本發(fā)明涉及一種純紅光鈣鈦礦薄膜，具體涉及一種高光效純紅光準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜及其制備方法和應(yīng)用，屬于鈣鈦礦材料。

背景技術(shù)：

1、數(shù)字和信息化時(shí)代背景下，顯示技術(shù)已經(jīng)廣泛而深入地融入到許多場景，例如智能手機(jī)，平板電腦及大型戶外顯示器等。然而，隨著生活水平提高，人們對高質(zhì)量顯示的需求不斷提高。2023年，工信部與廣電總局等部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)視聽電子產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出：實(shí)施4k/8k超高清入戶行動，加快推進(jìn)4k/8k超高清技術(shù)成熟落地。實(shí)現(xiàn)超高清顯示的關(guān)鍵之一是開發(fā)具有廣色域的顯示用發(fā)光材料。為滿足這一需求，關(guān)鍵之一是不斷提高顯示用發(fā)光材料的色域范圍。其中，開發(fā)設(shè)計(jì)出具有純紅光發(fā)射的材料是關(guān)鍵之一。對此，國際電信聯(lián)盟提出rec.?2020標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定：純紅光的發(fā)光峰位應(yīng)落在630nm，發(fā)光光譜的半峰寬盡可能小。換言之，紅光發(fā)光材料的發(fā)光波長越接近630?nm，同時(shí)其發(fā)光光譜的半峰寬越小，對應(yīng)的色域范圍越廣，顯示越清晰。

2、金屬鹵化物鈣鈦礦具有高的熒光量子效率、窄的半峰寬、連續(xù)可調(diào)諧的帶隙、制備方法簡單等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的新型顯示用發(fā)光材料。為獲得滿足rec.?2020標(biāo)準(zhǔn)的純紅光，一般需要構(gòu)筑帶隙適宜的鈣鈦礦。目前，實(shí)現(xiàn)金屬鹵化物鈣鈦礦純紅光發(fā)射的方法主要有三種。第一種是基于混合鹵素鈣鈦礦，使用溴碘合金化調(diào)控cspbi3鈣鈦礦的帶隙，實(shí)現(xiàn)純紅光發(fā)射。然而，鹵素的混合容易引起離子遷移，造成鈣鈦礦的發(fā)光光譜不穩(wěn)定，限制其進(jìn)一步的應(yīng)用。為有效避免離子遷移問題，另外兩種策略都是基于純碘基鈣鈦礦實(shí)現(xiàn)純紅光發(fā)射。其中，錫基二維鈣鈦礦的發(fā)光峰位容易位于純紅光區(qū)，但其sn2+的不穩(wěn)定性與弱的發(fā)光效率卻阻礙了其進(jìn)一步的應(yīng)用。鉛基準(zhǔn)二維鈣鈦礦是獲得高效、穩(wěn)定的純紅光發(fā)射的不錯(cuò)選擇。準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜常由多n相的混合量子阱構(gòu)成，其可以通過調(diào)控?zé)o機(jī)層厚度獲得具有不同發(fā)光波長的鈣鈦礦。由于能量漏斗效應(yīng)，準(zhǔn)二維鈣鈦礦的載流子極易從小n相傳輸?shù)酱髇相，在小帶隙的大n相鈣鈦礦能帶內(nèi)載流子發(fā)生輻射復(fù)合，其發(fā)光波長落在深紅光或近紅外光區(qū)域。為此，設(shè)計(jì)出高效穩(wěn)定的純紅光準(zhǔn)二維鈣鈦礦具有很大的挑戰(zhàn)。

3、目前報(bào)道的鉛基準(zhǔn)二維紅光鈣鈦礦，pl發(fā)光波長大多數(shù)大于640?nm，滿足rec.2020?要求的純紅光準(zhǔn)二維鈣鈦礦鮮有報(bào)道，難點(diǎn)在于鈣鈦礦薄膜的相分布及能量漏斗效應(yīng)難以控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種高光效純紅光準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜，該薄膜基于各組分之間的協(xié)同作用，通過控制冠醚類溶劑、反溶劑的濃度和添加量，對ppa2cspb2i7基材進(jìn)行定向調(diào)控，再結(jié)合熱處理工藝，實(shí)現(xiàn)調(diào)控薄膜生長結(jié)晶過程，縮小其多量子阱的相分布，從而得到純紅光發(fā)射的鈣鈦礦薄膜。

2、本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種高光效純紅光準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜的制備方法，該方法具有工藝簡單、易于操作和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，且晶體析出工藝與后續(xù)的熱處理工藝均在同一設(shè)備中進(jìn)行，便于實(shí)現(xiàn)大面積厘米級準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜的連續(xù)化生產(chǎn)。

3、本發(fā)明的第三個(gè)目的在于提供一種高光效純紅光準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜的應(yīng)用，用于制備熒光防偽薄膜。本發(fā)明所提供的準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜發(fā)光波長精準(zhǔn)，峰寬較窄等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦薄膜紅光發(fā)射純度高、色域廣的技術(shù)效果；基于上述準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜所制備的熒光防偽薄膜具有發(fā)光亮度高、空氣穩(wěn)定好等優(yōu)點(diǎn)，符合rec.2020要求。

4、為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種高光效純紅光準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜的制備方法，將包括苯丙基碘化胺、碘化銫和碘化鉛在內(nèi)的原料充分分散于溶劑中，然后加入冠醚類溶液，得薄膜前驅(qū)體溶液，再將薄膜前驅(qū)體溶液置于清潔襯底上依次進(jìn)行晶體析出和熱處理，即得；

5、所述苯丙基碘化胺、碘化銫和碘化鉛的化學(xué)計(jì)量比為2:1~2:2；所述冠醚類溶液按溶質(zhì)質(zhì)量計(jì)與苯丙基碘化胺的質(zhì)量摩爾比為1:0.8~1.2?g/mol；

6、所述晶體析出的過程中還可以添加反溶劑；所述反溶劑為氯苯、苯、甲醇和二氯甲烷中的至少一種；

7、所述二維鈣鈦礦薄膜的化學(xué)分子式為ppa2cspb2i7，其中，ppa=c9h14n。

8、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述溶劑為n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、乙腈中至少一種。

9、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述薄膜前驅(qū)體溶液中碘化物的濃度為0.01~0.08mol/l。

10、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述冠醚類溶液的濃度為5~20mg/l。

11、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述冠醚類溶液為18-冠醚-6溶液、15-冠醚-5溶液和二環(huán)已烷并-18-冠醚-6中的至少一種。

12、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述清潔襯底的清洗過程為：依次采用丙酮、異丙醇、清洗劑、去離子水、丙酮和異丙醇對襯底進(jìn)行超聲清洗，然后使用氮?dú)獯蹈梢r底上的表面液相，再于40~80?℃溫度下烘干至完全干燥，即得。

13、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述晶體析出之前還需對前驅(qū)體溶液和清潔襯底進(jìn)行預(yù)熱處理，其條件為：預(yù)熱溫度為60~120℃，時(shí)間為2~10min。

14、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述晶體析出的條件為：溫度為80~120℃，時(shí)間為1~5min。

15、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述熱處理的條件為：溫度為80~120℃，時(shí)間為15~30min。

16、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述反溶劑與前驅(qū)體溶液的體積比為1~3:1~4。

17、本發(fā)明還提供了一種由上述方法制備所得的高光效純紅光準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜的應(yīng)用，用于制備熒光防偽薄膜。

18、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明技術(shù)方案的有益技術(shù)效果為：

19、1）本發(fā)明所提供的準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜基于各組分之間的協(xié)同作用，通過控制冠醚類溶劑、反溶劑的濃度和添加量，對ppa2cspb2i7基材進(jìn)行定向調(diào)控，再結(jié)合熱處理工藝，實(shí)現(xiàn)調(diào)控薄膜生長結(jié)晶過程，縮小其多量子阱的相分布，從而得到純紅光發(fā)射的鈣鈦礦薄膜。

20、2）本發(fā)明所提供的制備方法具有工藝簡單、易于操作和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，且晶體析出工藝與后續(xù)的熱處理工藝均在同一設(shè)備中進(jìn)行，便于實(shí)現(xiàn)大面積厘米級準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜的連續(xù)化生產(chǎn)。

21、3）本發(fā)明所提供的技術(shù)方案中，本發(fā)明所提供的準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜發(fā)光波長精準(zhǔn)，峰寬較窄等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦薄膜紅光發(fā)射純度高、色域廣的技術(shù)效果；基于上述準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜所制備的熒光防偽薄膜具有發(fā)光亮度高、空氣穩(wěn)定好等優(yōu)點(diǎn)，符合rec.2020要求。

技術(shù)特征：

1.一種高光效純紅光準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜的制備方法，其特征在于：將包括苯丙基碘化胺、碘化銫和碘化鉛在內(nèi)的原料充分分散于溶劑中，然后加入冠醚類溶液，得薄膜前驅(qū)體溶液，再將薄膜前驅(qū)體溶液置于清潔襯底上依次進(jìn)行晶體析出和熱處理，即得；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高光效純紅光準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜的制備方法，其特征在于：所述溶劑為n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、乙腈中至少一種；所述薄膜前驅(qū)體溶液中碘化物的濃度為0.01~0.08mol/l。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高光效純紅光準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜的制備方法，其特征在于：所述冠醚類溶液的濃度為5~20mg/l；所述冠醚類溶液為18-冠醚-6溶液、15-冠醚-5溶液和二環(huán)已烷并-18-冠醚-6中的至少一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高光效純紅光準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜的制備方法，其特征在于：所述清潔襯底的清洗過程為：依次采用丙酮、異丙醇、清洗劑、去離子水、丙酮和異丙醇對襯底進(jìn)行超聲清洗，然后使用氮?dú)獯蹈梢r底上的表面液相，再于40~80?℃溫度下烘干至完全干燥，即得。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高光效純紅光準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜的制備方法，其特征在于：所述晶體析出之前還需對前驅(qū)體溶液和清潔襯底進(jìn)行預(yù)熱處理，其條件為：預(yù)熱溫度為60~120℃，時(shí)間為2~10min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高光效純紅光準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜的制備方法，其特征在于：所述晶體析出的條件為：溫度為80~120℃，時(shí)間為1~5min；所述熱處理的條件為：溫度為80~120℃，時(shí)間為15~30min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高光效純紅光準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜的制備方法，其特征在于：所述反溶劑與前驅(qū)體溶液的體積比為1~3:1~4。

8.權(quán)利要求1~7任意一項(xiàng)所述制備方法得到的鈣鈦礦薄膜的應(yīng)用，其特征在于：用于制備熒光防偽薄膜。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高光效純紅光準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜及其制備方法和應(yīng)用。該薄膜的制備過程為：將包括苯丙基碘化胺、碘化銫和碘化鉛在內(nèi)的原料充分分散于溶劑中，然后加入冠醚類溶液，得薄膜前驅(qū)體溶液，再將薄膜前驅(qū)體溶液置于清潔襯底上依次進(jìn)行晶體析出和熱處理，即得。本發(fā)明所提供的準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜基于各組分之間的協(xié)同作用，通過控制冠醚類溶劑、反溶劑的濃度和添加量，對PPA<subgt;2</subgt;CsPb<subgt;2</subgt;I<subgt;7</subgt;基材進(jìn)行定向調(diào)控，再結(jié)合熱處理工藝，實(shí)現(xiàn)調(diào)控薄膜生長結(jié)晶過程，縮小其多量子阱的相分布，從而得到純紅光發(fā)射的鈣鈦礦薄膜。利用上述準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜所制備的熒光防偽薄膜具有發(fā)光亮度高和空氣穩(wěn)定好等優(yōu)點(diǎn)，且滿足Rec.2020色域要求。

技術(shù)研發(fā)人員：王笑,明志強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/4