一种碱金属掺杂钙钛矿单晶材料及其制备方法和应用

本申请涉及一种碱金属掺杂钙钛矿单晶材料及其制备方法和应用，属于显示领域。

背景技术：

1、近年来，低维钙钛矿材料由于其大斯托克斯位移、宽光谱发射的特点，受到研究人员广泛关注。具有宽光谱发射的钙钛矿材料在未来x射线成像、白光固态照明与荧光聚集器等方面均有重要应用。多种具有宽光谱发射的二维层状有机-无机杂化钙钛矿已被报道，但其稳定性较差；最近，具有宽光谱发射的全无机钙钛矿也已被报道，但一般为小尺寸单晶或者多晶粉末，并且制备方法复杂，原料昂贵；全无机铯铅溴cspbbr3钙钛矿稳定性良好，但发光波段在520nm附近，无法实现宽光谱发射。从实际需求来看，亟需发展新型具有宽光谱发射的全无机钙钛矿大尺寸单晶材料，并发展相应的简单、低成本的制备方法。

技术实现思路

1、本发明提出了一种制备碱金属掺杂钙钛矿cspb2br5单晶的方法，关键在于在钙钛矿水相前驱体中引入高浓度的碱金属卤化盐，通过降温法析出碱金属掺杂钙钛矿单晶。传统的铯铅溴钙钛矿发光波段在520nm附近，无法实现宽光谱发射，本方案可以制备具有宽光谱发射的厘米级钙钛矿cspb2br5单晶。测试结果表明，碱金属掺杂钙钛矿cspb2br5单晶荧光光谱覆盖可见光与近红外光波段(500–1000nm)。本发明采用如下技术方案

2、一种碱金属掺杂钙钛矿单晶材料，所述碱金属掺杂钙钛矿单晶材料的化学式为aac1-ab2x5；

3、其中，所述a选自nh2chnh2+、ch3nh3+、cs+中的至少一种；b选自pb2+、cd2+、mn2+、zn2+、sn2+、ge2+中的至少一种；c选自li+，na+，k+，rb+中的至少一种；x选自羧酸根、卤素阴离子中的至少一种；

4、所述a为0.01～0.3。

5、可选的，所述碱金属掺杂钙钛矿单晶材料的尺寸为0.1～10cm。

6、可选的，所述金属掺杂钙钛矿单晶材料在150–450nm的光照射下，发射光谱覆盖500–1000nm。。

7、本申请还提出了上述的碱金属掺杂钙钛矿单晶材料的制备方法，包括如下步骤：

8、步骤1)将包含ax、bx2、cx的原料溶解加入溶剂中，在50～90℃的温度下溶解，得到前驱体溶液；

9、所述前驱体溶液中cx的浓度为：3m～12m；所述ax的浓度为0.001m～0.1m；所述bx2的浓度为0.001m～0.1m；

10、步骤2)将步骤1)得到的前驱体溶液以10～0.1℃/h的降温速率降至室温，晶体析出形成所述碱金属掺杂钙钛矿单晶材料。

11、可选的，所述步骤1)中将得到的前驱体溶液进行过滤处理；

12、可选的，所述过滤处理为采用0.22μm～0.45μm滤头过滤前驱体溶液。

13、可选的，所述过滤处理为采用0.22μm滤头过滤前驱体溶液。

14、可选的，所述步骤2)中，将前驱体溶液在70℃～95℃下稳定4～24h。

15、可选的，所述步骤2)中，将前驱体溶液在95℃下稳定12h。

16、可选的，所述溶剂为水。

17、可选的，所述降温速率为10～0.1℃/h。

18、可选的，所述降温速率为2℃/h。

19、可选的，所述ax和bx2的摩尔比为1：0.1～1：10，ax和cx的摩尔比为1：50～1：200。

20、本申请还提出了上述碱金属掺杂钙钛矿单晶材料在显示器中应用。

21、本申请能产生的有益效果包括：

22、本申请的方法在钙钛矿水相前驱体中引入高浓度的碱金属卤化盐，通过降温法析出碱金属掺杂钙钛矿单晶，容易获得尺寸为厘米级的晶体。本发明制备的碱金属掺杂cspb2br5钙钛矿单晶具有宽光谱发射的特性，测试结果表明，碱金属掺杂cspb2br5钙钛矿单晶的荧光光谱覆盖可见光与近红外光波段。

技术特征：

1.一种碱金属掺杂钙钛矿单晶材料，其特征在于，所述碱金属掺杂钙钛矿单晶材料的化学式为aac1-ab2x5；

2.根据权利要求1中所述的碱金属掺杂钙钛矿单晶材料，其特征在于，所述碱金属掺杂钙钛矿单晶材料的尺寸为0.1～10cm。

3.根据权利要求1中所述的碱金属掺杂钙钛矿单晶材料，其特征在于，所述金属掺杂钙钛矿单晶材料在150–450nm的光照射下，发射光谱覆盖500–1000nm。

4.权利要求1～3中任一种所述的碱金属掺杂钙钛矿单晶材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中将得到的前驱体溶液进行过滤处理；

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中，将前驱体溶液在70℃～95℃下稳定4～24h。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述溶剂为水。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述降温速率为10～0.1℃/h。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述ax和bx2的摩尔比为1：0.1～1：10，ax和cx的摩尔比为1：50～1：200。

10.根据权利要求1～3中任一种碱金属掺杂钙钛矿单晶材料、根据权利要求6～9中任一种制备方法得到的碱金属掺杂钙钛矿单晶材料在显示器中的应用。

技术总结
本申请公开了一种碱金属掺杂钙钛矿单晶材料及其制备方法和应用，将钙钛矿水相前驱体中引入高浓度的碱金属卤化盐，通过降温法析出碱金属掺杂钙钛矿单晶。传统的铯铅溴钙钛矿发光波段在520nm附近，无法实现宽光谱发射，本方案可以制备具有宽光谱发射的厘米级钙钛矿CsPb<subgt;2</subgt;Br<subgt;5</subgt;单晶。测试结果表明，碱金属掺杂钙钛矿CsPb<subgt;2</subgt;Br<subgt;5</subgt;单晶荧光光谱覆盖可见光与近红外光波段(500–1000nm)。

技术研发人员：程尚君,钟海政
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15