玻璃的制备主要是采用高温熔融加热退火处理的方法，以使全无机卤化物钙钛矿量子点在玻璃中原位生长。常规的操作方法为：将钙钛矿和玻璃的前驱体材料粉末混合均匀，于1000℃以上高温熔融8-10min，将熔融混合物倒在模具上冷却后得到预成型玻璃，然后将预成型玻璃经过400-600℃退火，使钙钛矿结晶析出，得到包覆钙钛矿量子点的微晶玻璃。经过处理的钙钛矿微晶玻璃发光性能优异，有较好的物理和化学稳定性，可有效阻止空气中氧气、水的侵蚀，在85℃干热、泡水后性能无任何衰减。但是，在上述方法的高温熔融过程中，钙钛矿前驱体达到沸点后会不断挥发出来，造成熔融玻璃的上、下钙钛矿材料浓度差别很大，导致钙钛矿玻璃成分不均匀；同时，为避免Cs、Pb、卤素等原料的过度挥发，玻璃原料必须高温放入，高温取出，且在高温下停留不能超过10分钟，这会导致玻璃原料熔融不完全。玻璃原料未能充分熔融以及前驱体材料的挥发会影响量子点微晶玻璃的均匀性，不均匀的量子点玻璃中存在稀释效应、量子点/玻璃界面缺陷以及内禀缺陷(空位/间隙离子等)，都会使量子点玻璃的量子效率下降，半峰宽宽化。并且，挥发出的Pb、卤素等材料会造成环境污染、原料浪费。另外，将熔融混合物倒在模具上冷却，会使玻璃在成形过程中经受激烈的温度、形状变化，在玻璃中留下热应力，影响玻璃外壳的致密性和稳定性。现有工艺较复杂，参数难以控制，产品重复性较差，良率低。

为此，现有技术公开了一种通过在原料中添加氟化物以促进全无机钙钛矿量子点在玻璃中析晶的方法，该方法利用氟化物打断玻璃中的硅-氧键，以利于钙钛矿量子点在玻璃中的均匀分布。但该方法无法从根本上解决钙钛矿原料的挥发问题，以及玻璃在模具上急速冷却带来的应力问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有的钙钛矿量子点玻璃在制备过程中原料不可控挥发、玻璃残余热应力所导致的量子点尺寸不均匀、产品良率低的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种钙钛矿量子点玻璃的制备方法，包括如下步骤：

S1、将玻璃原料与量子点前驱体原料混合均匀，并充分研磨；