层层组装有机_无机杂化薄膜的图案化
有机-无机杂化膜材料的研究
暨南大学硕士学位论文
杂化膜的结构与力学性能
高乙烯基含量的硅橡胶在交联过程中同时发生乙烯基与硅一氢原子的加成反应三甲氧基硅基与正丁酸乙酷的水解自身或相互之间的缩合反应谱线和分别为高乙烯基含量硅橡胶和杂化膜的一谱图图一对比发现硅橡胶出现在’处和’处的一特征吸收峰，经过交联反应在杂化膜中消失说明交联反应完全此外谱线中的一一键的特征吸收为，，与交联剂和硅橡胶两者的一一吸收峰相比其位置稍有偏移由此可推断，参与了水解缩合的杂化反应形成了新的一一结构用观察了杂化膜的形态结构如图一所示图和是的质量百分数为的杂化膜的表面与截面图可看出杂化膜的表面分散均匀无团聚现象，粒子非常细小这表明在交联剂的作用下有机和无机组分之间形成了共价键连接和相
互贯穿实现了有机一无机相的分
子级别的结合两相之间的相容
性好结合紧密宏观上表现为
良好的透明性和均匀性但当膜
中的无机组分的质量分数
为时杂化膜表面的均匀
性降低图而截面图出
现了可见的颗粒状物表明杂化
膜的均匀性降低宏观表现为膜
的脆性增大且趋于发生相分离图一杂化膜的扫描电镜照片杂化膜的外观均匀在室温一
下呈现橡胶态随膜中含
量增加膜的柔韧性降低表一列出了不同用量制备的杂化膜的力学性能测试数据可看出在一定用量范围内杂化膜的力学强度比纯硅橡胶
表一杂化膜的力学性能
一。
浙江大学高分子科学与工程学(系)第十一期SRTP结题汇总
浙江大学高分子科学与工程学 (系)第十一期SRTP结题汇总表
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层层自组装
短短的十多来年，在基础研究方面层层自 组装得到了巨大的发展。层层自组装适用 的原料已由最初的经典聚电解质扩展到聚 电解质、聚合物刷、无机带电纳米粒子如 MMT，CNT、胶体等。层层自组装适用介 质由水扩展到有机溶剂以及离子液体。层 层自组装的驱动力有静电力扩展到氢键， 卤原子，配位键，甚至化学键。
聚 电 解 质 （ polyelectrolyte ， PEL ） 一 般 是指高分子链上含有很多可离解基团的物 质。当聚电解质溶于水等介电常数较大的 溶剂中时，会产生高分子离子和低分子离 子，这些低分子离子就是抗衡离子。通常 将聚电解质分为阳离子型聚电解质和阴离 子型聚电解质以及同时含有阴阳两种基团 的高分子，即两性聚电解质，如蛋白质和 核酸属于两性聚电解质。
层层自组装
目录
1
层层自组装简介
2 聚电解质层层自组装膜
3 聚电解质层层自组装胶囊
4
文献介绍
定义
层层自组装（layer-by-layer self-assembly， LBL）是上世纪90年代快速发展起来的一种 简易、多功能的表面修饰方法。层层自组装 是基于带相反电荷的聚电解质在液/固界面通 过静电作用交替沉积而形成多层膜。
其它作用
除了上述作用构筑多层膜外,其它的相互作用 如配位作用、卤键等也可用来作为成膜驱动 力。作用力不同，组装形成薄膜的形貌和结 构也有差异。上述所有这些作用力极大丰富 了层层自组装技术，也为功能性器件的构建 提供了更广泛的选择性。
基于阴阳离子聚电解质之间的静电作用 制备多层平板膜
层层自组装可以成功， 与以下两方面密不可分
（5）pH值
聚电解质自组装中溶液的pH值对所制得的膜 的分离性能有很大影响。近几年，越来越多 的弱聚电解质也开始用于层层自组装中，聚 电 解 质 溶 液 的 性 质 与 PH 值 息 息 相 关 。 因 为 pH值决定聚电解质的电离, 进而影响自组装 膜表面的电荷密度，一般溶液的pH值取阴、 阳两种离子电离常数的平均值。
溶液空间限域法制备有机-无机杂化卤化铅钙钛矿单晶薄膜及其器件应用研究进展
第53卷第4期2024年4月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS Vol.53㊀No.4April,2024溶液空间限域法制备有机-无机杂化卤化铅钙钛矿单晶薄膜及其器件应用研究进展张庆文,单东明,张㊀虎,丁㊀然(吉林大学电子科学与工程学院,集成光电子学国家重点实验室,长春㊀130012)摘要:近年来,有机-无机杂化卤化铅钙钛矿材料因其出色的光电特性在国际上备受瞩目,并已成功应用于太阳能光伏㊁光电探测㊁电致发光等多个领域㊂目前绝大部分器件研究都集中在钙钛矿多晶材料上,但钙钛矿单晶材料拥有更低的缺陷态密度㊁更高的载流子迁移率㊁更长的载流子复合寿命㊁更宽的光吸收范围,以及更高的稳定性等优异的性质,可有效减少载流子传输过程中的散射损失,以及在晶界处的非辐射复合,并抑制离子迁移所引起的迟滞效应㊂采用钙钛矿单晶薄膜作为器件有源层有望制备性能更高效且更稳定的钙钛矿光电器件㊂目前,已报道的多种钙钛矿单晶薄膜制备方法包括溶液空间限域法㊁化学气相沉积法㊁自上而下加工法等,其中溶液空间限域法的发展和应用最为广泛㊂本文聚焦利用溶液空间限域法制备高质量钙钛矿单晶薄膜的相关方法,以及钙钛矿单晶薄膜在光电探测器㊁太阳能电池㊁场效应晶体管和发光二极管等相关器件应用中的研究进展,并对钙钛矿单晶薄膜及其光电器件的未来发展趋势进行了展望㊂关键词:钙钛矿半导体材料;溶液空间限域法;钙钛矿单晶薄膜;光电子器件;单晶薄膜生长中图分类号:O78;O484;TN36㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1000-985X (2024)04-0572-13Research Progress on Preparation of Organic-Inorganic Hybrid Lead Halide Perovskite Single-Crystalline Thin-Films by Solution-Processed Space-Confined Method and Their Device ApplicationsZHANG Qingwen ,SHAN Dongming ,ZHANG Hu ,DING Ran(State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics,College of Electronic Science and Engineering,Jilin University,Changchun 130012,China)㊀㊀收稿日期:2023-11-20㊀㊀基金项目:国家重点研发计划青年科学家项目(2022YFB3607500);国家自然科学基金(62274076)㊀㊀作者简介:张庆文(1999 ),男,山东省人,硕士研究生㊂E-mail:zhangqw1012@ ㊀㊀通信作者:丁㊀然,教授,博士生导师㊂E-mail:dingran@Abstract :In recent years,organic-inorganic hybrid lead halide perovskite materials have attracted much attention in the world because of their excellent photoelectric properties,and have been successfully applied in many fields such as solar photovoltaic,photoelectric detection,electroluminescence and so on.At present,most of the device research focuses on perovskite polycrystalline materials,but perovskite single crystal materials have excellent properties such as lower defect state density,higher carrier mobility,longer carrier recombination lifetime,wider light absorption range and higher stability,which can effectively reduce the scattering loss during carrier transport and non-radiative recombination at the grain boundary,and inhibit the hysteresis effect caused by ion ing perovskite single crystal thin film as the active layer of the device is expected to produce more efficient and stable perovskite photoelectric devices.At present,many preparation methods of perovskite single crystal films have been reported,mainly including solution-processed space-confined method,chemical vapor deposition method,top-down processing method,etc.Among them,solution-processed space-confined method is the most widely developed and applied.This paper focuses on the preparation of high-quality perovskite single crystal thin films by solution-processed space-confined method,and the research progress of perovskite single crystal thin films in photodetectors,solar cells,field effect transistors,light-emitting diodes and other related devices,and prospects the future development trend of perovskite single crystal thin films and photoelectric devices.㊀第4期张庆文等:溶液空间限域法制备有机-无机杂化卤化铅钙钛矿单晶薄膜及其器件应用研究进展573㊀Key words:hybrid perovskite semiconductor;solution-processed space-confined method;perovskite single-crystalline thin-film;optoelectronic device;growth of single crystal thin film0㊀引㊀㊀言近年来,有机-无机杂化卤化铅钙钛矿材料因高的光吸收系数[1]㊁高的载流子迁移率[2-3]㊁长的载流子扩散距离[4]㊁带隙可调谐[5-7]等优异的光电性能,引起了科研界和产业界的广泛关注㊂尤其是在光伏器件领域,钙钛矿电池的功率转换效率(power conversion efficiency,PCE)从最初的3.8%[8]攀升到目前的25.9%[9],发展速度出人意料且远超其他光伏材料体系㊂理论计算得到单结钙钛矿电池的最高转换效率可达33%,这一效率优于晶体硅的理论极限效率29.4%㊂除光伏领域外,钙钛矿材料在光电探测[5,10-15]㊁电致发光[16-19]㊁光泵激光[20-23]和辐射探测[24-26]等诸多光电领域也展现出巨大的应用前景㊂有机-无机杂化卤化铅钙钛矿材料化学结构式通常为ABX3,一般为立方体或八面体结构[27],对于典型的三维钙钛矿材料,其中A代表一价阳离子(如MA+㊁FA+等),B代表二价Pb2+阳离子,X为一价卤素阴离子(如Cl-㊁Br-㊁I-等)㊂在钙钛矿材料中,B离子位于立方晶胞的中心[28],被6个X离子包围形成配位立方八面体结构㊂钙钛矿光电器件有源层材料以多晶薄膜为主,多晶材料虽然在器件应用方面已展现出卓越的性能,但是内部存在大量晶界,且在晶界处存在高密度的晶格位错,以及无序的晶粒生长,从而导致薄膜内存在大量的晶格缺陷和可自由移动的离子㊂多晶膜内大量晶粒㊁晶界㊁空隙和表面缺陷等,会显著增大非辐射复合过程并诱使激子猝灭,严重限制光电及电光转换效率[29-30]㊂同时,在外场作用下钙钛矿多晶膜中会产生明显的离子迁移现象,移动的离子会抑制自由载流子的感生㊁积累与传输,也将极大影响器件的光电性能[31]㊂相比之下,钙钛矿单晶拥有更低的缺陷态密度㊁更长的载流子扩散长度㊁更长的载流子复合寿命㊁更宽的光吸收范围,以及更高的稳定性等[32-33]㊂这些优秀的本征特性为克服以上挑战提供了良好的载体,有望制备性能更高效且更稳定的钙钛矿光电器件㊂从晶体形态学角度区分,钙钛矿单晶材料主要可分为块体[34-35]和薄膜两种类型[36-38]㊂相比于单晶块体材料,单晶薄膜更易于与传统半导体工艺相集成,并有望制备性能更加优越的光电器件,更因其突出的柔性[39]和机械性,在未来柔性电子器件领域也展现出良好的应用前景㊂目前,已报道的钙钛矿单晶薄膜制备方法中,主要包括溶液空间限域法[36-37,40]㊁化学气相沉积法[41-44]㊁自上而下加工法[13,45-48]等,其中溶液空间限域法的发展和应用最为广泛㊂由于单晶各向异性生长,为了有效控制单晶薄膜厚度,抑制薄膜沿垂直纵向方向生长,并且提高水平横向方向的生长速率㊁增大薄膜的表面积,常引入空间结构限制策略,实现可控制备钙钛矿单晶薄膜㊂本文聚焦利用溶液空间限域法制备高质量钙钛矿单晶薄膜的相关技术方法,以及钙钛矿单晶薄膜在光电探测器㊁太阳能电池㊁场效应晶体管和电致发光器件等相关器件应用中的研究进展㊂同时,对未来钙钛矿单晶薄膜材料的发展及其应用所面临的难题提出可行的解决方案㊂1㊀钙钛矿单晶薄膜生长策略目前,溶液法生长钙钛矿单晶块体技术较为成熟,包括冷却结晶法[4,49-52]㊁逆温结晶法[46,53-57]㊁反溶剂扩散法[58-62]等方法,但单晶块体的厚度较厚,展现出较高的光吸收损耗和较长的激子扩散距离,不适于垂直结构型光电器件的应用㊂为了进一步扩展钙钛矿单晶材料在光电器件领域的应用,急需开发厚度和形貌可控㊁重复性高的钙钛矿单晶薄膜制备方法㊂2016年,陕西师范大学刘生忠教授团队报道采用空间限域结合动态流反应系统的生长方法,通过控制两个玻璃片之间的间隙大小,确保钙钛矿单晶薄膜在预设的限域空间结构内生长,达到单晶薄膜厚度可控的目的,如图1(a)所示[37]㊂利用蠕动泵驱动空隙中溶液流动,为单晶薄膜生长提供源源不断的前驱体溶液,最终实现一系列厚度约为150μm的MAPbI3单晶薄片㊂然而,微米厚度的钙钛矿单晶薄膜依然无法满足垂直结构型器件的需求,通过施加外部压力的方式来控制几何限域空间的间隙距离,达到进一步减薄钙钛矿单晶薄膜的作用㊂2016年,中国科学院化学研究所胡劲松研究员团队设计如图1(b)所示装置,实现可控制备厚度均匀的钙钛矿单晶薄膜生长方法[36]㊂实验具体流程是将两个平面衬底夹在一起,通过控制夹具的压力来限制几何限域空间间隙,再垂直浸入钙钛矿前驱体溶液中,在毛细力的作用下溶液会填充满整个限域空间,然后加热底部前驱体溶液,控制溶剂挥发速率,形成底部饱和㊁顶部过574㊀综合评述人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第53卷饱和的溶液环境,由于温度差引起的热对流,底部的溶液不断向顶部流动补充,为限域空间内生长钙钛矿单晶薄膜提供充足的前驱体溶液㊂制备的单晶薄膜具有厚度从纳米至微米可调㊁表面积达到亚毫米尺寸㊁横纵比可达~105等特点㊂同时,该方法可将钙钛矿单晶薄膜制备在各种衬底(如玻璃㊁石英㊁氧化铟锡(indiumtin oxide,ITO)㊁氟掺杂氧化锡(F-doped tin oxide,FTO))上,其厚度只取决于两个衬底之间的间隙距离,不同厚度的薄膜呈现出多彩均匀的颜色㊂图1㊀溶液空间限域法中厚度可控策略制备钙钛矿单晶薄膜㊂(a)溶液空间限域结合动态流反应系统生长法[37];(b)溶液空间限域法生长厚度可调的钙钛矿单晶薄膜[36]Fig.1㊀Strategies for the growth of thickness-controlled perovskite single-crystalline thin-films.(a)Schematic diagram of the geometry-confined dynamic-flow reaction system[37];(b)schematic diagram of the solution-processed space-confined growthmethod for perovskite single-crystalline thin-films[36]为了扩大钙钛矿单晶薄膜的横向尺寸,从晶体成核动力学角度出发,降低溶液空间限域法中衬底的表面能,将有助于提高溶剂中离子的扩散速度和扩散距离,诱导晶体沿横向方向加速生长㊂2017年,美国北卡罗来纳大学教堂山分校黄劲松教授团队提出对衬底表面进行疏水处理,在ITO衬底表面旋涂疏水的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](Poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine,PTAA)空穴传输层材料,再用两片PTAA修饰后的ITO衬底构建限域空间,在空间内滴加MAPbBr3前驱体溶液后,将衬底结构置于㊀第4期张庆文等:溶液空间限域法制备有机-无机杂化卤化铅钙钛矿单晶薄膜及其器件应用研究进展575㊀110ħ热台上[1]㊂对比PTAA处理和未处理的衬底所构建限域空间内前驱体溶液的扩散差异,从图2(a)不难发现,由于疏水材料处理的衬底表面具有较低的表面能,将加速前驱体溶液中离子的扩散速率,解决生长过程中离子长程输运差的问题,有助于减少多晶成核结晶概率,同时增大单晶薄膜的横向生长尺寸㊂基于该衬底修饰方法,实现MAPbBr3单晶薄膜厚度可控制在10~20μm,横向截面尺寸可达数十mm2,该工作证明了对衬底表面进行合理改性对于控制钙钛矿单晶薄膜横向生长至关重要㊂2020年,北京大学马仁敏教授团队采取对衬底表面进行特异性处理的策略[63]㊂具体方式是对玻璃衬底进行不同的亲疏水处理,由于具有特异性的亲疏水能力,衬底展现出大小不同的溶液接触角㊂在观测亲疏水能力与单晶成核密度之间的关系后,发现从亲水到疏水的转变过程中,衬底表面的成核密度显著降低㊂分析其原因是亲水表面的成核自由能垒相对低于疏水条件下的表面成核自由能垒,从而拥有较快速的成核速率;并且亲水表面更易于吸附和捕获前驱体溶液中的离子,而降低了离子的扩散速率,导致单晶结晶速率较为缓慢㊂因此,疏水处理的衬底可有效降低单晶成核密度,并且加快单晶生长速率,更易于制备大尺寸的钙钛矿单晶薄膜㊂制得的MAPbBr3单晶薄膜边长尺寸达到1cm,厚度控制在10μm,同时展现出较好的结晶质量,薄膜陷阱态密度仅为1011cm-3,载流子迁移率超过60cm2/(V㊃s)㊂除了衬底修饰策略,衬底自身独特的表面特征也有助于钙钛矿单晶薄膜的生长㊂2020年,天津理工大学吴以成教授团队以云母作为溶液空间限域法的生长衬底[64],如图2(b)所示,将含有适量油酸(oleic acid,OA)的钙钛矿前驱体溶液滴加到两片云母组成的间隙中,旋转云母衬底去除多余的前驱体溶液,然后放置于热板上加热,最终获得超薄的MAPbBr3单晶薄膜㊂该方法是基于云母表面的钾原子与钙钛矿中卤素原子之间会产生较强的相互作用,导致界面能降低并促进钙钛矿单晶薄膜在云母表面横向生长,同时油酸作为表面改性剂附着在钙钛矿表面,抑制钙钛矿单晶薄膜沿纵向方向的生长,最终成功制备出厚度仅为8nm㊁横向尺寸可达数百微米的MAPbBr3单晶薄膜㊂图2㊀溶液空间限域法中衬底修饰策略制备钙钛矿单晶薄膜㊂(a)PTAA处理和未处理的ITO衬底结构中前驱体溶液扩散速度对比图[1];(b)云母衬底上生长钙钛矿单晶薄膜流程示意图[64]Fig.2㊀Substrate modification for the growth of perovskite single-crystalline thin-films.(a)Comparison of the diffusion rate of precursor solution within the PTAA treated and untreated ITO substrates[1];(b)growth of perovskite single-crystalline thin-films on mica substrates[64]钙钛矿单晶薄膜的生长开始于成核阶段,考虑到处于复杂溶液环境中,晶体将发生各向异性生长,容易形成多个晶核,并诱使出现晶畴㊁晶界等结构,严重影响钙钛矿单晶成膜的结晶质量[65]㊂为解决这一问题,科研人员提出了一种晶种法技术策略,首先生长钙钛矿单晶种子,再将种子转移到目标衬底,最后在合适的溶液环境中再结晶生长形成高质量的钙钛矿单晶薄膜㊂2018年,中国科学院化学研究所宋延林研究员团队提出了一种溶液空间限域结合晶种印刷法的生长策略,通过晶种再生长的方式,实现了厚度可控㊁重复性好㊁576㊀综合评述人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第53卷结晶质量高的钙钛矿单晶薄膜[66]㊂如图3(a)所示,首先使用喷墨打印技术将钙钛矿前驱体溶液选择性滴加在目标衬底上,随着前驱体溶液的挥发,形成规则排布的钙钛矿单晶种子㊂获得的钙钛矿单晶种子将有效抑制无序成核结晶现象㊂然后,将载有钙钛矿单晶种子的衬底转移并浸入到钙钛矿前驱体饱和溶液中,置于热台上加热结晶后,通过控制钙钛矿单晶种子的数量和尺寸,最终制备出批量的毫米级钙钛矿单晶薄膜㊂2021年,韩国首尔大学Lee教授团队进一步拓展了晶种生长法,结合种子转移技术,如图3(b)所示[67]㊂首先在两片玻璃片中注入前驱体溶液,玻璃片之间由厚度为25μm的聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)薄膜隔开,在110ħ的加热温度下,过饱和的钙钛矿前驱体溶液成核结晶,形成厚度为23μm㊁尺寸为100~200μm 的MAPbBr3单晶种子㊂然后,挑选出单个种子转移至一个密封式液体池腔体中,随着浓度为1mol/L的MAPbBr3前驱体溶剂以5μL/min速率源源不断地流入液体池腔体内,基于逆温结晶法,MAPbBr3单晶薄膜将匀速生长,最终制得了高质量㊁大尺寸的MAPbBr3单晶薄膜,其厚度为40μm,表面积可达16.23mm2,表面粗糙度为0.51nm,缺陷态密度仅有7.61ˑ108cm-3㊂图3㊀溶液空间限域法中晶种法策略制备钙钛矿单晶薄膜㊂(a)溶液空间限域结合晶种印刷法制备钙钛矿单晶薄膜技术流程示意图[66];(b)晶种生长法结合晶种转移技术制备钙钛矿单晶薄膜技术流程示意图[67]Fig.3㊀Seed-induced methods for the growth of perovskite single-crystalline thin-films.(a)Technical flow diagram of preparation of perovskite single crystal film by solution-processed space-confined combined with seed printing[66];(b)process flow diagram of preparation of perovskite single crystal thin film by seed growth and seed transfer technology[67]图案化生长钙钛矿单晶薄膜对于推动钙钛矿单晶材料面向集成化光电器件应用至关重要㊂其主要思路是通过引入周期性的模板,构建结构化限域空间用于生长图案化钙钛矿单晶[68-74]㊂2021年,合肥工业大学罗林保教授团队利用高密度数字视频光盘(digital video disc,DVD)上的沟道作为结构化限域空间用于溶液空间限域法,如图4(a)所示[71]㊂首先,将聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)溶液旋涂在准备好的DVD磁盘上,固化后形成与磁盘沟道结构和形貌一致的PDMS模板㊂然后,在亲水性衬底上滴加钙钛矿前驱体溶液,溶液在亲水衬底上形成一层均匀的液膜,再将表面具有周期性沟道结构的PDMS模板覆盖其上,前驱体溶液便被重新分配并限制在PDMS模板与亲水性衬底形成的纳米沟道之间㊂放置于热台上加热之后,晶体沿着纳米沟道不断生长,最终形成规则且均匀的钙钛矿单晶阵列,得到的钙钛矿单晶阵列的结构完全与磁盘沟道形貌相一致,并可实现在不同衬底上生长大规模钙钛矿单晶阵列结构㊂2022年,苏州大学揭建胜教授团队开发了类似的三维限制结晶方法,在三维结构化的微通道模板上方利用一个三角形PDMS 基板协助溶液剪切过程,用于生长钙钛矿单晶阵列,PDMS模板紧密地附着在微通道表面,避免了溶液剪切㊀第4期张庆文等:溶液空间限域法制备有机-无机杂化卤化铅钙钛矿单晶薄膜及其器件应用研究进展577㊀过程中对微通道的破坏,同时利用PDMS模板表面的疏水性,可以有效防止溶液黏附在三角形PDMS基板上,如图4(b)所示[72]㊂在底部进行加热的情况下,缓慢移动三角形玻璃基板,钙钛矿前驱体溶液逐渐挥发结晶,最终形成与模板结构相同的MAPbI3单晶阵列㊂为了进一步提高钙钛矿单晶阵列横向尺寸,韩国汉阳大学Sung教授团队引入滚筒印刷技术,如图4(c)所示[73]㊂首先,钙钛矿前驱体溶液加在180ħ加热的基板衬底上,通过旋转图案化的PDMS模具包裹的圆柱形金属滚轮,PDMS模具上具有宽度为10mm㊁深度为200nm的周期性阵列,前驱体溶液被限制在模具和基板衬底之间,随着前驱体溶液的迅速蒸发而结晶,最终制得的钙钛矿单晶薄膜阵列与滚筒图案完全一致㊂成功实现了总宽度为10mm,周期尺寸为400nm,厚度为200nm的MAPbI3单晶薄膜阵列㊂利用该方法不仅可以在横向方向上约束钙钛矿单晶的生长,并且实现滚筒印刷制备大尺度钙钛矿单晶薄膜阵列的目的㊂通过上述总结,围绕溶液空间限域法制备大尺寸㊁高质量钙钛矿单晶薄膜,详细阐述了从厚度可控㊁衬底修饰㊁晶种生长㊁图案化生长等几个主要方面的生长和制备方法,相关性能参数如表1所示,对于未来实现可控制备钙钛矿单晶薄膜材料,进一步扩展其在光电器件领域的应用至关重要㊂图4㊀溶液空间限域法中图案化生长策略制备钙钛矿单晶薄膜㊂(a)磁盘沟道模板生长钙钛矿单晶阵列的技术流程图[71];(b)三维限制结晶方法生长钙钛矿单晶阵列装置示意图[72];(c)滚筒印刷技术制备大尺度钙钛矿单晶阵列的装置流程图[73] Fig.4㊀Periodic structures for the growth of perovskite single-crystalline thin-films.(a)Digital channel template for the growth of perovskite single-crystalline arrays[71];(b)schematic diagram of apparatus for growing perovskite single crystal array by a three-dimensional restricted crystallization method[72];(c)flow chart of device for preparing large-scale perovskite singlecrystal array by roller printing technology[73]578㊀综合评述人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第53卷表1㊀溶液空间限域法及其改进策略制备钙钛矿单晶薄膜的相关性能参数Table1㊀Performance parameters of the perovskite single-crystalline thin-films prepared by solution-processedspace-confined method and its improvement strategySolution-processed space-confined method and its improvement strategy Perovskitematerial type Thickness/μmDensity of defectstates/cm-3Carrier mobility/(cm2㊃V-1㊃s-1)Surface dimension ReferenceDynamic-flow reaction system MAPbI3~1506ˑ10839.6 5.84mmˑ5.62mm[37] Thickness controlledgrowth method MAPbBr30.01~1 4.8ˑ101015.7Hundreds of microns[36]Substrate treatment MAPbI310~40Electron:36.8ʃ3.7Hole:12.1ʃ1.5Tens of square millimeters[1] Substrate specific processing MAPbBr3~10 1.6ˑ1011>601cm[63] Mica substrate MAPbX30.008~0.01436.5Hundreds of microns[64] Seed printing method MAPbX3,CsPbBr30.1~10 2.6ˑ101014000μm2[66] Seed transfer technology MAPbBr3407.61ˑ10816.23mm2[67] Digital channeltemplate method MAPbI3~0.065cycle:760nm[71] Three-dimensional confinedcrystallization method MAPbI30.5~58.5ˑ1010cycle:8μm[72] Rolling mould printingtechnology MAPbI30.2or0.545.64cycle:400nm[73] 2㊀钙钛矿单晶薄膜器件应用钙钛矿单晶薄膜因其高的光吸收系数㊁高的载流子迁移率㊁长的载流子扩散长度㊁带隙可调谐等优异的光电性能,被广泛应用于光电探测器㊁太阳能电池㊁场效应晶体管㊁发光二极管等器件中㊂光电探测器是基于传统光电效应将光信号转变为电信号的器件装置,其在光通信㊁激光雷达㊁医疗诊断㊁安防监控等多个领域应用广泛㊂传统光电探测器多以无机半导体材料为主,例如Si㊁GaAs㊁GaN等材料[11]㊂近年来,随着有机-无机杂化卤化物钙钛矿半导体材料的出现,其展现出的巨大的应用潜力,有望促进光电探测器在成本和性能上取得进一步的提升和跨越㊂大量研究表明,由于较低的光吸收损耗和理想的激子扩散距离,钙钛矿单晶薄膜光电探测器[68-69,75-77]相比于单晶块体探测器,在光电探测方面已展露出明显的性能优势㊂2015年,阿卜杜拉国王科学大学Bakr教授团队首次报道利用直接生长在ITO玻璃衬底上的MAPbCl3单晶薄膜,制备一种具有金属-半导体-金属器件结构的光电导型探测器[54],并展现出出色的光电探测性能,具有较高的探测率与开关比,响应时间在ms数量级,这与当时商用的III-V族半导体光电晶体管的性能几乎相当㊂2017年,黄劲松团队利用MAPbBr3单晶薄膜制作了垂直器件结构为p-i-n型的Cu/BCP/C60/MAPbBr3/PTAA/ITO钙钛矿单晶探测器[78],如图5(a)所示,该光电探测器的探测率(D∗)高达1.5ˑ1013Jones㊂由于单晶薄膜较低的缺陷态密度,探测器对于弱光探测极为敏感,探测最低可达pW/cm2量级,同时线性动态范围高达256dB,是当时报道最高的结果㊂2018年,马仁敏教授团队系统性研究了光电探测器性能与单晶薄膜厚度之间的依赖关系[14]㊂发现随着钙钛矿单晶薄膜的厚度从10μm降低到几百nm,光电探测器的探测能力提升了2个数量级,增益提升了4个数量级㊂通过优化钙钛矿单晶薄膜的厚度以及结晶度,器件的增益可达5ˑ107,增益带宽积为70GHz㊂钙钛矿材料具有可低温㊁液相制备的特点,并可与多种柔性衬底相兼容,制备可弯折的柔性光电子器件㊂同时,钙钛矿单晶薄膜展现出较好的柔性和机械性,可用于制备柔性钙钛矿单晶薄膜光电探测器㊂为此, 2020年,马仁敏教授团队引入超薄钙钛矿单晶薄膜作为有源层,制备了高性能的柔性光电探测器[39],如图5 (b)所示,该光电探测器的单晶薄膜厚度仅为20nm,器件响应度高达5600A/W,在经过1000次循环弯折后,探测器的光电流和开关比没有出现明显的下降,展现出较好的弯折稳定性㊂高质量的钙钛矿单晶纳米线阵列有利于限制载流子在几何通道内输运,提高载流子的迁移率和扩散距离㊂2021年罗林保教授团队制备的基于MAPbI3单晶纳米线阵列的光电探测器[71],在520nm入射光照射下,随入射光功率的升高,该光电探㊀第4期张庆文等:溶液空间限域法制备有机-无机杂化卤化铅钙钛矿单晶薄膜及其器件应用研究进展579㊀测器的光电流呈线性递增,最低暗电流为0.3nA,最高光电流达350nA,总开关比高达1.2ˑ103㊂同时,该探测器的响应度为20.56A/W,探测率达到4.73ˑ1012Jones㊂由于钙钛矿单晶纳米线阵列展现出良好的偏振敏感性,该类型器件也适用于探测线偏光的偏振度㊂为了解决钙钛矿材料中铅毒性[79]和不稳定性的问题,2020年,中山大学匡代彬教授团队在ITO玻璃上原位生长不含铅元素的全无机Cs3Bi2I9单晶薄膜并制备了相应的光电探测器[80]㊂制得的Cs3Bi2I9钙钛矿单晶薄膜的陷阱态密度比多晶材料低3个数量级,载流子迁移率也高出3.8ˑ104倍㊂这些优异的性质有利于实现高性能的光电探测器,基于此材料制备的垂直结构型光电探测器的开关比高达11000㊂而且,在未封装的情况下,处在潮湿环境中1000h之后,该钙钛矿单晶薄膜光探测器的光电流仍维持初始值的91%,体现了该材料出色的环境稳定性㊂由于钙钛矿多晶薄膜内存在大量的晶界㊁空穴和缺陷态等,太阳能电池存在显著的非辐射复合能量损失,限制了钙钛矿太阳能电池PCE的进一步提升㊂而无晶界㊁低缺陷态密度的钙钛矿单晶薄膜成为解决材料内在问题及器件PCE的理想材料体系㊂2017年,中国科学院深圳先进技术研究院李江宇教授团队在FTO/TiO2衬底上直接生长MAPbI3单晶薄膜,并制造了相应的钙钛矿单晶薄膜太阳能电池,该电池器件的PCE达到了8.78%[81]㊂同年,黄劲松教授团队利用在PTAA空穴传输层上直接生长的MAPbI3单晶薄膜,构建器件结构为ITO/PTAA/MAPbI3/PCBM/C60/BCP/Cu的太阳能电池器件,如图5(c)所示[1]㊂通过优化钙钛矿单晶薄膜厚度,其电池的光谱响应范围可以扩展到820nm,比相对应的多晶薄膜材料的光谱响应要宽20nm,器件的最佳短路电流密度J sc为20.5mA/cm2,开路电压V oc为1.06V,填充因子(fill factor,FF)为74.1%,PCE可达16.1%㊂在使用MAI离子溶液对单晶薄膜表面进行钝化处理之后,有效降低了MAPbI3单晶薄膜表面的电荷陷阱,器件最佳PCE提升到17.8%㊂2019年,Bakr教授团队利用20μm厚的MAPbI3单晶薄膜制备太阳能电池,器件结构为ITO/PTAA/MAPbI3/C60/BCP/Cu[82]㊂该钙钛矿单晶薄膜电池器件的PCE达到21.09%,填充因子FF为84.3%㊂之后,该团队通过优化前驱体溶液,采用碳酸丙烯酯(propylene carbonate,PC)和γ-丁内酯(1,4-butyrolactone,GBL)的混合溶剂,90ħ下生长MAPbI3钙钛矿单晶薄膜㊂基于此单晶材料制备的钙钛矿太阳能电池的V oc明显提高,PCE达到21.9%[84]㊂2021年,该团队在之前的器件结构基础上,将钙钛矿单晶的成分改为混合阳离子FA0.6MA0.4PbI3钙钛矿单晶,如图5(d)所示,制备的钙钛矿太阳能电池对近红外响应要比纯FAPbI3器件扩展了50meV,J sc达到26mA/cm2,PCE达到22.8%[84]㊂2023年,该团队在亲水性的([2-(3,6-dimethoxy-9H-carbazol-9-yl)ethyl]phosphonic acid,MeO-2PACz)单分子层表面生长FA0.6MA0.4PbI3钙钛矿单晶薄膜,与PTAA上生长的单晶薄膜相比,MeO-2PACz有效提高了钙钛矿单晶薄膜与衬底的机械粘附力,PCE达到创纪录的23.1%[85]㊂伴随着钙钛矿单晶薄膜生长技术的更新和迭代,钙钛矿单晶薄膜太阳能电池的器件性能有望超越钙钛矿多晶太阳能电池,在太阳能电池器件领域占据一席之地[86]㊂从钙钛矿材料结构角度出发,由金属阳离子和卤化物阴离子形成的强共价或离子键相互作用结合的钙钛矿八面体骨架结构,将为材料提供高的载流子迁移率骨架模型,据理论预测的迁移率最高可达1000cm2/(V㊃s);有机阳离子可以间接扭曲无机骨架,在分子尺度上影响材料的晶体结构和电学特性㊂因此,钙钛矿材料因其展现出较高的载流子迁移率,被认为是发展新一代半导体电子技术最理想的光电材料㊂基于钙钛矿单晶薄膜材料的场效应晶体管研究起步相对较晚,2018年,阿卜杜拉国王科技大学Amassian教授团队制备了底栅顶接触的钙钛矿单晶薄膜场效应晶体管器件,器件的沟道长度为10~150μm,如图5(e)所示[87]㊂该团队设计和制备了一系列基于MAPbCl3㊁MAPbBr3㊁MAPbI3单晶薄膜的场效应晶体管器件,测量和分析器件的转移和传输特性曲线,其空穴迁移率最高分别可达2.6㊁3.1㊁2.9cm2/(V㊃s),电子迁移率分别为2.2㊁1.8㊁1.1cm2/(V㊃s),且器件开关比分别可达2.4ˑ104㊁4.8ˑ103㊁6.7ˑ103㊂该系列场效应晶体管器件展现出良好的电学输运特性,为进一步推动钙钛矿单晶薄膜材料在集成电子器件领域的应用提供了良好的研究基础㊂钙钛矿发光二极管(perovskitelight emitting diodes,PeLED)近年来也发展迅速,自2014年英国剑桥大学的Friend教授课题组首次报道室温下PeLED器件以来,PeLED以其优异的光电性能㊁较低的器件成本,以及。
有机-无机杂化材料在光电器件中的应用
有机-无机杂化材料在光电器件中的应用摘要：有机-无机杂化材料由有机物和无机物结合而成，具有独特的光电性能，被广泛应用于各种光电器件中。
本文将探讨有机-无机杂化材料在光电器件中的应用现状及发展趋势。
一、引言随着光电子技术的不断发展，有机-无机杂化材料在光电器件中的应用得到了广泛关注。
有机-无机杂化材料融合了有机物和无机物的优点，具有优异的光电性能，被广泛应用于太阳能电池、光电传感器、光电调制器等领域。
有机-无机杂化材料的研究不仅推动了光电器件的发展，还为新型光电器件的设计提供了新思路。
二、有机-无机杂化材料的种类及特点1. 有机-无机杂化材料的种类有机-无机杂化材料主要包括：钙钛矿材料、有机-无机薄膜材料、有机-无机纳米颗粒材料等。
这些材料结合了有机物和无机物的优点，具有较高的光电转换效率和稳定性。
2. 有机-无机杂化材料的特点有机-无机杂化材料具有以下特点：一是光电转换效率高，可以将太阳能等光能高效转换为电能；二是稳定性好，可以在不同环境条件下稳定工作；三是制备工艺简单，成本低廉；四是具有较好的可调控性，可以根据需要调节其光电性能。
三、有机-无机杂化材料在太阳能电池中的应用有机-无机杂化材料在太阳能电池中的应用是其最主要的应用之一。
钙钛矿太阳能电池是目前研究较为热门的太阳能电池之一，由于其优异的光电性能和制备工艺简单，受到了广泛关注。
钙钛矿太阳能电池不仅具有较高的光电转换效率，而且稳定性好，可以满足不同环境条件下的需求。
四、有机-无机杂化材料在光电传感器中的应用除了太阳能电池，有机-无机杂化材料还广泛应用于光电传感器中。
有机-无机杂化材料可以将光信号转换为电信号，实现对光信号的检测和测量。
在光电传感器领域，有机-无机杂化材料的应用将为传感器的性能提升和功能拓展提供新的思路。
五、有机-无机杂化材料在光电调制器中的应用光电调制器是一种能够对光信号进行调制的器件，有机-无机杂化材料在光电调制器中的应用也备受关注。
层状固体模板组装有机_无机纳米结构材料_朱宝林
层状固体模板组装有机Π无机纳米结构材料朱宝林 陈 晓3 许丽梅 隋震鸣 赵继宽 刘 杰(山东大学胶体与界面化学教育部重点实验室,晶体材料国家重点实验室 济南 250100)朱宝林 女,24岁,硕士生,现从事层状模板组装半导体纳米功能材料的工作。
3联系人,E 2mail :xchen @国家自然科学基金(20073025)、山东省自然科学基金(Y 2000B10)与高等学校重点实验室访问学者基金资助项目2002204208收稿,2002206210修回摘 要 主要介绍了几种有机Π无机层状固体模板组装纳米功能材料的研究进展,对模板的类型、制备、纳米结构材料的产生及其应用前景进行了综述。
关键词 层状固体 模板 有机Π无机 杂合体 纳米结构材料N anostructured Organic Πinorganic Materials Prepared from Layered Solid T emplateZhu Baolin ,Chen X iao 3,Xu Limei ,Sui Zhenming ,Zhao Jikuan(K ey Lab for C olloid and Inter face Chemistry of Education M inistry ,K ey Lab for Crystal Material ,Shandong University ,Jinan 250100,China )Abstract Research progress on assembly of nanostructured materials tem plated by several kinds of layeredorganic Πinorganic s olid was introduced.The type and preparation of tem plates ,formation of nanostructrured materials and their application potentials were als o reviewed in this paper.K ey w ords Layered s olids ,T em plate ,Organic Πinorganic ,Hybrid ,Nanostructured materials有机Π无机层状纳米杂合体的例子可以追溯到5亿年前软体动物出现,珠母贝或珍珠母的外壳是由数百纳米厚的文石和几十纳米厚的有机薄层交替组成的,从而赋予贝壳具有比单纯无机组分文石更坚硬的性质。
杂化膜
R R R
R
R
R
R R R
水解反应：R' -SiOR + H2O R' SiOH + ROH 缩聚反应：
SiOH + HOSi Si-O-Si + H2O (缩水) SiOH +ROSi Si-O-Si + ROH (缩醇)
中形成的溶胶浇 铸于多孔聚丙烯 腈基体上，干燥 得到杂化膜。
LiClO4/HCl催化开环聚合; Sn/LiClO4催化开环和solgel反应同时进行
3.1.4 官能化有机聚合物sol-gel反应
•硅烷氧基团在侧基位置：
•硅烷氧基团在端基位置：
在端基位置的：J Memb Sci 159 (1999) 197–207 在侧基位置的：J Memb Sci 203 (2002) 215–225 利用以下反应，生成链端含Si(OR)3基团的聚合物，再与 TEOS在酸性条件下水解缩合成溶胶，涂膜后得到非负载或负 载型复合膜 CDI : 1,1-carbonyl-diimidazole
J Membr Sci 1991; 62: 165
2.杂化膜分类和命名
杂化材料 一般认为杂化材料是无机和有机成分相互 结合，特别是在微观尺寸上结合得到的一 类材料。
杂化材料 最早的文 献报道
Schmidt H ,et al J. Non-Cryst. Solids
1985, 73, 681-691. 1984, 63, 283-292. 1984, 63, 1-11. 1986, 80, 557-563.
R
Si O O Si O O Si O
R
Si O Si O Si O Si O O Si
R
碳钢表面自组装有机无机杂化薄膜的研究
ＶＯ１１ ． ６ ＮＯ． ４
碳钢表面自 组装有机无机杂化薄膜的 研究
朱 海
（ 庆师范学院 化学化工学院 ， 安 安徽 安 庆 ２ ６ １ ） ４ ０ １
摘
要 ：在碳 钢表 面 制 备 一 层 薄 而致 密 的磷 化 膜 ， 后 采 用 逐 层 自组 装 方 法 在 碳 钢 表 面 交 替 生 成 了硅 酸 钠 无 机 膜 然
加 以利 用 。腐蚀 防护一般 可采取 以下 几种 方法 ： 一是合 理选 材和发 展耐 蚀材料 ， 二是 金属 表面覆 盖保 护
层， 三是 缓蚀剂 缓蚀 ， 四是 电化学 保护 ， 五是 金属 表面 改性＿ 。 １ ］ 分 子 自组装 膜 （ ｅｆ Ｓ ｌ—Ａｓｅ ｌｄＭｏ ｏａ ｅｓ 是近 些 年发 展 起来 的一 种金 属 表 面涂 层保 护 方法 ， ｓｍｂｅ ｎ ｌ ｒ） ｙ 它是在 平衡条 件下 ， 分子 间通过 物理化 学作 用 自发连 接形 成 的一 类结 构 明确 、 定 ， 有某 种 特定 功 能 稳 具 或性能 的分子 聚集体 或超 分子结 构＿ 。它具 有原位 自发 形成 、 ３ ］ 化学键 和热 力学 稳定 、 高 的有 序性 和 较 取 向性 、 高密度 堆 积 和 低 缺 陷浓 度 、 面 覆 盖 层 均 匀 一 致 、 间分 子 排 列 有 序 、 表 层 以及 结 构 稳 定 等 优 点ｌ ］ ＿ 。这些 特点 对金 属 的保 护具有 独特 的效果 ， 一项非 常有前 景 的工作 。 ５ 是 本文介绍先 在碳钢表面形成一层 薄而致密 的磷 化膜 ， 然后 利用逐 层 自组 装 （ Ｂ ）７ Ｌ Ｌ ｌ 技术 ， 其表 面交 ＿ 在
药品： 磷酸 （ 析纯 、 分 北京 益 利 精 细 化 学 品 有 限公 司） 硝 酸 （ 析 纯 、 京 益 利 精 细 化 学 品 有 限公 、 分 北 司） 氧 化锌 （ 析纯 、 、 分 北京 化学试 剂有 限公 司） ＫＨ一５ ０ 分 析 纯 、 京化 工 厂 ） 水玻 璃 溶 液 （ ０ 、 、 ６（ 北 、 ４ 模
有机-无机杂化复合材料膜内层叠制备新方法
有 机 一 机 杂 化 复合 材 料 是 ２ 无 ０世 纪 ８ Ｏ年
１ 有 机 一 机 杂 化 复 合 材 料 制 备 方 法 无
代 中期 以来 迅速 发 展 的一 种 新 型复 合材 料 ， 有 机 一 机 杂 化 复 合 材 料 是 由有 机 相 和 无 机 相 无
构 成 的 一 种 均 匀 的 多 相 材 料 ， 这 种 材 料 并 但
ｃ ｐｏ ｉｅ ａ ｅ ｉｌｒ ｓ： ｏ ｇ ｎｉ—ｎｏ ｇａ ｉ ｈｙ ｉ ｃ ｍ ｐ ｉｅ ｙ ｗｏ ｄ ｒ ａ ｃｉ ｒ ｎｃ ｂｒｄ ｏ ｏｓｔ ｍａｔ ｒａ ｓ； ｏ ｇａ ｉ ｇｒ ｕｐ； ｉ ｏｒ ａ ｃ ｅ ｉｌ ｒ ｎｃ ｏ ｎ ｇ ｎｉ ｇ ｏ ｓ； ｍ ｅ ｂ ａ ｓ ａ ｋ ｒ ｕｐ ｍ ｒ ｎｅ ｔ ｃ
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薄膜制备技术的新方法和新技术
薄膜制备技术的新方法和新技术随着科技的进步和人们对新材料的需求不断增加，薄膜制备技术成为了当今材料科学领域的研究热点之一。
薄膜材料具有独特的物理、化学和光学特性，广泛应用于光电子、信息科技、能源和医疗等领域。
本文将介绍薄膜制备技术的新方法和新技术。
1. 有机-无机杂化薄膜制备技术有机-无机杂化薄膜制备技术是一种将有机化合物与无机物相结合的制备方法，可制备出具有优良光电性能的高分子杂化薄膜。
该技术基于化学和物理交互作用，通过化学反应将有机分子和无机材料结合在一起，在薄膜的制备过程中实现材料性能的精密控制。
有机-无机杂化薄膜具有优异的机械强度、热稳定性和防腐蚀性能。
2. 溅射法制备薄膜技术溅射法制备薄膜技术是一种常用的薄膜制备方法，适用于多种材料的制备，包括金属薄膜、氧化物薄膜、半导体薄膜和多层膜等。
该方法通过多个步骤控制薄膜的生成和组织，实现对薄膜的厚度、结构和形貌的精确调控。
该技术的优点在于表面质量较好，制备出的薄膜厚度均匀性高，可以满足不同应用需求。
3. 喷墨印刷技术喷墨印刷技术是一种非接触式的印刷技术，可以实现对薄膜的快速制备和高效制备。
该技术通过喷头不断喷出可溶性、可打印的材料，通过滚筒的传送进行涂覆和干燥，最终形成薄膜。
该制备方法简单、成本低、适用于大面积薄膜制备，是一种可实现低成本、高效的制备技术。
4. 电子束蒸发技术电子束蒸发技术是一种高精度的薄膜制备技术，可以实现对薄膜中杂质、缺陷的精确控制。
该技术通过加热试料并利用电子轰击使其蒸发，将蒸汽沉积于基底表面形成薄膜。
该技术可以实现高纯度、高精度、高质量的薄膜制备，其制备出的薄膜具有优良的物理、化学性能，适用于半导体、光电子等领域。
总结：随着社会经济的发展和科技的进步，薄膜制备技术已成为当今科技领域的研究热点之一。
有机-无机杂化薄膜制备技术、溅射法制备薄膜技术、喷墨印刷技术和电子束蒸发技术是当前薄膜制备技术的新方法和新技术。
这些技术的不断创新和发展，将为高性能薄膜材料的制备与应用提供更广大的发展空间和应用前景。
一种制备均相有机-无机杂化膜的方法[发明专利]
![一种制备均相有机-无机杂化膜的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/ad9798eab52acfc788ebc93f.png)
专利名称：一种制备均相有机-无机杂化膜的方法专利类型：发明专利
发明人：毛丽莉,韩森建,王海增
申请号：CN201510603118.8
申请日：20150921
公开号：CN105214523A
公开日：
20160106
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明的目的是提供一种均相有机-无机杂化膜的制备方法，是在20～90℃下，将制得的铸膜液在平面板上刮涂成平板膜，再将其置于温度20～90℃的凝固浴中，浸泡48～72小时制成有机-无机Mg(OH)/PES杂化膜材料。
本发明制得的有机-无机杂化膜材料具有表面开孔结构，氢氧化镁纳米颗粒在杂化膜的表面和孔道中均匀分散。
申请人：中国海洋大学
地址：266003 山东省青岛市市南区鱼山路5号
国籍：CN
代理机构：青岛海昊知识产权事务所有限公司
代理人：曾庆国
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层状组装无机膜的制备方法.
Tailored Chemosensors for Chloroaromatic Acids Using Molecular Imprinted TiO2 Thin Films on Ion-Sensitive Field-Effect Transistors
Anal. Chem.2001, 73,720-723
About Oxygen Plasma Treatment
Plasma is an excited low pressure gas, which can be used for surface treatment and critical cleaning applications. Ions and electrons in the plasma react with the surface of materials, which results in removal of organic contamination as well as chemical modification of the surface.
Surface Layer
Substrate
Atoms (O)
Molecules (O3) Ions (O+, O-, O2+, O2-,
ionized ozone)
Electrons
Free radicals
Process Gas Outlet (Vacuum Pump)
Metastables Electrodes
Field Effect Transistors
Normally, semiconductors don't have many free electrons. Since electric current relies on those free electrons, the amount of current that can travel through an isolated semiconductor is negligible. Put a slab of silicon, for example, in the middle of a circuit and it will stop the current in its tracks. But things change if you put an electric field near that silicon. Bringing a positively-charged metal plate up close will attract the negatively-charged electrons from inside the body of the semiconductor. These electrons stream to the surface—suddenly there is an abundance of free electrons creating a pathway for the blocked current. Where once there was a stopped passage, electricity can now flow. By controlling the voltage on the metal plate, you can easily flip the current through the semiconductor on and off. On top of that, the current traveling through the semiconductor will be an exact replica of the signal sent to the metal plate—only larger. The transistor has amplified the original signal. Since this transistor depends on an electric field, it's known as a Field Effect transistor.
图案化自组装有机单分子薄膜
图案化自组装有机单分子薄膜介燕妮;樊慧庆【摘要】目的图案化自组装有机单分子薄膜,开辟低成本、高效率制备有机单分子薄膜图案的新途径.方法采用光刻蚀的方法制备聚二甲基硅氧烷(PDMS)模子,通过模板诱导组装,将有机分子十六烷基硫醇(HDT)、1,10-癸二硫醇(DDT)和4-十二烷基硫醇邻苯二酚(MBD)选择性沉积在金表面.结果得到规则有序的有机单分子层图案.结论利用有机分子端基官能团功能化金表面,这种被功能化的金试样是形成纳米颗粒图案和制备有机分子器件的基础.【期刊名称】《西北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(043)002【总页数】5页(P233-237)【关键词】自组装单分子薄膜;光刻蚀;聚二甲基硅氧烷;微接触印刷术【作者】介燕妮;樊慧庆【作者单位】西北工业大学材料学院,陕西西安710072;西北工业大学材料学院,陕西西安710072【正文语种】中文【中图分类】O69图案化是指在至少一维方向上生成纳米级或者微米级的规则表面结构,随着现代科学技术的发展,微米和纳米尺度表面的微加工或图案化已经引起了人们广泛关注。
如今人们可以借助扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等先进仪器对固体表面的结构和性质进行微米和纳米尺度的表征,而且还可以通过各种物理、化学、甚至生物的表面图案化技术来控制固体表面上的微观结构和性质[1]。
图案化技术在微电子行业、化学和生物物质微分析、生物芯片、微体积反应器、组合合成和微机电系统等领域的应用在迅速增长。
由于自组装分子薄膜可以头尾两端连接不同的材料,所以,目前人们将有机分子膜的一端与金表面生长,另外一端连接另外一种材料,诸如纳米颗粒[2]、纳米丝或者其他纳米结构的物质,在这种情况下,如果自组装有机分子膜被图案化,则连接在有机分子膜另一端的纳米颗粒、纳米丝或者其他纳米结构的物质也会相应被图案化[2]。
有研究者将两种不同类型的自组装分子膜应用于碳纳米管的生长[3]。
有机无机杂化膜
【关键词】多壁碳纳米管；功能化；有机/无机杂化膜；界面聚合；超滤；反渗透；渗透汽化；有机-无机杂化膜的研究进展1.简介传统的有机膜具有柔韧性良好、透气性高、密度低的优点，但是它们的耐溶剂性、耐腐蚀、耐温度性都较差，而单纯的无机膜虽然强度高、耐腐蚀、耐溶剂、耐高温，但比较脆，不易加工，因而制备一种兼具有两者优点的膜是目前研究的热点。
有机-无机杂化膜在有机网络中引入无机质点，改善网络结构，增强了膜的机械性能，提高了热稳定性，改善和修饰膜的孔结构和分布，提高膜的渗透性和分离选择性。
2.有机-无机杂化膜的结构有机-无机杂化膜按结构可分为3大类：（1）有机相和无机相间以共价键结合的杂化膜，图1;（2）有机相和无机相间以范德华力或氢键结合的杂化膜，图2，膜从结构上可以分为在有机基质内分散着无机纳米微粒和在无机基质中添加纳米高分子微粒;（3）有机改性的陶瓷膜，图3。
谈纳米管自问世以来因其卓越的性能而备受关注。
将碳纳米管与聚合物复合从而提高聚合物3.有机-无机杂化膜的制备方法制备有机-无机杂化膜的方法包括：溶液-凝胶法、纳米微粒与高分子直接共混法、原位聚合法等。
这里重点介绍前两种方法。
（1）溶胶-凝胶法（sol-gel）溶胶-凝胶法是将无机前驱体溶于水或有机溶剂中形成均匀的溶液，通过水解、缩合反应生成粒子粒径为纳米级的溶胶，再经干燥转变为凝胶。
用溶胶-凝胶法制备的杂化膜内部有机和无机相易发生分离，不易得到均质膜。
当无机组分均匀的分散在有机网络中，且两者间存在一定的相互作用时，易得到透明均质膜。
这种相互作用可以是氢键也可以是化学键，组分间的化学键可以是M-C、M-O-Si-C或M-L（L为有机配体如多羟基配体，有机羧酸等）。
引入化学键有两者方法：一是选用包含有功能性基团的烷氧基硅氧烷单体作为无机前驱体；二是加入偶联剂对有机高聚物进行改性，选用三官能团的硅氧烷，更易得到均质膜。
（2）共混法该方法是高分子可以以溶液形式、乳业形式、熔融形式等与纳米无机微粒共混。
钙钛矿材料在激光领域的研究进展
中国光学
Ｖｏｌ．１２ Ｎｏ．５
２０１９年 １０月
ＣｈｉｎｅｓｅＯｐｔｉｃｓ
Ｏｃｔ．２０１９
文章编号 ２０９５１５３１（２０１９）０５０９９３２２
钙钛矿材料在激光领域的研究进展
王 兰１，２ ，董 渊１，高 嵩２，陈奎一２，房法成２，金光勇１
Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｌａｓｅｒｓ
ＷＡＮＧＬａｎ１，２ ，ＤＯＮＧＹｕａｎ１，ＧＡＯＳｏｎｇ２，ＣＨＥＮＫｕｉｙｉ２，ＦＡＮＧＦａｃｈｅｎｇ２，ＪＩＮＧｕａｎｇｙｏｎｇ１ （１．ＪｉｌｉｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｏｌｉｄｓｔａｔｅＬａｓｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２２，Ｃｈｉｎａ；
收稿日期：２０１９０１０７；修订日期：２０１９０３０１
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中国光学
第 １２卷
ｏｆｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｌｉｓｔｅｄ．Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｏｕｔｐｕｔｍｏｄｅｏｆｅｘｉｓｔｉｎｇｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅｌａｓｅｒｓａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｎｄｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｂａｒｒｉｅｒｓｔｏｔｈｅｗｉｄｅｓｐｒｅａｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｌａｓｅｒｓａｒｅａｎａ ｌｙｚｅｄ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｖｉｄｅｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｌａｓｅｒｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ；ｌａｓｅｒ；ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ
早在 ２００８年时就有关于钙钛矿材料产生激 光的报道［３］，当时所用的材料是掺钕的 ＬａＡｌＯ３单 晶，获得的激光波长为 １０８０ｎｍ；２０１４年初，人们 报道了关于有机无机杂化钙钛矿材料具有光学 增益性 并 在 ３９０～７９０ｎｍ 具 有 宽 波 长 可 调 节 性［４］，这是在较低阈值钙钛矿薄膜中通过自发放 大辐射（ＡＥＳ）并结合钙钛矿微型腔获得的激光发 射。这些报道使人们看到了钙钛矿材料成为高性 能激光增益介质的可能性和特殊优势，体现了钙 钛矿材料具备与激光相关的优异光学性质，也使 其在激光领域的应用变为可能。