[发明专利]具有高偏振特性的高度有序钙钛矿纳米片薄膜及制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高偏振特性的高度有序钙钛矿纳米片薄膜及制备方法，属于无机半导体发光材料技术领域。其步骤为：在惰性气体条件下，将溴化铅，4‑十二烷基苯磺酸，十八烯和油胺依次加入反应容器中，脱气，搅拌加热至一定温度后，继续升高温度依次注入一定量的油酸和油胺溶液，形成透明的前驱体溶液；将油酸铯前驱体溶液缓慢加入该前驱体溶液中，反应一段时间后快速降温，得到无机卤素钙钛矿纳米片溶液；将乙酸乙酯加入钙钛矿纳米片溶液中进行提纯，离心除去上清液，收集钙钛矿纳米片的己烷溶液；将所得高度有序钙钛矿纳米片的己烷溶液在二氧化钛基片上提拉成膜，即得高偏振特性的钙钛矿纳米片薄膜。本发明利用晶面诱导配位竞争策略精确控制钙钛矿纳米片的生长取向，制备出高度有序的钙钛矿纳米片。

技术领域

本发明属于无机半导体发光材料的制备技术领域，具体涉及一种具有高偏振特性的高度有序钙钛矿纳米片薄膜及制备方法。

背景技术

近几年，卤素钙钛矿纳米晶APbX₃（其中A为甲胺、甲脒、铯等，X为卤素）由于其高量子效率（80%-95%）、窄发射、较高的载流子迁移速率及广色域等特点，受到了人们广泛的关注。此外，卤素钙钛矿纳米晶还具有偏振发光特性，有望应用在偏振敏感光探测器和可见光通信等领域。然而，卤素钙钛矿纳米晶作为一种软晶格离子型半导体材料，其形核生长速度要远大于其他纳米晶材料，这导致钙钛矿纳米晶的形貌和尺寸难以调控，不利于实现各项异性的可控生长。

为了解决这方面的问题，具有各向异性的一维或二维钙钛矿材料由于其优异的光学特性和偏振特性，引起了研究人员的广泛关注。例如，钙钛矿纳米棒的合成主要依赖于水-油界面上的Cs₄PbBr₆相向CsPbBr₃相转化，控制其定向生长。但这个合成过程不可避免的会引入水分子，破坏钙钛矿纳米晶的稳定性（J. Mater. Chem. C, 2019. 7(24), 7201-7206）。除此之外，上海大学杨绪勇团队将中间体晶种In(OAm)₃和TDP配体加入前驱体溶液中，可以促使钙钛矿纳米晶转化为纳米棒。这个体系的合成容易形成Cs₃In₂Br₉和CsPb₂Br₅杂相，且工艺繁琐、尺寸不可控（Nano Letters 2019, 19 (9), 6315-6322）。基于此，这两种策略对于后续钙钛矿纳米晶偏振特性的研究是不利的。最近，香港城市大学Andrey L.Rogach团队采用超声法合成10.8和23.2 nm的纳米棒，测得最长的单个纳米棒发光偏振度为2.0（ACS Nano, 2019. 13(7), 8237-8245）。然而，合成的纳米棒的荧光量子效率只有60%-70%，不能满足制备高效且高偏振薄膜的条件。因此，开发一种尺寸可控、高量子效率和高偏振特性的钙钛矿纳米片，可以实现高光谱转换效率的CsPbBr₃纳米片薄膜，应用于偏振增强成像。

发明内容

本发明的目的提供一种高偏振特性的高度有序钙钛矿纳米片薄膜及制备方法，该方法制备的纳米片可以实现大面积高度有序的排列，尺寸可调，具有高量子效率和高偏振发光特性。

本发明采用如下技术方案：

一种具有高偏振特性的高度有序钙钛矿纳米片薄膜及制备方法，包括如下步骤：

步骤一，制备油酸铯前驱体溶液：在氩气条件下，将碳酸铯、油酸和十八烯一起加入反应容器，排气后加热，至碳酸铯完全溶解，待反应温度稳定，冷却，得油酸铯前驱体溶液；

步骤二，在惰性气体条件下，将溴化铅，4-十二烷基苯磺酸，十八烯和油胺（a）依次加入反应容器中，脱气，搅拌加热至100~125 ^oC；继续升高至145~165 ^oC，注入一定量的油酸（b）；继续升高至170~185 ^oC，注入一定量的油胺（c），最终形成透明的前驱体溶液；