[发明专利]一种基于三维钙钛矿纳米晶的高稳定性随机激光散射材料、激光器件及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于三维钙钛矿纳米晶的高稳定性随机激光散射材料，激光器件及其制备。所述制备方法包括步骤：将碳酸铯充分溶于油酸中得到油酸铯溶液；将溴化铅充分溶于含有油酸、溴化氢、油胺和N,N二甲基甲酰胺的混合液中得到溴化铅溶液；将油酸、正己烷、油酸铯溶液和溴化铅溶液混合均匀后，在搅拌条件下进行加热反应，得到零维钙钛矿纳米晶；加入转化剂，超声，最后经离心、洗涤、烘干得到随机激光散射材料；所述转化剂为去离子水、甲醇、乙醇或冰乙酸。本发明制备方法简单，成本低；所制备的随机激光散射材料在空气以及含水环境中具有良好的稳定性；所制备的激光器件在水处理后形貌结构稳定，且仍能保持稳定的随机激光模式及其性能。

技术领域

本发明涉及一种基于三维钙钛矿纳米晶的高稳定性随机激光散射材料、激光器件及其制备方法，属于激光器技术领域。

背景技术

微纳米光学是光子学与微纳米技术交叉产生的一个新的前沿基础方向，可以使人们在微米或者纳米尺度上操控光与物质的相互作用以及探索新的物理现象。从激光器的微型化角度出发，微纳激光器是一种新型光源，有关它的研究是纳米光学领域的一个重要分支。由于其尺度特性，并且对光有着很高的限制性，近年来关于微纳激光器的研究吸引着越来越多科研工作者的注意。不同类型的纳米激光器已经成功实现，并且其凭借着超小的尺寸、极低的阈值以及超宽的调制带宽，被认为是将来实现芯片上光互连、光通信的理想光源。此外，相关研究结果表明微纳激光器在生物传感、医学成像以及三维显示等方面开辟了新的应用场景。微纳激光器由于自身尺寸优势，相对于传统大尺寸激光器意味着更低的能耗。

铅卤钙钛矿材料优异的光学增益性能、可调谐的输出波长以及非线性光学等特性为其在纳米光子学、小型激光传感及成像等领域的应用奠定了坚实的基础。铅卤钙钛矿材料可以作为良好的激光增益介质获得阈值低、品质因子高和线宽窄的高性能激光。具有规则几何外形的铅卤钙钛矿纳米线及微米片等单晶结构自身也可作为光学谐振腔。虽然纳米晶尺寸低于衍射极限，但是可在增益薄膜介质中多次散射后形成光放大路径的闭合回路，进而出现随机激光行为。

铅卤钙钛矿材料可分为零维钙钛矿、二维钙钛矿和三维钙钛矿。三维钙钛矿因其自身高量子产率和高光学增益系数而备受研究学者的青睐；但是，三维钙钛矿存在不稳定的缺点，在空气中或含水的环境下易变质；为了克服三维钙钛矿不稳定问题，现有方法通常采用外加配体、高分子等封装或包覆的技术，将其与空气或水分隔离，从而解决三维钙钛矿不稳定的问题；但上述方法存在制备步骤繁琐，制备成本高，钙钛矿的封装或包裹会影响其光电等应用性能的问题。如，中国专利文献CN110129028A公开了一种基于多层包覆的 X射线成像用高稳定卤素钙钛矿量子点薄膜的合成方法。所述合成方法包括如下步骤：配制Cs(OA)前驱体溶液，将溴化铅、十八稀、油酸和3-氨基丙基三乙氧基硅烷反应至得到澄清溶液；将澄清溶液瞬间注入Cs(OA)前驱体溶液中，降温并剧烈摇晃至室温，得到量子点溶液；制备油酸铅前驱体溶液；制备第一层包覆的不同状态的量子点溶液；制备第二层包覆的量子点溶液；制备多层包覆的单分散量子点溶液；制备量子点薄膜。该方法合成的无机卤素钙钛矿量子点多层包覆策略形成了单分散核壳结构，提高了钙钛矿量子点的稳定性；但其同样存在制备步骤较为繁琐，所用原料多，成本高，钙钛矿的包覆层会影响其光电等性能的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于三维钙钛矿纳米晶的高稳定性随机激光散射材料、激光器件及其制备方法。本发明制备方法简单，成本低；所制备的随机激光散射材料在空气以及含水环境中具有良好的稳定性；所制备的激光器件在水处理后形貌结构稳定，且仍能保持稳定的随机激光模式。

本发明的技术方案如下：

一种基于三维钙钛矿纳米晶的高稳定性随机激光散射材料，所述随机激光散射材料为二维钙钛矿CsPb₂Br₅包覆三维钙钛矿CsPbBr₃，所述随机激光散射材料的微观形貌为：直径为100nm-150nm的立方体纳米晶。

上述基于三维钙钛矿纳米晶的高稳定性随机激光散射材料的制备方法，包括步骤：