论文总字数：20184字

摘 要

玻璃具有优异的化学稳定性、热稳定性、光学透明性，常用作发光材料基质。无机钙钛矿量子点作为一种性能优秀的纳米材料，钙钛矿量子点的量子产率很高，而且其单分散性也很高，制备成本很低。不过钙钛矿量子点有着较差的热稳定性，并且对温度、湿度的敏感性高。因此，本论文用玻璃作为基质，使无机钙钛矿量子点分散其中，减少环境对量子点发光性能的影响，获得高效发光的无机钙钛矿量子点掺杂玻璃。

本论文在36GeO₂-5SiO₂-33H₃BO₃-5ZnO-3CaCO₃-2Na₂CO₃-7.5NaBr-4.5Cs₂O₃

-3.5PbBr₂的组成中加入0.85mol%的Er₂O₃，玻璃样品通过460℃~540℃保温10h热处理，得到了Er³ 掺杂CsPbBr₃量子点玻璃。CsPbBr₃量子点玻璃在经过热处理后，发光峰从515nm红移至521nm，Er³ 掺杂CsPbBr₃量子点玻璃发光峰从497nm红移至515nm，其热处理条件为460℃~540℃/10h。随着热处理温度的升高量子点的尺寸增大，有效带隙能变窄，从而使得发光峰对应的波长增加。Er³ 会影响样品的荧光强度，使得量子点对应的波长减小且在540℃的处理温度下出现了双峰。热处理温度的升高会使缺陷浓度增加，缺陷会导致量子效率下降，因而随着处理温度的升高量子效率逐渐减小，其中在480℃/10h的不含Er³ 钙钛矿量子点玻璃具有较高的荧光量子效率。

关键词：CsPbBr₃量子点；量子点掺杂玻璃；荧光光谱；Er³ 掺杂

Abstract

Glass is a good substrate material for photonic application due to its excellent chemical stability, thermal stability and optical transparency. Iorganic perovskite quantum dot have many good optical properties, such as high photoluminence quantum yeilds, high monodispersity of prepartion, and low cost. But, its thermal stability is poor and, sensitive to temperature, humidity. In this paper, glass was used as matrix material for the perovskite quantum dots to reduce the influece from enviroment and thus improve their chemical and thermal stability. The inorganic perovskite quantum dots doped glass with high PL effciency were prepared.

In this paper, 0.85mol% Er₂O₃ was added into the glass with the compositions of 36GeO₂-5SiO₂-33H₃BO₃-5ZnO-3CaCO₃-2Na₂CO₃-7.5NaBr-4.5Cs₂O₃-3.5PbBr₂. The glass samples were heat-treated for at 460℃~540℃ for 10 h, to prepare the Er³ doped CsPbBr₃ quantum dot glass. As the heating temperature from 460 ℃ to 540 ℃. PL peak wavelegths from CsPbBr₃ quantum dot glass was redshifted from 515 nm to 521 nm, and the PL peaks of Er³ doped CsPbBr₃ quantum dots glass redshifted from 497 nm to 515 nm. These red-shifts are attributed to the increasing in the sizes of quantum dots,and thus increasing in the effective bandgap energy. Er³ ion doping lead to the decrease of the PL peak wavelengths and the occurring of double peaks at the treatment temperature of 540℃. The higher heating temperature would increase the concentration of defects, and the decrease the quantum efficiency. Therefore, the quantum efficiency will gradually decrease with the increase of heating temperature. The perovskite quantum dot glass without Er³ at 480℃ has highest PLQY at ~ 46%.

Key Words: CsPbBr₃ quantum dots; glass; Photoluminlensence; Er³ doped

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

目录 Ⅲ

第1章 绪论 1

1.1 量子点的定义及特性 1

1.2 无机钙钛矿量子点特性 2

1.3 钙钛矿量子点的制备途径 3

1.3.1 热注入法 3

1.3.2 配体辅助再沉法 4

1.3.3 离子注入法 5

1.3.4 熔融法 6

1.4 高效无机钙钛矿量子点研究现状及存在问题 6

1.5研究主要内容及意义 7

第2章 CsPbBr₃量子点玻璃的制备方法及拟采用的测试手段 9

2.1 CsPbBr₃量子点的制备方法 9

2.1.1 实验原料 9

2.1.2 实验方案 9

2.2 拟采用的测试手段 10

2.2.1 吸收光谱 10

2.2.2 荧光性能表征 10

2.2.3 量子效率表征 10

第3章 Er³ 掺杂CsPbBr₃量子点玻璃的制备及光学性能 11

3.1 基础玻璃的制备 11

3.1.1 Er³ 掺杂CsPbBr₃量子点玻璃的组成 11

3.1.2 基础玻璃的制备 11

3.2 Er³ 掺杂CsPbBr₃量子点玻璃的制备 12

3.2.1 玻璃中量子点的生长过程 12

3.2.2 热处理对样品外观的影响 13

3.3 Er³ 掺杂CsPbBr₃量子点玻璃的发光性能 14

3.3.1 吸收光谱 14

3.3.2 荧光光谱 14

3.3.3 800nm激发Er³ 发光光谱 16

3.3.4 量子效率 17

第4章 结论 18

参考文献 19

致谢 20

第1章 绪论

在经济全球化的背景下，人类社会面临着环境和经济发展相冲突的难题，解决这个问题的方法是科学的进步，用对环境更加友好的科学技术来满足人类社会的需求。材料作为人类社会的科学技术不断前进发展基石，不同的社会需求需要不同的科学技术来满足，而不同的科学技术则需要性能优异的材料。

二十一世纪的今天，我们处在信息社会当中，随着现代社会光电信息产业的飞速发展，具有光学功能和光学透明性能的材料的市场需求日益增长，因此光学纳米复合材料的研究也就应运而生。由于玻璃的高透明性、光学各向同性、机械强度强、低廉的原材料价格等一系列优点，使得玻璃在光学领域中被广泛的作为基质，又因为量子点掺杂玻璃具有优异的性能，所以在光学功能纳米材料的研究中量子点掺杂玻璃一直被作为重点之一。

1.1 量子点的定义及特性

量子点(quantum dot)是一种半导体纳米材料，并且是准零维的纳米晶体中的一种，其载流子三个空间方向上运动都受到限制。量子点粒径与相应的块体材料的激子波尔半径相比，量子点的粒径更小^[1]。当半导体纳米材料的粒径满足不大于其相应的块体材料的激子波尔半径的条件时，半导体纳米材料会出现能量量子化现象^[2]。能量量子化现象出现的原因是此时半导体纳米材料的载流子在各个方向上的运动都受到了阻碍，这产生了十分明显的量子限域效应，出现能量量子化现象时半导体纳米材料的电子能级由连续的能带结构变成分立的能级结构。量子点的概念是在上世纪九十年代提出的，因为其独特的结构，所以也有着“超原子”、“量子点原子”和“人造原子原子”等称呼。量子点是一种十分重要的维度较低的半导体纳米材料，这种半导体纳米材料在各个维度的大小都小于两倍的其对应的半导体材料的激子玻尔半径。量子点的直径有一个固定的范围，一般在两纳米至二十纳米之间，量子点通常呈现出球形外形或是类似于球形的外形。常见的量子点的元素组成比较固定，一般是IV，II-VI，IV-VI或III-V族元素。

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