全无机钙钛矿量子点的合成、性质及发光二极管应用进展

近年来,全无机铯铅卤素钙钛矿(CsPbX₃,X=Cl,Br,I)量子点由于其色纯度高、具有可调谐的发射波长(410～760 nm)、窄的半峰宽(12～42 nm)和较高的荧光量子产率(最高可达95%以上)以及可全溶液处理等优势而受到人们的高度关注,在显示和照明领域有着较为广阔的应用前景。本文首先介绍了近年来发展起来的全无机钙钛矿量子点的液相合成方法,如高温热注射法、一步反应法、阴离子交换法和过饱和重结晶法等;其次介绍了全无机钙钛矿量子点的形貌、尺寸和晶型调控及材料组分、反应温度和杂质离子对其发光性能的影响,进而总结了无铅全无机钙钛矿量子点的研究进展;然后介绍了全无机钙钛矿量子点在发光二极管方面的应用进展;最后概述了全无机钙钛矿量子点在未来发展中存在的挑战和机遇。     

无机卤化物钙钛矿量子点微球腔荧光增强自参考温度传感研究

利用稀土离子掺杂材料、有机染料以及量子点等荧光材料实现荧光温度传感在航空航天、生物医疗、食品储存等领域具有重要意义。其中,无机卤化物钙钛矿量子点(PeQDs)荧光材料由于具有量子产率高,温度依赖性强等特点,在荧光温度传感领域展现了巨大的应用前景。然而,PeQDs只有一个光致荧光(PL)峰,其强度和位置极易受到浓度和尺寸等因素的干扰,因此用单一PL峰进行温度传感的准确性较低。在本工作中,我们提出了一种微球腔阵列(MCA)耦合PeQDs薄膜(MCA/PeQDs)的新型温度传感结构,利用MCA/PeQDs结构与PeQDs薄膜具有温度依赖性的PL峰值强度比实现温度传感。该结构通过微球腔中回音壁模式(WGMs)增强的Purcell效应提高了自发辐射速率,抑制了声子辅助猝灭效应,从而实现了较好的PeQDs荧光增强。结果表明,在223～373 K范围内,当PeQDs浓度为0.131 6 mg/mL、微球腔直径为(19±1)μm时,该结构的绝对灵敏度(Sa)与相对灵敏度(Sr)可达到0.75 K^-1和1.95%·K^-1。本工作克服了使用单个PL峰进行温度传感...     

微通道反应器合成高质量的无机钙钛矿量子点及其LED应用

提出一种快速、高效合成高质量无机钙钛矿量子点（CsPbBr₃）的微通道反应器,通过调节前驱体的浓度和流速,可实现荧光光谱绿色至蓝色的转变,波长范围为515~464 nm。利用合成的绿色CsPbBr₃量子点和红色荧光粉制备薄膜,覆盖在蓝色LED芯片表面上,在20 mA的驱动电流下获得流明效率最高可达62.93 lm/W的白光。这种高效的白光LED展示出钙钛矿量子点在低成本显示、照明和光通信等应用领域中巨大的潜力。     

基于钙钛矿量子点荧光太阳集光器的蒙特卡洛光子追踪模拟

传统光聚集器热效应明显、结构复杂、成本昂贵。作为替代,荧光太阳集光器具有许多显著优势并能够有效降低太阳能电池的发电成本,因此受到广泛关注。本文通过传统热注入法合成了全无机钙钛矿CsPbBr_3量子点,并在此基础上设计了基于CsPbBr_3量子点的荧光太阳集光原型器件。通过TEM测试和必要的光学表征,证实本文合成的CsPbBr_3量子点具有典型的立方体结构、76.8%的荧光量子产率、512 nm的发光中心波长和22 nm的中心波长半高宽。此外,结合蒙特卡洛智能优化算法,建立了基于CsPbBr_3量子点的荧光太阳集光器的理论计算模型,确定了全无机钙钛矿量子点最优掺杂浓度和最佳平均波长集光效率。仿真结果表明,在量子点掺杂浓度为2.1×10~(-5) mol/L时,最优的集光效率达到5.4%。本文提出的蒙特卡洛光子追踪模拟过程将为未来荧光太阳集光器参数设计提供科学的计算方法。     

室温批量合成高质量无机钙钛矿量子点及其WLED应用

为克服在大批量合成无机钙钛矿量子点(Cs Pb Br₃)时出现的材料光学性能下降的问题,提出了一种改进的室温溶液工艺,通过加入HBr促进前驱体的分散溶解,同时引入路易斯酸配体部分取代油胺,实现量子点表面的缺陷态有效钝化,合成出高质量的Cs Pb Br₃量子点材料。实验测试结果表明,合成出的Cs Pb Br₃量子点荧光发射峰位于517 nm处,发射峰半高宽仅有17 nm,荧光量子效率高达95%。利用制备出的绿光Cs Pb Br₃量子点和商用红色荧光粉混合,和以Ga N为基底的蓝光芯片组装成一个白光LED器件,该器件在20 m A的工作电流下获得流明效率达48.35 lm/W的白光。这种高效白光LED展示出无机钙钛矿量子点在通用照明、背光显示和光通信等领域中具有很大的应用潜力。     

全无机钙钛矿CsPbX3纳米晶的研究进展

全无机钙钛矿CsPbX3纳米晶具有发光波长可调、半高峰窄、器件制备简单、稳定性高等优点,被广泛应用于太阳能电池、发光二极管、激光器、光电探测器等领域。本文概述了该材料的国内外研究进展,首先介绍了CsPbX3纳米晶的分子结构、尺寸效应、发光特性和光催化特性,然后对其合成方法、稳定性及器件应用进行了重点阐述,最后对其存在的问题及未来的发展进行了总结和展望。     

基于石墨烯-钙钛矿量子点场效应晶体管的光电探测器

以等离子增强化学气相沉积法制备的石墨烯作为导电沟道材料,将其与无机CsPbI_3钙钛矿量子点结合,设计并制备了石墨烯-钙钛矿量子点场效应晶体管光电探测器.研究和分析了石墨烯作为场效应晶体管的电学特性及其与钙钛矿量子点结合作为光电探测器的光电特性.结果表明,石墨烯在场效应晶体管中表现出良好的电学性质,其与钙钛矿量子点的结合对波长为400 nm的光辐射具有明显的光响应,在光强为12μW时器件光生电流最大为64μA,响应率达6.4 A·W~(-1),对应的光电导增益和探测率分别为3.7×10~4,6×10~7Jones(1 Jones=1 cm·Hz~(1/2)·W~(-1)).     

基于量子点的荧光型太阳能聚光器

近年来,量子点在结构可控、光谱调节和光学稳定方面的研究进展,表明基于量子点的聚光器件表现出优于基于传统有机染料分子的光输出性能。量子点聚光器成为目前量子点研究领域的新方向。量子点在宏量制备和绿色制备方面的深入研究,使得量子点的制造成本逐步降低,基于量子点的聚光器具有光电转换效率和成本上的优势。本文综述了量子点聚光器的研究进展,主要包括荧光型聚光器的优点、聚光器对量子点光学性质的要求、器件制备的工艺和器件的性能表征方法。重点阐述了量子点的太阳光吸收能力、荧光量子产率和重吸收等关键因素对聚光器件性能的影响,同时介绍了该领域目前最新的研究方向,展望了廉价太阳能窗户在未来城镇建筑上的潜在应用。     

微腔中CdSe量子点荧光增强效应

文章主要研究了CdSe量子点微腔结构,微腔结构包括上下分布式布拉格反射镜(DBR),中间的有源层为溶解在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的CdSe胶体量子点.采用传递矩阵法模拟微腔的反射光谱,对实验测试曲线进行较好的拟合.通过测试微腔结构的光致荧光(PL)光谱,其半峰宽(FWHM)由未加入微腔的CdSe量子点样品的27.9 nm,减小到微腔结构的7.5 nm,在微腔中的量子点,由于腔模式的出现,其发光谱的品质因数增加了3.6倍,达到了荧光增强的效果. 关键词： CdSe量子点 微腔效应 荧光增强     

金属离子掺杂提高全无机钙钛矿纳米晶发光性质的研究进展

金属卤化物钙钛矿纳米晶由于其卓越的光电子性能,在发光二极管、激光器、X射线成像、太阳能电池及光电探测等领域中受到了极大的关注.与有机-无机杂化钙钛矿纳米晶相比,全无机钙钛矿CsPbX₃ (X=Cl, Br, I)纳米晶具有更优异的光电性能和更高的稳定性.为进一步提高CsPbX₃纳米晶的光致发光量子效率和稳定性,有研究已经着手调控纳米晶的微观结构,减少作为非辐射复合中心的缺陷.近年来,在金属离子掺杂CsPb X₃纳米晶过程中,发现不同种类和不同掺杂浓度的金属离子对其电子能带结构和光致发光性能有着巨大的影响,基于金属离子掺杂取得了光致发光量子效率接近100%的CsPb X₃纳米晶.本文综述了近年来在CsPbCl₃, CsPbBr₃, CsPbI₃和Mn²⁺掺杂CsPbX₃ (Mn²⁺:CsPbX₃)四种体系中通过金属离子掺杂提高全无机钙钛矿纳米晶光学性...     

基于CsPbBr3钙钛矿量子点的白光LED器件的电流稳定性研究

大多数针对CsPbBr3钙钛矿量子点的应用研究主要集中于绿光发射的LED,应用于WLED的报道较少,为此对基于CsPbBr3钙钛矿量子点的白光LED器件的电流稳定性进行研究.首先通过热注入法制备CsPbBr3钙钛矿量子点并测试其吸收光谱和发射光谱,吸收峰和发射峰分别为502 nm和512 nm.然后将CsPbBr3钙钛矿量子点与紫外光固化胶混合形成CsPbBr3钙钛矿量子点胶体,叠加红色荧光粉制作两种不同封装结构的白色发光二极管(WLED),分别为WLED Ⅰ和WLED Ⅱ.在10 mA的电流下,WLED Ⅰ的显色指数达到92.1,相关色温为4323 K,流明效率为33.04 lm/W,三个指标均高于WLEDⅡ.最后分别对WLED Ⅰ和WLED Ⅱ进行电流稳定性测试.在将驱动电流从10 mA慢慢增加到150mA以及在720 min的通电时间和15 mA的驱动电流两种条件下,分别测试两种WLED器件的性能.结果 表明,WLED Ⅰ显示出更稳定的变化趋势.     

球型量子点量子比特的声子退相干效应

采用求解能量本征方程、幺正变换及变分相结合的方法,研究声子效应对球型量子点中电子-声子系（极化子）能量、量子比特性质的影响。数值计算表明,能量随量子点尺寸的增大而减小,说明量子点具有明显的量子尺寸效应;当考虑声子效应时,能量、量子比特的振荡周期均减小,说明声子效应使得量子比特的相干性减弱;且量子比特内各空间点的概率密度均随时间做周期性振荡,不同空间点的概率密度随径向坐标和角坐标的变化而变化。     

球型量子点量子比特的声子退相干效应

采用求解能量本征方程、幺正变换及变分相结合的方法,研究声子效应对球型量子点中电子-声子系（极化子）能量、量子比特性质的影响。数值计算表明,能量随量子点尺寸的增大而减小,说明量子点具有明显的量子尺寸效应;当考虑声子效应时,能量、量子比特的振荡周期均减小,说明声子效应使得量子比特的相干性减弱;且量子比特内各空间点的概率密度均随时间做周期性振荡,不同空间点的概率密度随径向坐标和角坐标的变化而变化。     

铯铅卤化物钙钛矿量子点从玻璃中析出的诱导因素

铯铅卤化物(CsPbX3,X=Cl,Br,I)钙钛矿量子点以其优异的光电性能(如可调的发射光谱、高色纯度和量子效率等)引起了研究者们的广泛关注,但较差的水稳定性、热稳定性和光稳定性等缺点极大地限制了其在光电器件中的应用.目前,提高铯铅卤化物钙钛矿量子点稳定性的一种有效方法是将CsX和PbX2加入惰性玻璃陶瓷基质中,只要...     

CdSe和ZnO量子点的拉曼光谱研究

本文介绍了用拉曼光谱研究CdSe和ZnO两种Ⅱ Ⅳ族量子点材料的结果,对拉曼峰进行了指认。观察到的光学声子峰位的移动被认为是由量子限制效应引起。     

graphene量子点的起伏效应对尺寸的敏感性研究

用第一原理研究了graphene量子点器件在不同尺寸时的输运特性,以得到起伏效应所引起的输运特性的变化,以及对尺寸的敏感性.研究结果表明无论电极与锯齿型边界的graphene量子点相连还是与扶手椅型边界的graphene量子点相连,都会受起伏效应较大的影响,并且随尺寸的不同影响程度也不同.加偏压后得到的电流也受较大影响,但两种连法受到的影响随尺寸的增加效果不同. 关键词： graphene 量子点 起伏效应     

聚乙烯单链量子热输运的同位素效应

高分子导热材料的有效调控受到了日益广泛的关注.应用密度泛函理论(DFT)、中央插入延展(central insertion scheme,CIS)方法及非平衡格林函数(NEGF)理论,对包含432个原子、长18.533 nm的聚乙烯单链量子热输运的同位素效应进行了研究.计算结果表明,室温下长100 nm的纯12C聚乙烯单链的热导率理论上限高达314.1 W·m~(-1)·K~(-1);对于~(12)C聚乙烯单链,其他条件一定时,~(14)C掺杂引起的热导同位素效应比~(13)C更为显著;室温下纯~(12)C聚乙烯单链中~(14)C掺杂原子百分数为50%时同位素效应最显著,此时平均热导比未掺杂时下降了51%.这对探索聚乙烯材料热输运的同位素影响机理具有十分积极的意义.