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全无机钙钛矿纳米线的低缺陷离子交换及其光电性能研究

李华锋  
【摘要】:金属卤化物钙钛矿的通式为ABX_3,其中A为甲基铵,甲脒或Cs,B是Pb或Sn,X通常为Cl,Br或I。由于其显著的光物理性质和广泛的组分可调,这些化合物在各种光电应用中显示出巨大的前景。其中,微晶的尺寸和形态可能对其化学和物理性能产生明显影响,因此会影响其光电应用。一维卤化物钙钛矿纳米线在一维上具有优异的载流子传输,高结晶质量等特性,其有趣的物理性质及其作为电子、光电子、传感、和纳米尺度中各种应用中的潜力而得到了广泛的研究。钙钛矿纳米材料在各种应用方面包括光学,电学,光电学等各个领域,这种材料的物理化学可调性质促使我们追求实现同时合成控制材料组成和纳米线形态。实验研究发现,化学转化,如液相离子交换和固相离子交换是简单和通用的方法,可实现对材料组成的精细控制,并创造新的材料和纳米结构。在这里,我们证明了发光铯铅卤化物(CsPb X_3,X=Cl,Br,I)纳米线的成功合成,具有均匀的直径(100~2000 nm)和可调谐的组分比例。以CsPbBr_3纳米线为模板,通过液相离子交换的方法可以独立控制纳米线组分。所获得的混合卤素钙钛矿纳米线具有保存完好的形貌和晶体结构,其可调光致发光,覆盖可见光谱区域(430~700 nm)。扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM),光致发光(Photoluminescence,PL)和时间分辨光致发光衰减(Time-resolved photoluminescence decay,TRPL)表明,阴离子交换不会显着增加纳米线中的缺陷密度。实验通过光电流测量测试研究了混合卤素钙钛矿纳米线的电学性能。其优异的光电性质将会在光电领域的应用上发挥出巨大的潜能。固相离子交换的方法也被用来进行了纳米线的组分控制。黄相CsPbI_3纳米线与CsPbBr_3纳米线在一定温度(150~200℃)下进行了固相离子交换反应获得了杂化的CsPb(Br/I)_3纳米线。并系统的研究了温度和湿度对所获得的杂化CsPb(Br/I)_3纳米线的影响。实验发现由黄相CsPbI_3纳米线转化而来的CsPb(Br/I)_3纳米线具有钙钛矿相的立方结构。通过研究其荧光特性证实了这一相变现象的发生,也因此获得了黄相CsPbI_3纳米线与CsPb(Br/I)_3纳米线相结合的突变型异质结。这一相变的机理及现象为以后黄相CsPbI_3纳米线在光电器件的应用上提供了依据。


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