Ba2+离子掺杂CsPbBr3蓝光量子点合成及其光学性能

近年来,全无机卤素钙钛矿CsPbX3(X=Cl,Br,I)因其荧光带宽窄、带隙可调、合成工艺简单以及荧光量子产率(Photoluminescence quantum yield,PLQY)高等优点而被应用于光电器件领域.但相比于PLQY接近于100％的红光与绿光CsPbX3量子点,PLQY低于10％的蓝光量子点光学性能...     

锡掺杂CsPbBr3量子点的合成及其光电性能研究

采用热注入法合成了锡掺杂CsPbBr3量子点.透射电子显微镜和X射线衍射仪(XRD)的表征结果显示,少量锡掺杂可以部分替代铅,对量子点有钝化作用,减少了量子点的表面缺陷,提高了量子点的光致发光量子效率(PLQY).当掺杂铅和锡的物质的量比为9∶1时,量子点的PLQY从未掺杂时的21.0％提高到了40.4％.随着锡掺杂量...     

CdTe∶Eu量子点的合成及其光学性能研究

采用1-十八烯作为高温反应溶剂,利用氯化铕和磷酸三丁酯制备铕前驱体。分别采用正三辛基膦和碲粉制备的碲前驱体,以及油胺和二水乙酸镉制备的镉前驱体,在200℃合成Eu掺杂Cd Te量子点。实验发现随着反应溶液中Eu的含量上升,Cd Te量子点的荧光峰发生显著红移,但Eu的含量过高则会导致量子点的荧光强度下降。     

基于明胶制备碳量子点及其光学性能的研究

通过水热法采用热解明胶制备出有蓝色荧光的碳量子点,并通过单因素优化实验对制备碳量子点的温度、时间进行优化以选择出制备碳量子点的最佳条件,结果表明在水热反应温度为200 ℃,反应时间为6 h时制备的碳量子点的荧光性能最强。同时,利用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、Ｘ射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV)及荧光光谱(PL)等手段对最佳条件下制备的碳量子点进行测试与表征,结果表明,该方法制备的碳量子点量子产率为39.4%,与不掺杂的碳量子点相比其量子产率相对较高,这可能是因为有N元素的存在使得量子产率有所提高;所制备的碳量子点不仅具有丰富的含氧官能团而且抗光漂白性能良好,形态主要是均匀分散的球形,没有明显的晶格条纹,这与相关文献报道的碳量子点的形态相一致,其在250～300 nm有较弱的吸收,但无明显的特征吸收峰,这可能是由于C=O基团的n-π*跃迁引起的;此外,还讨论了氙灯照射时间、pH、碳量子点浓度、不同类型溶剂及离子强度等因素对碳量子点荧光性能的影响,研究结果表明,氙灯照射时间及离子强度对碳量子点荧光性能几乎无影响,在过酸或过碱的条件下其荧光强度相对较弱,原因可能是在过酸或过碱的条件下发生质子化或非质子化的作用导致其荧光强度减弱;且碳量子点溶液随着其浓度的增加,荧光强度先增加后减小;而对于溶剂类型而言,其在极性溶剂中的荧光强度大于其在非极性溶剂中的荧光强度,说明该方法制备的碳量子点具有良好的水溶性。     

LaVO4:Dy3+纳米棒的溶剂热合成及其光学性能

以氧化镧、氧化镝、偏钒酸铵和硝酸等为原料,采用乙醇-水混合溶剂热法并通过调节体系pH成功合成了LaVO4∶Dy3+纳米棒,运用X射线衍射、透射电镜、红外光谱、紫外-可见漫反射光谱和荧光光谱等对样品进行了表征。结果表明,pH从2升到4,样品由单斜晶系转化为四方锆石型结构,并且随着pH的增大,晶体的晶粒尺寸变小,样品由不规则颗粒逐步向一维棒状样品转变,其能带隙从3.68(pH 2)减小到3.43eV(pH 10)。荧光结果表明,相比不规则形貌纳米颗粒,LaVO4∶Dy3+纳米棒的最大激发峰发生一定程度的红移,具有最强的黄光发射(4F9/2—6 H13/2)和蓝光发射(4F9/2—6 H15/2),而且其黄蓝光强度比值(Y/B)达到最大值(1.039)。     

基于声化学法合成的CsPbBr3钙钛矿微晶双光子发光特性

全无机金属卤化物钙钛矿材料的非线性光学效应对构建新型微纳光子器件具有重要意义。本文重点研究了微米尺度CsPbBr₃钙钛矿单晶颗粒的双光子发射特性,实验中基于声化学合成法制备了不同尺寸的CsPbBr₃微晶颗粒,通过对激发光能量密度、波长、偏振的调整,研究了其对双光子发光特性的影响。实验结果表明在室温下CsPbBr₃微晶即具有较强的双光子发光。波长相关的光致发光光谱表明,同一吸收带隙下,其发光峰位相对于单光子发射变化不大,且随着激发波长的增大双光子发射强度逐渐降低。此外,CsPbBr₃微晶颗粒双光子发射具有偏振依赖性行为,偏振角度在0°～360°范围内呈现四重对称性。上述CsPbBr₃微晶的双光子发光特性使其有望用于非线性集成器件。     

聚偏氟乙烯添加剂提高CsPbBr3钙钛矿太阳能电池性能

全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池因其优良的特性而受到广泛关注,但是钙钛矿层具有带隙宽、结晶性较差、表面缺陷较多和水分稳定性差等缺点,严重制约了全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池性能的提高和商业化发展.本文以无空穴传输层的碳基CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池作为控制组,在PbBr₂前躯液中引入具有丰富疏水F离子的聚偏氟乙烯(polyvinylideine fluoride,PVDF)作为添加剂,调节CsPbBr₃钙钛矿薄膜的生长过程,改善晶体结构和薄膜形态,降低缺陷密度及非辐射复合几率.结果表明,PVDF处理后钙钛矿器件的光伏性能得到了显著改善,光电转换效率提高至8.17%.并且在无封装条件下保存1400 h后,光电转换效率仍可保持90%以上.这表明适量添加PVDF可以有效提高CsPbBr₃薄膜质量及器件性能.本工作对进一步拓展CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池的优化设计思路具有重要意义.     

镧掺杂BaSnO3薄膜的电学和光学特性

利用射频磁控溅射法在(LaAlO₃)_0.3(SrAl_0.5Ta_0.5O₃)_0.7 (001)单晶基底上生长了镧掺杂BaSnO₃外延薄膜. 通过Hall效应和热电势测量证实了镧掺杂BaSnO₃薄膜具有n型简并半导体特征, 并且基于载流子浓度和Seebeck系数计算出电子的有效质量为0.31m₀ (m₀为自由电子质量). 镧掺杂BaSnO₃薄膜在可见波段具有良好的透明性(透过率大于73%). 基于介电模型对薄膜的透过率曲线进行拟合, 从拟合结果中不仅得到了薄膜的厚度为781.2 nm, 能带宽度为3.43 eV、 带尾宽度为0.27 eV和复光学介电常数随波长的变化规律, 而且也强力地支持了基于电学参数计算电子有效质量的正确性.     

提纯溶剂对室温合成CsPbBr3量子点性能的影响

采用室温重结晶法制备CsPbBr_3量子点,分别利用六种常用的极性溶剂对量子点粗液进行高速离心提纯,监测提纯过程中每一步骤后的光致发光光谱,并采用吸收光谱,荧光寿命、X射线衍射分析和透射电镜等表征方法系统表征了六种极性溶剂提纯得到的CsPbBr_3量子点.研究表明,通过六种极性溶剂提纯,都可以得到结晶度良好的呈立方体形态的立方相CsPbBr_3量子点;在利用六种不同极性溶剂进行提纯过程中,第二次离心得到的上清液具有最为统一的半峰宽和峰值波长;除乙酸乙酯外,第二次离心得到的上清液具有最高的量子产出;比较而言,通过正丙醇、异丙醇、正丁醇特别是异丁醇提纯得到的CsPbBr_3量子点具有较高的发光性能.     

Stability and luminescence properties of CsPbBr3/CdSe/Al core-shell quantum dots

To improve the stability and luminescence properties of CsPbBr₃ QDs, we proposed a new core-shell structure for CsPbBr₃/CdSe/Al quantum dots (QDs). By using a simple method of ion layer adsorption and a reaction method, CdSe and Al were respectively packaged on the surface of CsPbBr₃ QDs to form the core-shell CsPbBr₃/CdSe/Al QDs. After one week in a natural environment, the photoluminescence quantum yields of CsPbBr₃/CdSe/Al QDs were greater than 80%, and the PL intensity remained at 71% of the original intensity. Furthermore, the CsPbBr₃/CdSe/Al QDs were used as green emitters for white light-emitting diodes (LEDs), with the LEDs spectrum covering 129% of the national television system committee (NTSC) standard color gamut. The core-shell structure of QDs can effectively improve the stability of CsPbBr₃ QDs, which has promising prospects in optoelectronic devices.     

第一性原理研究O和S掺杂的石墨相氮化碳(g-C_3N_4)_6量子点电子结构和光吸收性质

利用密度泛函和含时密度泛函理论研究了氧(O)和硫(S)原子掺杂的石墨相氮化碳(g-C_3N_4)_6量子点的几何、电子结构和紫外-可见光吸收性质.结果表明:掺杂后(g-C_3N_4)_6量子点杂质原子周围的C-N键长发生了一定的改变,最高电子占据分子轨道-最低电子未占据分子轨道(HOMO-LUMO)能隙显著减小.形成能的计算表明O原子取代掺杂的(g-C_3N_4)_6量子点体系更稳定,且O原子更易取代N3位点,而S原子更易取代N8位点.模拟的紫外-可见电子吸收光谱表明,O和S原子的掺杂改善了(g-C_3N_4)_6量子点的光吸收,使其吸收范围覆盖了整个可见光区域,甚至扩展到了红外区.而且适当的杂质浓度使(g-C_3N_4)_6量子点光吸收在强度和范围上都得到明显改善.通过O和S掺杂的比较,发现二者在可见光区对(g-C_3N_4)_6量子点的光吸收有相似的影响,然而在长波长区域二者的影响有明显差异.总体而言,O掺杂要优于S掺杂对(g-C_3N_4)_6量子点光吸收的影响.     

衬底钝化处理对CsPbBr3 量子点薄膜发光稳定性影响

钙钛矿量子点因具有发光谱线窄、发光效率高、发光波长可调谐等优异的光学性能,在照明、显示、激光和太阳能电池等领域得到了广泛研究。然而,钙钛矿材料的稳定性问题,一直制约着其在光电器件中的应用。其中,钙钛矿材料在空气中受潮易分解的不稳定性尤为突出,这将严重影响其发光性质。为此,研究人员采用多种手段来改善钙钛矿材料的稳定性。目前,常见的方法是将一些具有疏水性的聚合物材料（例如POSS,PMMA等）引入到钙钛矿纳米晶中,或将钙钛矿纳米晶嵌入到介孔二氧化硅材料中,避免钙钛矿纳米晶暴露于空气中破坏其结构,以此来增强钙钛矿材料的发光稳定性。此外,钝化处理钙钛矿纳米晶表面,也是改善钙钛矿发光稳定性的一种常用方法。这些方法虽然在一定程度上可以改善钙钛矿的发光稳定性,但是在与有机物合成的过程中不免会引入其他有机官能团,介孔二氧化硅的引入,其处理方式相对复杂,而对钙钛矿纳米晶表面的钝化处理会破坏材料的原有结构。以上问题,都会影响钙钛矿的发光性质,不利于其在光电器件中的应用。硅（Si）具有低成本、大尺寸、高质量、导电好等优点,常被选作钙钛矿量子点光电器件的衬底材料。但是,由于Si衬底长时间暴露于空气,其表面易形成一层具有硅烷醇基团（Si-OH）的亲水性薄膜,这将对硅基钙钛矿器件的稳定性产生影响。因此,对Si表面进行钝化处理,破坏其表面Si-OH键,可以降低衬底表面的亲水性,增强疏水性,从而提高钙钛矿材料在器件中的稳定性。本研究使用氢氟酸（HF）对Si衬底表面进行钝化处理,发现钝化处理后的Si衬底表面与水的接触角由50.4°逐渐增大至87.7°,表明Si衬底表面由亲水性逐渐转变为疏水性。利用场致发射扫描电子显微镜(FE-SEM)测试发现,钝化处理后的Si衬底表面变粗糙,并且其表面上的CsPbBr₃量子点(CsPbBr₃ QDs)相对于未处理表面的分散性较好。利用光致发光(PL)光谱研究不同钝化处理时间的Si衬底表面上的CsPbBr₃ QDs薄膜的发光性质。其中,处理与未处理的Si衬底表面上CsPbBr₃QDs薄膜的PL积分强度随功率变化拟合值分别为1.12和1.203,表明其发光机制为激子发光。温度依赖性的PL光谱分析显示,随着温度的升高（10～300 K）,由于晶格热膨胀使CsPbBr₃ QDs带隙增大,发光峰位逐渐蓝移。并且,随着衬底钝化处理时间的增加,CsPbBr₃ QDs薄膜的发光热稳定性逐渐增强,最佳热稳定性可达220 K。而时间依赖性的PL光谱则进一步说明,钝化处理后的Si衬底表面CsPbBr₃QDs薄膜发光的时间稳定性逐渐增强,最高发光时间稳定性可达15 d。因此,通过简单而有效的对Si衬底表面进行钝化处理,可以有效减少了Si表面亲水基团,提高CsPbBr₃QDs薄膜的发光稳定性,为增强钙钛矿量子点在光电器件中的稳定性应用提供了新的研究思路。     

PbSe量子点近红外光源的CH_4气体检测

研制了一种新型的PbSe量子点近红外光源,其光致发光谱较窄,能有效匹配气体的红外吸收峰。采用配位溶剂法合成出5.1 nm的PbSe量子点,并将其沉积到Ga N芯片上(沉积厚度为165.5μm),经过紫外光照处理和固化后制成了光致发光的近红外光源。该光源第一激子吸收峰位于1 592 nm,光致发光峰位于1 665 nm,其发射光谱包含了1 625~1 840 nm之间的CH_4气体的全部的吸收谱。利用其进行CH_4气体浓度检测实验,结果表明,系统的检测下限可以达到100×10~(-6),检测误差为2%。这种由PbSe量子点近红外光源构成的新型检测系统具有低功耗、低成本和高效能等优点,将其应用在气体检测中时可以略去滤光片,其在红外气体检测领域中有着较广阔的应用前景。     

Synthesis and nonlinear optical characterization of SnO2 quantum dots

The present paper demonstrates the preparation and characterization of SnO₂ semiconductor quantum dots. Extremely small ∼1.1 and ∼1.4 nm SnO₂ samples were prepared by microwave assisted technique with a frequency of 2450 MHz. Based on XRD analysis, the phase, crystal structure and purity of the SnO₂ samples are determined. UV-vis measurements showed that, for the both size of SnO₂ samples, excitonic peaks are obtained at ∼238 and ∼245 nm corresponding to ∼1.1 nm (sample 1) and ∼1.4 nm (sample 2) sizes, respectively. STM analysis showed that, the quantum dots are spherical shaped and highly monodispersed. At first, the linear absorption coefficients for two different sizes of SnO₂ quantum dots were measured by employing a CW He-Ne laser at 632.8 nm and were obtained about 1.385 and 4.175 cm⁻¹, respectively. Furthermore, the nonlinear refractive index, n₂, and nonlinear absorption coefficient, β, were measured using close and open aperture Z-scan respectively using the same laser. As quantum dots have strong absorption coefficient to obtain purely effective n₂, we divided the closed aperture transmittance by the corresponding open aperture in the same incident beam intensity. The nonlinear refraction indices of these quantum dots were measured in order of 10⁻⁷ (cm²/W) with negative sign and the nonlinear absorption coefficients were obtained for both in order of 10⁻³ (cm/W) with positive sign.     

Mn掺杂ZnSe量子点变温发光性质研究

量子点(QD)照明器件中电流导致的焦耳热会使其工作温度高于室温,因此研究量子点的发光热稳定性十分重要。本文利用稳态光谱和时间分辨光谱研究了具有不同壳层厚度的Mn掺杂ZnSe(Mn: ZnSe)量子点的变温发光性质,温度范围是80～500 K。实验结果表明,厚壳层(6.5单层(MLs))Mn: ZnSe量子点的发光热稳定性要优于薄壳层(2.6 MLs)的量子点。从80 K升温到400 K的过程中,厚壳层Mn: ZnSe量子点的发光几乎没有发生热猝灭,发光量子效率在400 K高温下依然可以达到60%。通过对比Mn: ZnSe量子点的变温发光强度与荧光寿命,对Mn: ZnSe量子点发光热猝灭机制进行了讨论。最后,为了研究Mn: ZnSe量子点的发光热猝灭是否为本征猝灭,对具有不同壳层厚度的Mn: ZnSe量子点进行了加热-冷却循环(300-500-300 K)测试,发现厚壳层的Mn: ZnSe量子点的发光在循环中基本可逆。因此,Mn: ZnSe量子点可以适用于照明器件,即使器件中会出现不可避免的较强热效应。     

生物大分子杂化处理的CdSe/ZnS核/壳量子点多层膜的超快三阶非线性研究

利用静电自组装技术，以生物大分子材料壳聚糖杂化处理具有稳定结构的CdSe/ZnS核/壳量子点，形成复合多层薄膜. 与薄膜的吸收谱线比较，在375nm飞秒激光激发下测量的量子点的光致发光谱存在Stokes位移. 采用Z扫描技术，利用790nm飞秒激光研究了其三阶非线性吸收和折射特性，发现饱和吸收信号来自CdSe/ZnS量子点，而自聚焦的折射信号则部分来自壳聚糖. 测出多层膜的三阶非线性系数分别是β＝6.5×10^-6cm/W，n₂＝1.5×10^-10cm²/W. 关键词： CdSe/ZnS量子点 非线性性能 光致发光谱     

Luminescence of CsPbBr3-like quantum dots in CsBr single crystals

Luminescence and decay kinetics of the Pb²⁺ aggregates in CsBr host crystals were measured in the 4–300 K temperature interval and in 10⁻¹⁰–10⁻³ time scale. Their emission properties are similar to those of CsPbBr₃ bulk crystal showing a subnanosecond free exciton emission in the 520–540 nm spectral region and slower trapped exciton emission in the 530–580 nm spectral region. An efficient energy exchange between the free and trapped exciton states is shown by the temperature dependencies of emission spectra. The quantum size effect is demonstrated in the high energy shift and broadening of the absorption and emission spectra and an estimate of the size of the CsPbBr₃-like aggregates is provided. Independent evidence of the presence of the CsPbBr₃ and Cs₄PbBr₆ aggregated phases in the CsBr host was obtained by X-ray structural studies.     

Synthesis and photoluminescence properties of aqueous CdWO4 quantum dots with WO6 luminescence center

Aqueous CdWO₄ QDs were synthesized by the reaction of CdCl₂ and Na₂WO₄ in the presence of mercaptoacetic acid (TGA) as capping reagent. The crystal morphology, particle size and its distribution of as-prepared products were characterized by transmission electron microscopy (TEM, SAED) atomic force microscopy (AFM), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), and photon correlation spectroscopy (PCS), respectively. Qualitative assays for functional groups on the QDs’ surface were measured by fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). Photoluminescence properties of QDs were studied by photoluminescence spectroscopy (PL). The results showed that the single QD with diameter of about 8 ± 2 nm was single-crystal. The particle size distribution of QDs was normal. Infrared absorption bands of carboxylic group on the surface of CdWO₄ QDs were observed around 1610-1550 cm⁻¹ (nonsymmetrical vibration of -COO⁻) and 1400 cm⁻¹ (symmetric vibration of C-O). With reaction-time going, PL peak position shifted from 498 to 549 nm and intensity of PL increased first and then decreased. PL peak position of QDs was blue-shift compared with 570 nm WO₆⁶⁻ luminescence center of bulk CdWO₄.