[发明专利]一种用于激光湿度传感器的钙钛矿基复合材料、其制备方法及用途

说明书

本发明提供了一种用于激光湿度传感器的钙钛矿基复合材料，所述复合材料包括微米级疏水分子筛及负载在所述疏水分子筛表面的钙钛矿纳米粒子，所述微米级疏水分子筛具有散射作用。采用本发明的钙钛矿基复合材料形成于基底上制成传感材料并应用于激光湿度传感器，这种湿度传感器具有增益系数高，结构品质因子质量较好，灵敏度高，响应快，稳定性好的优点，解决了发光湿度传感器灵敏度不高，钙钛矿材料在空气中结构容易被破坏导致器件性能下降甚至失效难于实现器件民用化的难题。

技术领域

本发明涉及湿度传感器技术领域，涉及一种用于激光湿度传感器的钙钛矿基复合材料、其制备方法及用途。

背景技术

水在人们生活中扮演着十分重要的角色，离开水，生命将无法维持。但并不是所有水的存在都是有利的，例如电解质中的水，会影响电池性能；一些化学过程因为存在微量的水而导致严重的火灾甚至爆炸等。准确的湿度测量在工业生产、日常生活、科学研究等领域都具有重要的价值。但水来源广泛，消除困难，因此研制对水更加敏感、响应度更快的湿度传感器就显得尤为重要。卤化物钙钛矿APbX₃(A＝CH₃NH₃(MA)，Cs，CH(NH)₂，(FA)；X＝Cl，Br，I)材料作为一种具有优良的电学和光学特性的新型材料，具有较长的扩散长度、大的吸收系数，高载流子迁移率和低缺陷密度等优异的特性，在光伏和光电器件中有广阔的应用前景。而且，钙钛矿材料是一种增益系数较大的材料，对激光器来说，也是一种极具潜力的材料。近年来，钙钛矿因其对环境较敏感，在传感器领域也得到了发展，例如温度传感器，湿度传感器，气体传感器，金属离子传感器等。其中钙钛矿湿度传感器的制备是研究人员最关注的问题，因为全无机钙钛矿属于离子晶体，对水的存在特别敏感，而且吸收系数大，发光效率好，是制备发光湿度传感较好的材料。

现有的钙钛矿湿度传感器主要存在两种，一种是基于电学的原理，另一种是基于光学的原理。光学湿度传感器一般是通过测量感湿材料在特定频率辐射能量以下所产生的荧光发射强度随湿度的变化来测量环境湿度。光学传感器与电学传感器相比具有巨大的优势，因为它们可以在不受附近电场或磁场干扰的情况下工作。与电传感器相比，它们具有更快的响应时间，而且不需要易被感知物质损坏的电触点。出于同样的原因，它们在易燃气体或蒸汽的情况下也更安全。因此，利用钙钛矿材料制备湿度光学湿度传感器，有利于提升其敏感度。

但是，现如今的钙钛矿发光湿度传感存在两个问题，一是光学湿度传感器荧光发光强度不强，灵敏度不高，甚至有报道利用有机杂化钙钛矿微晶块的荧光来进行湿度检测的湿度传感器中，在相对湿度高于50％后，灵敏度仍然较差(Journal of MaterialsChemistry C，2016,41,9651-9655)。二是钙钛矿的稳定性也是急需解决的问题。如钙钛矿在不同温度下，存在斜方相、四方相、立方相的互相转换；高温环境下，钙钛矿容易分解，生成CH₂NH₂、HBr和PbBr₂；钙钛矿是离子晶体，高湿度环境下，钙钛矿容易吸收水分导致分解等。现有的部分提升钙钛矿稳定性的方式有包覆有机或无机的覆盖层，防止钙钛矿材料直接接触水和空气(ACS Applied MaterialsInterfaces,9(22),18417-18422/AngewandteChemie,129(36),10836-10841/Nano Letters,17(1),313-321)；引入介孔二氧化硅保护壳，有利于提高其分散性(Nanoscale,10(14),6704-6711)等。但这些方式中，钙钛矿周围厚壳的表面涂层将影响它们作为发光材料，电注入和光提取的性能。而介孔硅只提及了其分散性，而忽略了其防水性能。

因此，制备高灵敏度高稳定性的钙钛矿基光学湿度传感器，对实现钙钛矿器件商品化，以及提升现有湿度传感器的灵敏度具有较大的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种用于激光湿度传感器的钙钛矿基复合材料、其制备方法及用途。本发明的钙钛矿基复合材料应用于激光传感器具有灵敏度高、稳定性好的优良性质。