高稳定性、高量子产率CsPbBr3@CsPb2Br5纳米晶体的可控合成及性能

近年来,全无机铅卤钙钛矿材料(CsPbX_3)因其优异的光学性能和相对于有机-无机杂化钙钛矿更好的稳定性等优势,从各类钙钛矿中脱颖而出,成为当前最具潜力的光电材料之一.本研究从提高全无机铅卤钙钛矿的稳定性出发,从材料的合成入手,采用创新方法:伪包晶法,利用溶液中的包晶反应实现对CsPbBr_3钙钛矿的同元素表面修饰;通过合理控制反应物的配比,制备出表面均匀分布CsPb_2Br_5相的CsPbBr_3@CsPb_2Br_5复合型钙钛矿.复合材料中同元素CsPb_2Br_5相的存在降低了CsPbBr_3的表面缺陷浓度,并对CsPbBr_3相起到一定的保护作用,提高了CsPbBr_3钙钛矿的发光和稳定性能.     

基于PA_2(CsPbBr_3)_(n-1)PbBr_4二维层状钙钛矿的电致发光二极管

进一步提高全无机卤铅钙钛矿材料CsPbBr_3的发光效率,对制备高效率、高稳定性的电致发光二极管(PeLED)具有重要意义.制备纳米级的钙钛矿量子点,一方面有助于提高激子的束缚能和钙钛矿晶体的荧光效率,另一方面也有利于形成连续、致密的二维层状钙钛矿薄膜.本文采用"原位生长"的策略,将一种具有长链结构的丙基溴化胺(CH_3CH_2CH_2NH_3Br,PABr)作为添加剂,与CsPbBr_3的前驱体溶液进行共混,得到PA_2(CsPbBr_3)_(n-1)PbBr_4钙钛矿量子点.形成的二维层状钙钛矿薄膜均匀致密,在光致发光条件下,呈现出明亮的蓝绿光发射(发光峰位于506 nm).在电致发光方面,基于PA_2(CsPbBr_3)_(n-1)PbBr_4的PeLED启亮电压为~4.2 V,最大亮度为~2370 cd/m~2,最高电流效率为~1.06 cd/A,最高EQE为~0.57%.相较于传统方法,本工作在制作工艺、成膜质量以及PeLED的发光效率有了显著的提升,为将来进一步探索低成本、高效率的蓝光PeLEDs提供了一种可行的思路.     

基于金纳米粒子修饰空穴注入层的高效率钙钛矿发光二极管

有机-无机杂化钙钛矿电致发光器件(Pe LEDs)在平板照明和显示等方面有着重要应用前景,并且具有成本低和制备过程简单等优点,近年来吸引了越来越多科学家的关注和研究.如何通过优化器件结构,进一步提高Pe LEDs的电致发光效率及发光的稳定性是当前的研究热点.在优化光电器件性能上,金纳米粒子(Au NPs)以其特殊的小尺寸效应提供了诸多材料没有的特殊优势.本文以Frens法制备了粒径为~20 nm的水溶性Au NPs,然后以一定体积比加入到空穴注入层Poly(3,4-Ethylene Dioxythiophene):Poly(Styrene Sulfonate)(PEDOT:PSS)中,制备成AuNPs修饰的Pe LEDs.实验结果发现,加入Au NPs后,CH_3NH_3PbBr_3钙钛矿薄膜的光致发光性能和电致发光性能都得到了显著的提高,分别为原先的~2.41倍和~1.48倍.其中,Au NPs修饰的PeLEDs的启亮电压为~3.0 V,最大亮度为~16050 cd/m~2,最高电流效率为~7.02 cd/A.机理研究表明,AuNPs的表面等离子体局域共振吸收谱与发光层CH3NH3Pb Br3的荧光发射谱重叠得很好,因此Au NPs能加快PEDOT:PSS/CH_3NH_3PbBr_3界面处激子的发光辐射退激速率,从而减少了该界面处的激子被附近的剩余载流子(空穴)淬灭的数量,使界面处更多的激子被用来发光,从而提高了激子的利用率.本文提出了一种通过Au NPs界面修饰来提高Pe LEDs发光效率的有效途径,这对于Au NPs表面等离子体共振的基础研究以及改善Pe LEDs的发光效率都具有非常重要的意义.     

Si3N4/BN纳米复合粉体的制备

采用化学溶液法, 溶解分散H3BO3, CO(NH2)2及α-Si3N4微粉制成悬浮液, 干燥后以氢还原氮化法制备出纳米氮化硼包覆微米氮化硅的Si3N4/BN纳米复合粉体. 利用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对复合粉体的形成过程及形貌结构研究发现: 当反应温度为1100℃时, 包覆层中除在临近α-Si3N4颗粒表面有少量涡流状氮化硼(t-BN)生成外, 其主要组成部分为非晶态BN. 以上复合粉体经1450℃氮气氛下处理后, 非晶态氮化硼与涡流状氮化硼转化为h-BN. 所制复合粉体经1800℃热压烧结获得加工性能良好的复相陶瓷.     

垂直石墨烯负载镍铁纳米颗粒的制备及其析氧性能

传统化石燃料的快速消耗给环境造成了严重的危害,氢气(H₂)等清洁能源受到广泛关注.电催化水裂解制氢是最有希望的制氢技术之一,但是因其阳极析氧反应(OER)具有缓慢的动力学,而且常用的RuO₂和IrO₂等催化剂价格昂贵,储量有限,所以开发价格低廉而且具有优异催化活性和稳定性的OER催化剂显得十分重要.过渡金属Ni储量丰富,抗腐蚀性能优异,人们已经将它和Fe结合,制备出可高效催化OER的镍-铁(Ni-Fe)氧化物、氢氧化物、硫化物、磷化物以及Ni-Fe合金.本文首先利用等离子体辅助化学气相沉积技术(PECVD)制备出垂直石墨烯纳米片(VG),然后以该纳米片为基底,在其表面利用电沉积法制备Ni-Fe合金纳米颗粒.通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、Raman、能量色散光谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析其形貌特征和成分,并利用电化学工作站表征其作为OER催化剂的电催化性能.结果表明,所制备的纳米催化剂具有优异的性能,在1 mol L^–1的KOH溶液中,电流密度为10 mA...     

采用磁控溅射法复制Papilio maackii Ménétriés蝶的鳞片结构色

通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)试验观察,发现Papilio maackii Ménétriés蝴蝶鳞片具有多层薄膜堆结构.通过磁控溅射法(MS),在以单晶硅片为基底材料上,采用ITO(90%In2O3+10%SnO2)与Polymethyl Methacrylate(PMMA)两种材料复制了仿蝴蝶鳞片多层周期结构,并采用分光计对样品进行光学性能检测,试验结果显示:MS法复制的鳞片与实际蝴蝶翅膀具有相同的结构色效果,故本文所提出的MS法可以用来探索制备仿生生物结构色样品,为其他光学装置的制备研究提供借鉴.     

热蒸发法制备以有机小分子-无机钙钛矿复合薄膜为发光层的白光PeLED

近年来,金属卤化物钙钛矿发光器件（PeLED）的研究取得了很多突破,其电致发光（electroluminescence, EL）性能得到了很大提高,但关于白光PeLED的报道较少.本文报道了用真空热蒸发法制备结构为ITO/MoO₃/TAPC/TCTA/CsPbBr₃/mCP/TmPyPB/LiF/Al的白光PeLED器件,其中CsPbBr₃/mCP作为发光层.扫描电子显微镜和X射线衍射测试结果证明,热蒸发法可制得微米级尺寸的钙钛矿晶粒,并且钙钛矿薄膜晶粒的择优生长取向为（100）晶面.研究发现,有机小分子材料mCP对钙钛矿薄膜有钝化作用,可用于改善发光层的成膜性,减小陷阱密度;并且陷阱密度随着mCP膜厚增加而减少.此外, mCP膜厚对白光中不同光色的比例和载流子复合区域的移动也有影响.当CsPbBr₃膜厚为20 nm、mCP膜厚为10～30 nm时可得到白光PeLED.其中,当mCP膜厚为20 nm时,由于蓝、绿、红光比例最均衡,所获得的白光质量最好,其器件的显色指数最高达到89,最优色坐标则为（0...     

银纳米片的室温合成及其生长机理

以硝酸银、氨水和聚乙烯吡咯啉酮(PVP)为原料, 在室温条件下采用溶液法合成了银纳米片, 根据扫描电子显微镜和高倍透射电子显微镜对样品进行分析的结果, 提出银纳米片中大量层错是形成纳米片的关键.     

γ射线辐照-溶胶凝胶法制备非晶SiO_2-Ag纳米复合材料

纳米复合材料的特殊性能和用途越来越受到人们的重视.Datta及Roy等曾报道用溶胶-凝胶法制备纳米复合材料,但制备需要经过高温热处理或高温氢气还原.最近,我们将γ射线辐照与溶胶-凝胶法结合起来,在常温常压下成功地制备出非晶SiO_2-Ag纳米复合材料.其制备方法:用分     

基于闪蒸法制备平面钙钛矿光伏器件

自2009年第一块基于钙钛矿材料的太阳能电池被制备出来,经过近10年的发展,目前钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经从最初的3.8%提升到超过22%,这使得越来越多的人关注到钙钛矿太阳能电池,它被认为是在未来可能取代硅基太阳能电池的新一代太阳能电池.影响钙钛矿光伏器件性能的关键因素是钙钛矿活性层的制备.在本工作中,使用实验室自制的真空闪蒸设备制备钙钛矿光伏器件,并对前驱液制备、抽气压强等参数进行研究,优化最佳真空闪蒸钙钛矿CH_3NH_3PbI_3层条件,优化后器件最高转换效率达到18.09%.同时尝试在前驱液中掺入CH_3NH_3Cl并制备柔性器件,通过改变掺杂比例进行优化后刚性器件和柔性器件的最高转换效率分别达到了18.69%和15.10%.本工作可以对钙钛矿膜层的制备起到指导作用,进而得到光电性能更好的钙钛矿光伏器件.     

可溶液加工纳米光电材料与器件

光电器件的柔性化、结构微型化是光电技术发展的重要趋势.溶液法加工特别是印刷技术和纳米光电材料的结合,有利于克服传统光电器件制备工艺复杂、成本高昂的局限性,在未来柔性化、图案化以及大面积光电器件领域具有广阔的应用前景.本文主要聚焦于可溶液加工纳米光电材料与器件,介绍了我们课题组近年来在该领域的科研进展,包括喷墨打印量子点技术与应用,溶液加工量子点界面发光机制,以及发光、探测、突触器件结构设计与性能优化,希望为该领域学术研究和产业应用提供参考.     

Si3N4/BN纳米复合粉体的制备

采用化学溶液法, 溶解分散H₃BO₃, CO(NH₂)₂及α-Si₃N₄微粉制成悬浮液, 干燥后以氢还原氮化法制备出纳米氮化硼包覆微米氮化硅的Si₃N₄/BN纳米复合粉体. 利用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对复合粉体的形成过程及形貌结构研究发现: 当反应温度为1100℃时, 包覆层中除在临近α-Si₃N₄颗粒表面有少量涡流状氮化硼(t-BN)生成外, 其主要组成部分为非晶态BN. 以上复合粉体经1450℃氮气氛下处理后, 非晶态氮化硼与涡流状氮化硼转化为h-BN. 所制复合粉体经1800℃热压烧结获得加工性能良好的复相陶瓷.     

钙钛矿发光二极管外量子效率提升策略

金属卤化物钙钛矿(metal halide perovskite, MHP)因其优异的光电性能以及可溶液加工,有潜力成为下一代显示和照明设备的核心发光材料.早在20世纪90年代,就有研究人员试图将层状MHP作为发光材料,制备钙钛矿发光二极管(perovskite light-emitting diode, PeLED).但受制于不成熟的成膜方法和器件结构,器件最终只在110 K的低温下实现了正常点亮. 2014年, Snaith等人首次实现了室温下正常点亮的PeLED器件.自此,越来越多的研究者关注并投入到PeLED器件的研究中.经过近5年的发展,器件外量子效率(external quantum efficiency, EQE)已得到显著提升,近红外光器件从最初的0.8%提升到20.7%,绿光器件从最初的0.1%提升到20.3%,而天蓝光器件和蓝光器件目前最高的EQE分别是12.1%和9.5%.本文从原理出发分析了限制器件外量子效率的因素.钙钛矿发光层的发光量子产率是决定器件EQE的关键因素,而电荷平衡因子和光耦合因子是进一步提升器件EQE的重要因素.由此,本文从提升钙钛矿发光层发光量子产率与调整器件结构提升电荷平衡因子和光耦合因子两方面,总结了目前文献中提升器件外量子效率的策略,指出了PeLED领域目前亟待解决的核心问题和未来发展的方向.     

Ru(0001)表面石墨烯的外延生长及其担载纳米金属催化剂的研究

采用室温下吸附乙烯结合高温退火的方法在Ru(0001)表面上制备了单层石墨烯结构. 利用扫描隧道显微镜(STM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外光电子能谱(UPS)研究了石墨烯的生长过程以及石墨烯的表面形貌和结构. 以单层石墨烯为模板, 制备了尺寸和空间分布比较均一的Pt纳米团簇.     

聚合物蓝光发光二极管

由化合物半导体制备的发光二极管(Light-emitting diodes,LEDs)和激光管(Laserdiodes,LDs)目前已达到了相当成熟的水平,但在生产工艺和器件特性方面仍存在某些问题,蓝光波段发光就是无机半导体LEDs的空白.虽然作为1992年光电子领域的重大发现,利用Ⅱ—IV族化合物半导体材料已实现了蓝光发射,但目前的器件一般在低温下操作,且寿命较短,距实用化还有相当距离.与此同时,有机材料LEDs在实现多色及大面积显示方面     

高效蓝紫光器件的实现:苯撑与硅芴共聚物同聚硅芴共混

以苯撑与硅芴共聚物(PSiF6-PPP)同聚硅芴(PSiFC6C6)的共混物做发光层, 制备了高效的蓝紫光聚合物发光二极管, 研究了共混比例对器件性能的影响. 发现当PSiF6-PPP与PSiFC6C6的质量比为1︰3时器件性能最优, 在发光亮度为105 cd/m²时, 器件的外量子效率可以达到1.96%, 电致发光光谱的峰值位于397 nm, 半高宽为67 nm. 分析表明, PSiFC6C6向PSiF6-PPP的能量转移以及共混后电子和空穴注入的均衡, 是使器件性能明显提升的主要原因.     

无机法制备Si-B-C-N系非晶/纳米晶新型陶瓷及复合材料研究进展

可以在高温氧化、剧烈热震、燃气流烧蚀等苛刻条件下服役的新型高温结构和多功能防热材料是现代航空航天技术发展的迫切需求之一.Si-B-C-N系非晶及纳米晶复相陶瓷组织结构独特,高温性能优异,在高温结构和多功能防热领域极具应用潜力.有机聚合物先驱体裂解法(有机法)在致密Si-B-C-N系块体陶瓷的制备方面受限,哈尔滨工业大学特种陶瓷研究所开创的机械合金化-热压法(无机法)工艺简单,制备材料组织结构均匀、性能优良,成为Si-B-C-N系致密块体陶瓷和耐高温构件的有效制备手段,弥补了有机法的不足,对于丰富和完善该材料的实验数据和理论研究具有重要意义.本文综述了无机法制备Si-B-C-N系陶瓷及复合材料在显微组织结构特征及演变规律、力学和热物理学性能、抗氧化性能、抗热震性能、耐烧蚀性能和相关机理分析等方面的新近成果,并展望了其发展趋势.     

受限条件下玻璃基质中LaF_3微晶生长机理的光谱学探究

利用高温熔融法制备了Eu3+掺杂的45SiO2-25Al2O3-18Na2O-9.5LaF3玻璃,并将基础玻璃在可控条件下进行晶化热处理后获得了性能良好的玻璃陶瓷.通过XRD,TEM和光谱学手段对玻璃陶瓷进行了表征,结果表明晶化热处理后,LaF3纳米晶体从原有单一的玻璃相中析出,晶粒大小约为25 nm.Eu3+掺杂玻璃陶瓷、纳米晶体和玻璃3种基质的光谱分析及XRD结果证明稀土离子进入到LaF3纳米晶体中并计算出在其中富集的比例.进一步利用源自于Eu3+离子的发射谱和激发谱研究了退火温度和前驱物中重金属离子对玻璃网络结构中LaF3纳米晶体生长影响的机理,为玻璃陶瓷的人工设计合成提供了理论支持.     

用离子注入方法在SiO_2中制备纳米α-Fe微晶及其性能研究

纳米微晶材料的制备和它的性能研究,是近几年来迅速发展起来的一门新学科。现有气凝、光化学和非晶晶化等多种制备纳米微晶方法.文献[1]首次报道了用~(57)Fe离子注入Cu中获得了纳米α-Fe微晶。该方法的原理是用强制的方法(离子注入),使两种不固溶的元素镶嵌在一起,然后经高温退火,使其中的注入元素偏析出来.由于注入离子的深度只有几十纳米,所以偏析的微晶颗粒大小也只能在此范围之内.本文报道了Fe离子注入SiO_2,的结果,     

ZnO微米片修饰TiO_2纳米晶复合薄膜的染料敏化太阳电池

通过阴极电沉积工艺,成功地将随机辐射取向分布的ZnO微米片作为散射层自组装在TiO2纳米晶(TN)薄膜表面上.用分光光度计研究了400～800nm光谱范围内ZnO微米片的光散射性能.结果表明,在ZnO微米片-TiO2纳米晶(ZT)复合薄膜中,ZnO微米片层对入射光具有非常出色的光散射能力.同时用ZT复合薄膜制备的染料敏化电池相对于单独用TN薄膜制备的电池具有更高的短路电流密度和光电转换效率.