CsPbBr3蓝光纳米片超晶格的制备及性能研究

然而，在20世纪90年代，对层状（即2D）钙钛矿发射体的早期研究并未引起太多关注[1-5]。含有长链有机铵的层状钙钛矿发光体可以在低温下产生稳定的激子，但随着温度的升高，光致发光（PL）强度急剧下降，因此钙钛矿发光二极管（PeLEDs）仅在低温（<110 K）下表现出电致发光（EL）特性[1-5]。在室温（RT）下显示EL的PeLED首先在1999年使用包含有机染料分子（H2NC2H4C16H8S4-C2H4NH2）的层状钙钛矿制造，显示出的最大外量子效率（EQEmax）为0.11％[7]。然而，这种发射不是来自无机骨架，而是来自有机染料配体。因此，与无机QD LED[20-29]相比，PeLED显示出非常低的色纯度（FWHM≥100nm），与有机LED（OLED）[30-41]相比，EL效率较差。这个结果使钙钛矿发光体的发展被大大延迟，而有机发光体和无机QD发光体则分别进行了深入研究。[20-41]
由于其巨大的光伏潜力，全无机钙钛矿目前是最活跃的研究领域之一。3D无机钙钛矿太阳能电池的性能以惊人的速度增加，达到与许多已有技术相当的功率转换效率。然而，3D钙钛矿的商业应用受到其稳定性差的抑制。相对于三维钙钛矿，低维度——即二维钙钛矿具有更高的水分稳定性，为稳定钙钛矿基光伏器件提供了新方法。此外，2D钙钛矿具有多种结构，可通过成分工程微调其光电特性。
自组装是一个过程，通过这个过程，各个组件将自发排列成有序的超结构。[47]定向聚合过程由分子之间的特定相互作用来驱动。关于纳米颗粒在中间晶体中相互排列的机理，已经提出了四种可能：[48]（i）通过取向的有机基质排列纳米颗粒; （ii）通过物理场和粒子间力对齐纳米粒子; （iii）由矿物桥形成引起的纳米晶体的外延生长; （iv）通过空间限制的纳米颗粒排列。当纳米片在一个小空间内被限定时，它们可以在熵或毛细力的作用下相互对齐。
通过将钙钛矿量子点排列成三维超晶格，可以使光子的相干集合发射成为可能，从而产生出超荧光，这可以为LED照明、量子传感、量子加密通信和未来的量子计算开辟新的可能性。
化学品：溴化铅（PbBr2，99.0％，Macklin）；溴化铯（CsBr，99.5％，Macklin）；油胺（OAm，80-90％，阿拉丁）；油酸（OA，80-90％，阿拉丁）；氢溴酸（HBr，40％，Macklin）；二甲基亚砜（DMSO，>90%）；异丙醇（IPA，≥99.5％，Macklin）；甲苯（Tol，≥99.5％，上海凌峰化学试剂有限公司）；丙酮（Acetone，≥99.5％，上海凌峰化学试剂有限公司）；异丙醇铝（AIP，≥99.8％，Macklin）；聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，Mw约120000，阿拉丁）。所有化学品均未经任何进一步清洗而使用。
独立的二维纳米片已被证明具有优异的光物理性质，例如增加的激子结合能，增强的体相吸收截面，低阈值受激发射和显着的光学非线性。[44]由于材料稳定性目前限制了混合型器件的用，铯取代有机阳离子的全无机钙钛矿，与混合钙钛矿相比，可以提高稳定性，并且可以扩大材料的范围，值得研究
II-VI，III-V和IV-VI族半导体的纳米级胶体晶体因其具有尺寸依赖性的光学和电子特性而受到重视。电子和空穴在2-20 nm范围内量子化[45,46]。因此，这些晶体被称为量子点（QD）或纳米晶体。作为胶体，QD可以分散在溶剂中，并使用低成本、大面积、基于溶液的技术进行组装，以形成固态材料。类似于原子构造原子固体，半导体QD构件的QD固体的产生取决于QD的组成，尺寸和形状以及它们在固体中的间距和结构。在原子固体中，随着原子间隙减少，孤立原子态的电子波函数越来越重叠，从而在晶体半导体中形成非晶半导体和非定域带的扩展状态。类似地，在QD固体中，随着中间间距减小，QD的电子波函数之间的相互作用增加，产生QD固体特有的协同物理现象。这些QD固体可以是局部有序的玻璃或长程有序的QD超晶格或超晶体。
各向异性胶体二维纳米片（NPL）由于其低维光电性质和通过胶体合成的多功能性而作为功能材料具有很大前景。 最近，铅－卤化钙钛矿已成为重要的光电材料，在光伏和发光应用中具有优异的性能。此外，控制配体相互作用提供了将NPL自组装成更复杂结构的途径。在这里，我们报告了胶体合成的全无机铯铅卤素钙钛矿纳米片，并证明它们自组装形成堆叠柱状结构超晶格，其保持了NPL的优异性能（PLQY 96％）。广泛的可接触发射范围，高原生量子产率使钙钛矿超晶格成为基础光电子研究和未来器件研究的理想平台。
随着人类文明经历了信息革命，显示技术被认为是增加日常生活便利性的核心技术。在信息社会中，人们希望能够在显示器中看到更加生动的图像。在这方面，显示技术的主要发展趋势是从高分辨率和高效率变为高色纯度，以实现鲜明自然的色彩。因此，科学家们已经在尝试研究具有狭窄半高宽（FWHM）的新型发光材料。如有机发光体（FWHM> 40nm）和无机量子点（QD）发光体（FWHM~30nm）。然而，对尺寸敏感的色纯度，难以控制的尺寸均匀性以及制备无机QD发射器的高昂材料成本阻碍了相应材料在工业中的广泛应用。因此，开发对尺寸不敏感、具有高色纯度（FWHM <20nm）和低材料成本的新型发光体成为当务之急。在许多候选物中，金属卤化物钙钛矿（以下称“钙钛矿”）受到了极大的关注，并显示出成为未来高色纯度发光体的可能性。
第一类钙钛矿为层状薄膜（A2MX4）（A =有机阳离子; M =二价金属; X = Cl，Br，I）[1-6]。它们被认为是同时具有有机材料（例如，溶液加工性和低材料成本）和无机材料（例如，高电荷载流子迁移率）的优点的新型混合材料[7]。科学家们特别研究了具有高色纯度和有效电荷注入/传输性能，且易于波长调节的钙钛矿，将其视作为具有优良前景的未来光发射器的候选者[8-10]。此外，最近报道的稳定型和环境友好型钙钛矿进一步提高了它作为显示技术未来发射体的可能性[11-19]。
2012年，报道了第一个三维钙钛矿发光体，在多孔氧化铝中的CH3NH3PbBr3纳米粒子（NPs）[42]，并重新发现了钙钛矿作为发光体的可能性。因此，自2014年以来，3D钙钛矿发光体的研究不断发展，并致力于实现PL和EL的高效率。在过去2年内，发表了超过72篇关于钙钛矿发光体的论文，报道的EQEmax为8.53％，光致发光量子效率（PLQE）超过90％[10,43]。