[发明专利]一种基于钙钛矿量子点玻璃的光放大材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种基于钙钛矿量子点玻璃的光放大材料及其制备方法与应用，该材料包括：增益介质，用于接收连续激光辐射而激发光子，增益介质为钙钛矿量子点；以及非晶态玻璃，用于保护量子点以提高化学稳定性。光放大材料包括如下摩尔比的原料组成：B₂O₃：SiO₂：ZnO：Al₂O₃：Cs₂CO₃：PbBr：NaBr＝(30～50)：(30～40)：(5～10)：(1～10)：(1～10)：(10～20)：(10～20)。将所需原料混合后，置于密闭氧化铝坩埚中，使原料在高温下挥发为气相，倒在不锈钢板上急冷成型，即得。本发明制作方法简单，具有很好的双光子光放大的应用前景，可用于波长上转换、光学数据存储、生物成像和光动力学治疗。

技术领域

本发明涉及激光器件技术领域，尤其涉及多光子激发的钙钛矿量子点光放大器。

背景技术

具有低激子结合能、高热稳定性、平衡电子和空穴迁移率寿命等优异光电性能的全无机钙钛矿量子点，如AMX₃型量子点(典型的A＝Rb⁺,Cs⁺；M＝Ge²⁺,Sn²⁺,Pb²⁺；X＝F^-,Cl^-,Br^-,I^-)在高效率光伏电池、发光二极管、激光器和光电探测器等领域有着巨大的应用前景。尽管在各个领域都取得了巨大的成功，但与其稳定性有关的几个问题阻碍了AMX₃型量子点的应用。由于AMX₃型量子点具有较强的固有离子性质和较高的表面能，在与极性溶剂和大气接触时会迅速降解为其组成成分，从而影响了AMX₃型量子点光电器件的长期稳定性，这一问题至今还没有得到很好的解决。

在过去的十年中，制定了许多提高AMX₃型量子点稳定性的策略。在AMX₃型量子点的表面修饰配体使表面钝化，不仅提高了样品的荧光性能，而且提高了稳定性。一般情况下，AMX₃型量子点被长链烷基油酸和油胺分子覆盖。但由于油酸和油胺分子在量子点表面结合不紧密，因此在纯化和高强度脉冲激光照射过程中容易丢失，导致量子点不稳定。除此之外，基体封装也可以保护AMX₃型量子点不与外界环境接触，提高化学稳定性。一般情况下，由于表面保护层的非致密结构，常规的聚合物、介孔硅和介孔Al₂O₃不能很好地保护量子点。

近年来的研究结果表明，将钙钛矿量子点掺杂到更致密、更稳定的玻璃介质中是解决上述问题的也是有效策略。2016年，Bing Ai等人[J.AM.CERAM.SOC.2016,99(9):2875-2877]用两步法(熔体淬火和热处理法)在磷酸盐玻璃中制备了CsPbBr₃量子点。该文章仅研究了材料的荧光特性，并没有研究光放大特性。量子点掺杂的玻璃不仅可以防止量子点的团聚，而且还能提高化学稳定性和热稳定性。2018年，Chen等人[ACS.APPL.MATER.INTER.2018,10(22):18918–18926]采用原位纳米晶化策略，在特制的TeO₂基玻璃基体中直接生长CsPbBr₃量子点，并在77K下观察到光放大。但是，该方法得到的材料在极低的温度下才会有光放大。因此，研究能在室温下观察到光放大的光放大材料，成为本领域亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于钙钛矿量子点玻璃的光放大材料及其制备方法与应用。

本发明的技术方案如下：

一种基于钙钛矿量子点玻璃的光放大材料，该材料包括：

增益介质，用于接收连续激光辐射而激发光子，所述增益介质为钙钛矿量子点；以及非晶态玻璃，用于保护量子点以提高化学稳定性。