二維鈣鈦礦結(jié)構(gòu).doc

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

1、固體表面與界面小論文二維鈣鈦礦發(fā)光材料的特性有機金屬鹵素鈣鈦礦最近不僅在太陽能電池上，而且在顯示領(lǐng)域也有巨大的潛力，如LED器件。通過對鈣鈦礦納米晶體的特別調(diào)整來探索其光學(xué)特性可以很好地增強器件的效率和功能性。文章主要探索膠體有機金屬鹵素鈣鈦礦納米片的結(jié)構(gòu)特點，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)勢和有待改進的地方。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機發(fā)光二極管在顯示、通訊以及照明領(lǐng)域有著重

2、要的應(yīng)用前景。而與無機材料相對于的，從20世紀(jì)90年代起，以有機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、制備工藝簡單、低溫特性好等特點而備受關(guān)注。在照明領(lǐng)域OLED已經(jīng)成為了LED的重要補充。相對于無機LED材料苛刻的工藝制備和昂貴的設(shè)備，OLED的制備相對簡單，其發(fā)光光譜更容易調(diào)節(jié)和選擇。而對于下一代的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，在過去的兩年里，鈣鈦礦LED的光致發(fā)光量子產(chǎn)率（PLQY）

3、已經(jīng)能夠接近100%，并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，可以同時很好的傳輸電子和空穴；通過對鈣鈦礦鹵素陰離子和有機陽離子的混合摻雜，可以實現(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

4、子結(jié)合能很小由于鈣鈦礦發(fā)光器件的薄膜很薄，其孔洞較多。因而對于實現(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化學(xué)的方法來研究：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，通過在鈣鈦礦中摻入絕緣的聚合物（如PIP，PEO等）來鈍化這些空洞，雖然絕緣的聚合物使得電流密度下降，但是開啟電壓下降，EQE得到增強[1,2]。而對于鈣鈦礦材料的載流子復(fù)合效率

5、低以及激子結(jié)合能比較小的問題，目前科研人員主要是通過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。通常來說，廣義的鈣鈦礦有著AMX3結(jié)構(gòu)通式（如圖1所示），被廣泛運用于鐵電、壓電、磁阻、半導(dǎo)體和催化器件。其中A(e

6、.g.,Ca2+,Sr2+,Ba2+?等)為大半徑的陽離子，M(e.g.,Ti4+,Zr4+?等)為小半徑的陽離子，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，引入一個參數(shù)“容忍因子”t和八面體因子μ來定量評估這一關(guān)系，即：t=(rX+rA)/2(rM/rX)其μ=rM/rX，當(dāng)滿足0.81

7、。而層狀鈣鈦礦早在1980晚期就已經(jīng)被研究，但是最近才有實驗技術(shù)使得在納米尺度下探測這些結(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,準(zhǔn)二維層狀結(jié)構(gòu))，這是因為引入的陽離子不匹配由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

8、破壞了立方體的對稱性，原先3D結(jié)構(gòu)中的無機鉛鹵素層就會分離成沿著<001>或<110>取向的片狀結(jié)構(gòu)來適用這種有機長鏈陽離子。典型的MX