CsPbBr_%283%29_CMS-Na淀粉钠复合材料的发光性能和稳定性研究.pdf

华南师范大学学报(自然科学版)()():./.收稿日期:华南师范大学学报(自然科学版)网址:.基金项目:甘肃省重点研究发展计划项目()通信作者:董其铮:./淀粉钠复合材料的发光性能和稳定性研究董其铮 田丙龙 张文博 黄欣怡 黄 诚(兰州理工大学材料科学与工程学院/有色金属先进加工与回收国家重点实验室 兰州)摘要:首次采用原位生长法合成了/复合材料 采用 射线衍射、透射电子显微镜、射线光电子能谱和荧光分光光度计等手段对样品的晶体结构、微观形貌、发光性能进行了表征与稳定性能研究 结果表明:/复合材料的光致发光光谱出现了 的有序蓝移荧光强度显著提高当 与 的质量比为 时绿光发射最亮/复合材料展现出优异的稳定性在空气中放置 荧光强度为初始强度的.研究结果对于 量子点在照明显示领域具有潜在的应用价值关键词:量子点 发光强度 稳定性 复合材料中图分类号:文献标志码:文章编号:()/(/):/././.:(、)钙钛矿量子点()作为一种新型半导体光电材料具有载流子迁移率高、光谱带宽窄、荧光量子产率()高、可低温合成等优点这使其成为材料科学与光电子领域最有潜力的材料有望被应用于发光二极管()和太阳能电池 然而铅卤钙钛矿的形成能较低和结构不稳定导致未保护的 在潮湿、高温、富氧环境下稳定性差尤其胶体溶液形式存在的 在空气中放置一段时间后 快速降低甚至发生光淬灭现象从而限制了 的商业化应用 因此如何进一步优化稳定性对于拓展 的应用至关重要高分子聚合物与 具有很好的相容性将 包裹在高分子材料中可以避免与外界不良环境的直接接触提高稳定性 此外引入高分子聚合物可以调控 的晶粒尺寸钝化表面缺陷从而改善发光性能 显然通过与高分子材料复合已成为改善 性能的一种有效方法 等采用原位生长法制备/醋酸乙烯复合薄膜引入醋酸乙烯后 在空气和水中展现出优异的长期稳定性可达.等采用一步法合成了稳定性优异的/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料 该材料在紫外光()持续照射下复合材料的发光强度基本保持不变且在水中浸泡 后仍保持初始值的 但也存在一些问题这类 高分子复合材料具有高的表面能不可避免地导致晶粒的团聚 为了消除制备过程中晶粒团聚现象已有相关文献提出在合成过程中加入层状粘土等分散性较好的功能材料来制备 固体粉末 羧甲基淀粉钠()具有类似的特性分散性好有望通过与 的复合来改善其性能 本研究通过原位生长法制备了/复合材料研究其发光性能 实验部分.材料制备./复合材料的制备将.和.粉末溶入 中加入 油酸()和.油胺()制成稳定的前驱体溶液将制备好的 /绿光溶液与不同复合质量的 粉末溶在甲苯溶液中室温下搅拌 然后在 /转速下离心去除上清液收集沉淀置于真空干燥箱中于 下干燥 最终获得不同复合质量比()()的粉末标记为()、()、()、()最后对复合后的发光样品进行发光性能、稳定性表征分析确定最优的复合质量比进行下一步实验./的制备首先将上述溶液进行离心处理去除上清液取沉淀置于真空干燥箱中 下干燥 获得/粉末然后将发绿光的/粉末加入到 中搅拌均匀滴在磨具中成型待混合物干燥后从磨具中分离出薄膜获得圆形样品.材料表征采用 射线粉末衍射仪(型)对合成的所有样品进行物相表征辐射源用 衍射靶为 管电流 管电压 波长l为.步长.通过扫描电子显微镜()和附带的能谱仪()表征制备样品的形貌和元素组成 采用透射电镜()观察/的微观形貌 使用上海棱光生产的 紫外分光光度计对样品的发射激发特性进行测试分析发射光谱和激发光谱的狭缝宽度均为 扫描范围为 利用 射线光电子能谱仪(型)检测 和/样品表面元素组成价态等信息辐射源用 靶衍射靶为 测试键能范围为 样品的 是由带积分球的荧光光谱仪(型)测定激发波长为 检测范围为 结果与讨论./复合物的 分析 粉末以及不同复合质量比的/样品的 射线衍射图谱如图 所示/复合物的主衍射峰位于.、.和.分别对应于纯立方相 的()、()、()晶面能与标准卡片 .匹配 谱中未出现明显的杂质峰这表明已成功合成/复合物 随着 与 复合质量比的增加系列样品在、处衍射峰的峰型越接近于 衍射花样这表明当 加入质量过大时易造成析晶困难不利于 的合成图 不同复合质量比/样品的 图谱 /华 南 师 范 大 学 学 报(自 然 科 学 版)第 卷./复合物的发光特性原样 以及/复合样品的荧光()光谱如图 所示在 波长紫外光激发下 与复合样品/在波长 附近出现了明显的绿光发射峰 与 的发光相比/复合物的发光强度显著增强当 与的复合质量比为 时其 发射峰最强增加了约.倍(图)当复合质量比继续增加发射强度下降归因于 加入量过多时影响了光的透过率 在监测波长 激发波长为 的条件下测量最佳样品的 为 发射强度的提高可归因于 长链对 表面的钝化作用减少了缺陷引起的非辐射跃迁 与此同时从图 观察到随着 增加 光谱出现有序蓝移发光峰位从 蓝移至 根据量子尺寸效应说明复合后 粒径逐渐减小 因此 作为一种良好的分散基质可以有效防止 晶粒间的团聚从而控制 的长大图 不同材料的发光性质 ./的组成、形貌与稳定性最佳样 品 (复 合 质 量 比 ()()的 能谱如图 所示所有的元素峰均已标出除、外/复合物中在结合能.、.、.处的 、和 谱峰(图)归属于 这与之前所报道的峰位一致 和/复合物在高分辨 能谱中观察到 的 个信号峰(图)较低结合能处的峰归属于 /较高结合能处的峰归属于 /同样在.和.结合能处的 信号峰(图)分别归属于 /、/这与之前文献报道的 的能谱数据一致此外/复合物 /处的峰面积增加表明引入的 与钙钛矿卤素阴离子间可能存在化学键连接并非简单的物理吸附这有助于改善 的分散性通过 和 观察/复合物的形貌特征图 的 图显示量子点淀粉复合材料具有典型的球型颗粒尺寸在微米级颗粒大小均匀分布 从图 的 图可以观察到明显的明暗衬度说明 分散在淀粉颗粒中通过 能谱进一步分析了/复合材料中的元素图 表明、元素均匀分散在复合物中为了探究/复合物的稳定性将 以及最佳复合样()放置在空气(温度 湿度 自然光照射)中测试了第、样品的 光谱 图 是未保护的 放置在空气中的发射光谱 强度发生快速衰减 后发光猝灭 图 为/复合材料的发射光谱放置 后发射强度仍可保持初始强度的.从 和/复合物归一化后的发射强度变化曲线中可以清楚地观察到/复合物的强度衰减较缓慢表现出良好的空气稳定性(图)这是由于在合成 过程中 的长链对量子点表面进行了钝化量子点周围形成的有机钝化层可以有效地防止 在空气环境中被直接降解 使更多数量的 能够良好分散进而改善了 的稳定性第 期董其铮等:/淀粉钠复合材料的发光性能和稳定性研究图 不同材料的 谱 图 /复合物的、图及元素映射图 /注:复合质量比()()图 为、元素映射分布华 南 师 范 大 学 学 报(自 然 科 学 版)第 卷图 在空气中放置、后 和/复合物的 光谱 /./器件的发光性能采用典型的疏水性柔性封装材料聚二甲基硅氧烷()对/复合材料进行封装并制作出发光器件 具有透光性好常用于封装荧光粉、量子点等发光材料以隔绝发光基体与外界不良气氛的影响 图 是将/粉末封装在 中的发光照片上方图片是在自然光照射下的照片下方图片是在 照射下的荧光照片 四组样品分别为(/)/复合质量比、经充分搅拌混合均匀后/复合材料在紫外灯照射下发出明亮的绿光 借助荧光分光光度计测试了样品的发射光谱从图 的 光谱中可以观察到随/复合比的增加样品在 附近出现了一个明显的尖锐峰归属于 的本征发射峰 从图 插图中可清楚看出荧光强度呈先增加后下降的趋势当/混合质量比为 时发光强度最强 为最优封装比 通过 色度图对复合前后样品进行光度表征其中样品的色坐标通过发射光谱处理所得 如图 所示复合物的色坐标相对于复合前略有偏移但仍然位于绿光区域这表明/具有良好的颜色稳定性图 /在自然光、灯照射下的发光照片、光谱、发射强度以及 色度图 /注:、的复合质量比分别为、第 期董其铮等:/淀粉钠复合材料的发光性能和稳定性研究 结论室温条件下采用原位生长法制备了/复合材料 与未保护的 相比/复合物的荧光强度显著增强最大增强.倍光谱覆盖 波长的荧光发射实现了有序的蓝移这归因于 作为良好的分散基质有效防止了 晶粒间的团聚被包裹在 颗粒上的量子点晶粒尺寸变得更加均匀细小 此外 复合物的空气稳定性显著改善在空气环境中放置 后荧光强度仍保持初始值的.最后将最佳样品/()()与疏水性 进行混合通过调控量子点复合物粉末与封装胶的比例确定了最佳封装比为 该项工作对于()在照明和显示领域的应用具有参考价值参考文献:.():.():.():.():.():.:.():.():.():.():.徐妍曹蒙蒙夏超等.全无机铯铅卤钙钛矿稳定性的研究进展.聊城大学学报(自然科学版)():.:.():.():.():.:.():.():/.():./.():.华 南 师 范 大 学 学 报(自 然 科 学 版)第 卷 /.():/.:.():.():.:.():.():.():.陈长锋郑懿方朝龙.微透镜阵列结构膜提高 量子点薄膜发光效率及其稳定性.中国激光():/.():/.【责任编辑:谭春林 责任校对:谭春林 英文审校:曾姝倩邓乾霞】第 期董其铮等:/淀粉钠复合材料的发光性能和稳定性研究