二維鈣鈦礦結(jié)構(gòu)

《二維鈣鈦礦結(jié)構(gòu)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫(kù)。

1、固體表面與界面小論文二維鈣鈦礦發(fā)光材料的特性有機(jī)金屬鹵素鈣鈦礦最近不僅在太陽(yáng)能電池上，而且在顯示領(lǐng)域也有巨大的潛力，如LED器件。通過(guò)對(duì)鈣鈦礦納米晶體的特別調(diào)整來(lái)探索其光學(xué)特性可以很好地增強(qiáng)器件的效率和功能性。文章主要探索膠體有機(jī)金屬鹵素鈣鈦礦納米片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，量子尺寸效應(yīng)以及將這種二維鈣鈦礦材料應(yīng)用于發(fā)光器件的優(yōu)勢(shì)和有待改進(jìn)的地方。關(guān)鍵詞：納米片；鈣鈦礦；光致發(fā)光；量子尺寸效應(yīng)固體表面與界面小論文2014年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)讓基于藍(lán)光LED的白光照明技術(shù)得以被人們廣泛熟知。以砷化鎵、氮化鎵等材料為代表的無(wú)機(jī)發(fā)光二極管在顯示、通訊以及照明領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景

2、。而與無(wú)機(jī)材料相對(duì)于的，從20世紀(jì)90年代起，以有機(jī)材料為代表的電致發(fā)光二極管（OLED）發(fā)展迅猛，以輕薄、柔性、大面積發(fā)光、制備工藝簡(jiǎn)單、低溫特性好等特點(diǎn)而備受關(guān)注。在照明領(lǐng)域OLED已經(jīng)成為了LED的重要補(bǔ)充。相對(duì)于無(wú)機(jī)LED材料苛刻的工藝制備和昂貴的設(shè)備，OLED的制備相對(duì)簡(jiǎn)單，其發(fā)光光譜更容易調(diào)節(jié)和選擇。而對(duì)于下一代的LED器件，我們認(rèn)為其應(yīng)該具備以下條件：i)高效率，高色純且顏色可調(diào)節(jié)；ii)制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低；而這幾年興起的鈣鈦礦LED很好的吻合了這一趨勢(shì)，在過(guò)去的兩年里，鈣鈦礦LED的光致發(fā)光量子產(chǎn)率（PLQY）已經(jīng)能夠接近100%，并

3、在亮度和效率方面達(dá)到了OLED近二十年發(fā)展才達(dá)到的水平；并且鈣鈦礦可以低溫制備，極大降低了生產(chǎn)成本；鑒于器件中電子和空穴注入平衡可以使得器件的效率最大化，而鈣鈦礦材料作為雙極性材料，可以同時(shí)很好的傳輸電子和空穴；通過(guò)對(duì)鈣鈦礦鹵素陰離子和有機(jī)陽(yáng)離子的混合摻雜，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)光顏色可調(diào)節(jié)性；鈣鈦礦材料緩慢的俄歇復(fù)合，說(shuō)明了其非輻射復(fù)合少而且鈣鈦礦發(fā)光的色彩的純度高，光譜的半高全寬很窄。但是，鈣鈦礦材料應(yīng)用于發(fā)光器件也存在著一些問(wèn)題：i)器件中載流子在鈣鈦礦材料中的有效注入差，以及漏電流大ii)鈣鈦礦材料的載流子復(fù)合效率低iii)激子結(jié)合能很小由于鈣鈦礦發(fā)光器件的薄膜

4、很薄，其孔洞較多。因而對(duì)于實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦材料的有效注入，減少漏電流顯得十分重要。目前研究人員主要是通過(guò)化學(xué)的方法來(lái)研究：一種方法是在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中加入酸性物質(zhì)（如HBr），來(lái)減緩結(jié)晶速率獲得又薄又好的膜；一種方法是添加物質(zhì)來(lái)降低前驅(qū)體溶液的溶解度，誘導(dǎo)快速成核以降低晶粒尺寸，提升薄膜的平整度[3]。還可以制備一種聚合物-鈣鈦礦混合薄膜，通過(guò)在鈣鈦礦中摻入絕緣的聚合物（如PIP，PEO等）來(lái)鈍化這些空洞，雖然絕緣的聚合物使得電流密度下降，但是開(kāi)啟電壓下降，EQE得到增強(qiáng)[1,2]。而對(duì)于鈣鈦礦材料的載流子復(fù)合效率低以及激子結(jié)合能比較小的問(wèn)題，目前科研人員主要是

5、通過(guò)降低體鈣鈦礦的維度，形成層狀的二維或準(zhǔn)二維的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，來(lái)利用這種納米結(jié)構(gòu)的量子限域效應(yīng)提高載流子的復(fù)合，增加激子結(jié)合能。為了更好地理解這種層狀結(jié)構(gòu)，我們首先了解一下鈣鈦礦的基本結(jié)構(gòu)。固體表面與界面小論文圖1：鈣鈦礦的基本結(jié)構(gòu)有機(jī)金屬鹵素鈣鈦礦自從1970年就已經(jīng)被研究了，但是在最近的五年里顯露出了其巨大的潛力。鈣鈦礦卓越的光電特性，使得其不僅可以作為光伏器件，也可以作為發(fā)光器件。通常來(lái)說(shuō)，廣義的鈣鈦礦有著AMX3結(jié)構(gòu)通式（如圖1所示），被廣泛運(yùn)用于鐵電、壓電、磁阻、半導(dǎo)體和催化器件。其中A(e.g.,Ca2+,Sr2+,Ba2+?等)為大半徑的陽(yáng)離子，

6、M(e.g.,Ti4+,Zr4+?等)為小半徑的陽(yáng)離子，X為鹵素陰離子（X=O2-,F-,Cl-,Br-,I-），為了定量地描述鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，引入一個(gè)參數(shù)“容忍因子”t和八面體因子μ來(lái)定量評(píng)估這一關(guān)系，即：t=(rX+rA)/2(rM/rX)其μ=rM/rX，當(dāng)滿足0.81

7、米尺度下探測(cè)這些結(jié)構(gòu)成為可能。這些納米片有更高的激子結(jié)合能，更短的熒光衰退時(shí)間，和體材料相比有著更好的吸收截面，以及顯著的非線性光學(xué)性質(zhì)，這使得納米片不僅僅可以作為發(fā)光器件也可以作為光檢測(cè)器件。和3D的AMX3?鈣鈦礦不同的是，層狀鈣鈦礦有著通式(RH3)2An-1MnX3n+1?(n?=1,純二維層狀結(jié)構(gòu)；n?=∞，即3D結(jié)構(gòu)；?n?為其他整數(shù)時(shí),準(zhǔn)二維層狀結(jié)構(gòu))，這是因?yàn)橐氲年?yáng)離子不匹配由MX6八面體所構(gòu)成的立方八面體腔，即不滿足鈣鈦礦結(jié)構(gòu)容忍因子所需滿足的范圍，因而就破壞了立方體的對(duì)稱性，原先3D結(jié)構(gòu)中的無(wú)機(jī)鉛鹵素層就會(huì)分離成沿著<001>或<110

8、>取向的片狀結(jié)構(gòu)來(lái)適用這種有機(jī)長(zhǎng)鏈陽(yáng)離子。典型的MX