一种钙钛矿量子点材料及其制备方法和应用

本发明属于半导体材料制备，具体涉及一种钙钛矿量子点材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、固态照明由于其低能耗、高效率和长寿命等特点，已经取代传统的白炽灯和荧光灯，广泛应用到日常生活中，目前固态照明所用的主流的钙钛矿量子点材料面临量子产率低、制备成本高和合成条件苛刻等挑战，急需发展新型的钙钛矿量子点材料材料，以满足现代固态照明的需求。

2、金属卤化物钙钛矿量子点材料凭借高发光效率、光学带隙易调节以及制备成本低等优势，成为下一代照明技术的有力竞争者，具有非常高的开发价值。但是目前钙钛矿量子点合成方法大多采用溶液工艺，工业化生产时会面临有机溶剂的废液处理等问题(sciencebulletin 2017,62(5),369.)，限制了其在产业化中的应用与推广。

3、为此，研究人员开发了钙钛矿量子点的固相直接合成技术，避开了有机溶剂的废液处理问题，例如球磨法(acs appliednano materials 2018,1(3),1300)或固相烧结法(journal of materials chemistry c,2021,9(36):12303-12313)。但是，目前的固相法存在合成速率低(通常需要几个小时)等问题，无法满足产业化应用需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种钙钛矿量子点材料及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法高效，合成速率可达1kg/min。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种钙钛矿量子点材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将有机铯盐、有机铅盐、有机配体和聚合物微粉第一混合，得到钙钛矿前驱体；所述第一混合的速率为10000～20000rpm；

5、(2)将有机卤化盐与所述钙钛矿前驱体第二混合进行离子化合反应，得到钙钛矿量子点材料；所述第二混合的速率为10000～20000rpm。

6、优选的，步骤(1)中，所述第一混合的温度为室温，气氛为空气气氛，反应时间为1～2min。

7、优选的，步骤(2)中，所述离子化合反应的温度为室温，气氛为空气气氛，反应时间为1～5min。

8、优选的，步骤(1)中，所述有机铯盐包括硬脂酸铯和醋酸铯中的一种或几种；所述有机铯盐的质量与有机铯盐、有机铅盐、有机配体、聚合物微粉和有机卤化盐的总质量之比为0.004～0.020:1。

9、优选的，步骤(1)中，所述有机铅盐包括硬脂酸铅和醋酸铅中的一种或几种；所述有机铅盐的质量与有机铯盐、有机铅盐、有机配体、聚合物微粉和有机卤化盐的总质量之比为0.01～0.06:1。

10、优选的，步骤(1)中，所述有机配体包括有机胺和有机酸中的一种或几种；所述有机配体与有机铅盐的摩尔比为0.1～2.0:1。

11、优选的，步骤(1)中，所述聚合物微粉包括聚烯烃及其衍生物、聚酯、聚醛、聚酰胺、聚醇和聚腈中的一种或几种；所述聚合物微粉的质量与有机铯盐、有机铅盐、有机配体、聚合物微粉和有机卤化盐的总质量之比为0.9～1.0:1。

12、优选的，步骤(2)中，所述有机卤化盐包括三溴吡啶鎓、二溴三苯基膦、油胺氯、油胺碘、十八胺氯和十八胺碘中的一种或几种；所述有机卤化盐与聚合物微粉的质量比为0.01～0.05:1。

13、本发明还提供了上述方案所述制备方法得到的钙钛矿量子点材料，化学式为cspbx3，其中x为卤素元素；所述钙钛矿量子点材料的发光效率为50％～90％，粒径分布为5～15nm。

14、本发明还提供了上述方案所述钙钛矿量子点材料在照明和显示领域的应用。

15、本发明提供了一种高效的钙钛矿量子点材料的制备方法。本发明以表面环境丰富的微粉聚合物作为分散载体，保证量子点的均匀分散，避免团簇造成荧光猝灭；本发明将钙钛矿前驱体加入到微粉聚合物中，通过高速破碎作用力作为反应驱动力，诱导钙钛矿前驱体在微粉聚合物表面均匀快速形核、生长，制备得到发光效率高、形貌均一的钙钛矿量子点材料。

16、本发明提供的制备方法可实现100％的原料利用率，无化学废料，合成速率可达1kg/min，且量子产率可达90％。

17、本发明提供了一种高效率、全固态、高产率、低成本、绿色环保、可规模化和产业化的无溶剂制备方法，实现了钙钛矿量子点材料的高效批量化制备；并且，本发明通过调节卤素盐和聚合物的种类，可以实现多色材料的普适性合成，比如红、绿、蓝多波段的钙钛矿量子点材料，具有很大的开发价值和商业前景。

18、本发明还提供了上述方案所述制备方法得到的钙钛矿量子点材料。相比于现有固相法制备的钙钛矿量子点材料，本发明提供的钙钛矿量子点材料具有高稳定性、相貌均一和高效发光等优点。

19、本发明还提供了上述方案所述钙钛矿量子点材料在照明和显示领域的应用。本发明提供的钙钛矿量子点材料，为照明和显示等领域提供了高质量的发光材料，对新一代照明和新型显示领域的发展具有积极的促进作用。

技术特征：

1.一种钙钛矿量子点材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述第一混合的温度为室温，气氛为空气气氛，反应时间为1～2min。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述离子化合反应的温度为室温，气氛为空气气氛，反应时间为1～5min。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述有机铯盐包括硬脂酸铯和醋酸铯中的一种或几种；所述有机铯盐的质量与有机铯盐、有机铅盐、有机配体、聚合物微粉和有机卤化盐的总质量之比为0.004～0.020:1。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述有机铅盐包括硬脂酸铅和醋酸铅中的一种或几种；所述有机铅盐的质量与有机铯盐、有机铅盐、有机配体、聚合物微粉和有机卤化盐的总质量之比为0.01～0.06:1。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述有机配体包括有机胺和有机酸中的一种或几种；所述有机配体与有机铅盐的摩尔比为0.1～2.0:1。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚合物微粉包括聚烯烃及其衍生物、聚酯、聚醛、聚酰胺、聚醇和聚腈中的一种或几种；所述聚合物微粉的质量与有机铯盐、有机铅盐、有机配体、聚合物微粉和有机卤化盐的总质量之比为0.9～1.0:1。

8.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述有机卤化盐包括三溴吡啶鎓、二溴三苯基膦、油胺氯、油胺碘、十八胺氯和十八胺碘中的一种或几种；所述有机卤化盐与聚合物微粉的质量比为0.01～0.05:1。

9.权利要求1～8任一项所述制备方法得到的钙钛矿量子点材料，化学式为cspbx3，其中x为卤素元素；所述钙钛矿量子点材料的发光效率为50％～90％，粒径分布为5～15nm。

10.权利要求9所述钙钛矿量子点材料在照明和显示领域的应用。

技术总结
本发明属于半导体材料制备技术领域，具体涉及一种钙钛矿量子点材料及其制备方法和应用。本发明以表面环境丰富的微粉聚合物作为分散载体，保证量子点的均匀分散，避免团簇造成荧光猝灭；本发明将钙钛矿前驱体加入到微粉聚合物中，通过高速破碎作用力作为反应驱动力，诱导钙钛矿前驱体在微粉聚合物表面均匀快速形核、生长，制备得到发光效率高、形貌均一的钙钛矿量子点材料。本发明提供的制备方法可实现100％的原料利用率，无化学废料，合成速率可达1kg/min，且量子产率可达90％。本发明提供了一种高效率、全固态、高产率、低成本、绿色环保、可规模化和产业化的无溶剂制备方法，实现了钙钛矿量子点材料的高效批量化制备。

技术研发人员：宋继中,范文轩,许蕾梦,王沙龙
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21