溶液法生长钙钛矿纳米线.pdf

Journal of Sensor Technology and Application 传感器技术与应用传感器技术与应用,2023,11(3),257-262 Published Online May 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/jsta https:/doi.org/10.12677/jsta.2023.113028 文章引用文章引用:刘凯依,黄富城,苏检德,黄国现,蒙雪,邓天霞,何聪颖,李燕玲,宋树祥,刘林生.溶液法生长钙钛矿纳米线J.传感器技术与应用,2023,11(3):257-262.DOI:10.12677/jsta.2023.113028 溶液法生长溶液法生长钙钛矿纳米线钙钛矿纳米线 刘凯依刘凯依*，黄富城黄富城*，苏检德，黄国现，蒙，苏检德，黄国现，蒙 雪，邓天霞，何聪颖，李燕玲，宋树祥，刘林生雪，邓天霞，何聪颖，李燕玲，宋树祥，刘林生#广西师范大学电子与信息工程学院/集成电路学院，广西 桂林 收稿日期：2023年4月7日；录用日期：2023年5月17日；发布日期：2023年5月25日 摘摘 要要 近些年，一维近些年，一维(1D)卤化物钙钛矿的低维纳米材料在光电探测器材料领域成为备受科学家关注的焦点之一，卤化物钙钛矿的低维纳米材料在光电探测器材料领域成为备受科学家关注的焦点之一，因其拥有优异的光吸收系数、发射效率和高载流子迁移率，长的载流子扩散长度等优秀的光电性能。本实因其拥有优异的光吸收系数、发射效率和高载流子迁移率，长的载流子扩散长度等优秀的光电性能。本实验通过蒸发诱导自组装方法制备出钙钛矿纳米线，在保持钙钛矿溶液浓度不变的情况下，把离子液体验通过蒸发诱导自组装方法制备出钙钛矿纳米线，在保持钙钛矿溶液浓度不变的情况下，把离子液体1-丁丁基基-3-甲基咪唑四氟硼酸甲基咪唑四氟硼酸(BMIMBF4)作为添加剂加入到钙钛矿纳米线中。其中设置了四组不同的作为添加剂加入到钙钛矿纳米线中。其中设置了四组不同的BMIMBF4浓度来探究离子液体的添加对钙钛矿纳米线的影响，其中离子液体的浓度分别为浓度来探究离子液体的添加对钙钛矿纳米线的影响，其中离子液体的浓度分别为0 mmol、0.1 mmol、0.3 mmol、0.6 mmol。从实。从实验结果可以得知，加入验结果可以得知，加入BMIMBF4离子液体之后纳米线的离子液体之后纳米线的PL(稳态光致发稳态光致发)强度更高，强度更高，表明表明BMIMBF4对对MAPbI3纳米线的生长起到一定的促进作用，提高了钙钛矿纳米线的稳定性和光电性能。纳米线的生长起到一定的促进作用，提高了钙钛矿纳米线的稳定性和光电性能。其中加入其中加入0.3 mmol离子液体的促进效果最强，加入离子液体的促进效果最强，加入0.6 mmol离子液体的钙钛矿纳米线相对于浓度为离子液体的钙钛矿纳米线相对于浓度为0.3 mmol那一组的促进效果较弱，可能是由于离子液体浓度过高抑制了钙钛矿纳米线的生长。那一组的促进效果较弱，可能是由于离子液体浓度过高抑制了钙钛矿纳米线的生长。关键词关键词 钙钛矿纳米线钙钛矿纳米线，离子液体，溶液法，自组装，离子液体，溶液法，自组装 Growth of Perovskite Nanowires by Solution Method Kaiyi Liu*,Fucheng Huang*,Jiande Su,Guoxian Huang,Xue Meng,Tianxia Deng,Congying He,Yanling Li,Shuxiang Song,Linsheng Liu#School of Electronics and Information Engineering/School of Integrated Circuits,Guangxi Normal University,Guilin Guangxi Received:Apr.7th,2023;accepted:May 17th,2023;published:May 25th,2023 Abstract In recent years,one-dimensional(1D)halide perovskite low-dimensional nanomaterials have be-*并列第一作者。#通讯作者。刘凯依，黄富城 等 DOI:10.12677/jsta.2023.113028 258 传感器技术与应用 come one of the focuses of scientists in the field of photodetector materials,because of its excel-lent optical absorption coefficient,emission efficiency,high carrier mobility,long carrier diffusion length and other excellent photoelectric properties.In this experiment,perovskite nanowires were prepared by evaporation-induced self-assembly,and ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazo-lium tetrafluoroboric acid(BMIMBF4)was added as an additive while keeping the concentration of perovskite solution unchanged.Four groups of different concentrations of BMIMBF4 were set to explore the influence of ionic liquid on perovskite nanowires,and the concentrations were 0 mmol,0.1 mmol,0.3 mmol and 0.6 mmol respectively.From the experimental results,it can be known that the PL(steady-state photoluminescence)intensity of nanowires is higher after the addition of BMIMBF4 ionic liquid,which indicates that BMIMBF4 can promote the growth of MAPbI3 nanowires and improve the stability and photoelectric properties of perovskite nanowires.Among them,adding 0.3 mmol ionic solution has the strongest promotion effect,and adding 0.6 mmol ionic liquid has a weaker promotion effect than the group with the concentration of 0.3 mmol,which may be due to the high concentration of ionic liquid inhibiting the growth of perovskite nanowires.Keywords Perovskite Nanowires,Ionic Liquid,Solution Method,Self-Assembly Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 在过去发展的这些年里，随着人们对新型技术、新型材料、新型能源的需求不断地增加，卤化物钙钛矿的低维纳米材料，包括有机无机杂化和全无机钙钛矿 1，因其拥有波长可调和载流子扩散长度较长等优点，引起了光电领域中许多科学家研究的兴趣 2。在卤化物钙钛矿的大范围中，常见的卤化铅基钙钛矿的晶体结构 3的材料式子为：ABX3(其中 A 是阳离子，例如：Cs+、33CH NH+或 HC(NH2)2+；B 是无机阳离子，例如：Pb2+、Sn2+；X 是阴离子，例如：Br、I、Cl或任意两个(Br/I、Cl/I和 Cl/Br)。然而钙钛矿纳米材料现在还面临许多限制以及需要优化改进的地方 4，比如大规模生产化、商业化、产业化等。现在学者们普遍认为，MAPbI3纳米线光电探测器较差的稳定性是阻碍其实现产业化应用的最大障碍 5。研究人员对此进行了大量的实验进行探究和改进，通过改变和创新制备纳米材料的准备和工艺流程，调整内部的结构和外部表面的性质等各个方法 6，在一定程度上实现了稳定性能的提升。经过大量的实验，离子液体 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMIMBF4)7作为钝化剂加入到甲基铵铅三碘化物(MAPbI3)纳米线中，通过钝化纳米线中的缺陷，在表面形成钝化层，使其光电性能得到了很大的提升。如今有许多形式不同的一维卤化物钙钛矿的制备方法，包括化学气象沉淀法 8、模板限制生长法 9、溶液法 10等方法。前两种方法虽然制备出的纳米线形状和质量较好，但是有制备的成本较高，时间较长，条件比较严苛等缺点，而使用溶液法可以在一定程度上弥补这些缺点。溶液法的操作大多可以在室温下对衬底进行刮涂 11、旋涂 12 13或在倾斜衬底下滴加前驱体溶液 14来生长钙钛矿纳米线。其中操作较为简单的方法是在倾斜衬底上的自组装法。该方法将钙钛矿前驱体溶液滴在倾斜的衬底上，由于重力的分力加上溶剂蒸发的速度差，溶液会在衬底上结晶形成大面积排列的钙钛矿纳米线阵列。随着现代信息技术的发展，未来钙钛矿纳米材料的发展将具有更广阔的应用潜力，例如光电探测器 15、太阳能电池 16、传感器 17、存储器件 18等。近年来，许多研究人员对钙钛矿纳米线在人工智Open AccessOpen Access刘凯依，黄富城 等 DOI:10.12677/jsta.2023.113028 259 传感器技术与应用 能 19、柔性电子器件 20、新型能源等重要领域的探索取得一定的重要成果。在以后，学者们对钙钛矿纳米线研究发展会更加地注重于其可拓展性和稳定性，还有在其他领域应用发展的可能性。总而言之，钙钛矿材料不断地在前进的道路上发展得越来越好，它在自然环境、信息科学技术、新型材料探索等各大方面拥有美好的发展前景。2.实验部分实验部分 2.1.实验试剂和仪器设备实验试剂和仪器设备 实验试剂：甲基碘化铵(MAI，纯度 99.5%)购自西安宝莱特；N,N-二甲基甲酰胺(DMF)购自西陇科学；碘化铵(PbI2，纯度 99.99%)购自西安宝莱特；离子液体 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMIMBF4)购自阿拉丁。实验设备：凤凰金相光学显微镜；自组装微区光谱仪。2.2.溶液配制溶液配制 1)先配制质量分数为 1%的 MAPbI3(DMF)溶液：称量 0.25 g 的 MAI，再称量 0.75 g 的 PbI2，将他们装入清洗后的最后加入 104.7615 mL 的 DMF 即可，其中 DMF 的密度为 0.945 g/ml。2)将配制好的溶液振荡十几秒钟，使溶液变清亮且颜色为黄色，另外各取 20.9523 mL 的溶液装到 3个小瓶子中。3)设置 4 组浓度不同浓度的 BMIMBF4，浓度分别为 0 mm