鉛基鹵化鈣鈦礦納米晶具有高光致發(fā)光量子產(chǎn)率、窄半峰寬和寬發(fā)光色域的優(yōu)勢(shì)，是眾多領(lǐng)域中的理想光電材料。但是，傳統(tǒng)的釜式制備方法得到的鈣鈦礦納米晶具有質(zhì)量不穩(wěn)定、單批次產(chǎn)量少等問(wèn)題，限制了鈣鈦礦納米晶的市場(chǎng)化應(yīng)用。

近日，清華大學(xué)化工系徐建鴻教授在SCIENCE CHINA Materials雜志發(fā)表研究論文，通過(guò)設(shè)計(jì)基于納升級(jí)液滴流的微反應(yīng)器平臺(tái)用于合成全可見(jiàn)光譜發(fā)光的銫鉛鹵鈣鈦礦納米晶體，為鈣鈦礦納米晶的規(guī)模化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

圖1 用于合成鈣鈦礦納米晶的納升級(jí)液滴流微反應(yīng)器平臺(tái)示意圖

通過(guò)優(yōu)化前驅(qū)體種類(lèi)，使用溶解度更高的醋酸銫代替碳酸銫作為銫源前驅(qū)體，解決了微反應(yīng)器內(nèi)較高濃度前驅(qū)體常溫進(jìn)料堵塞通道的難題。此外，利用納升級(jí)液滴的限域反應(yīng)特性，強(qiáng)化前驅(qū)體的混合，并限制納米晶體的生長(zhǎng)尺寸。與已報(bào)道的其他合成方法相比，該合成方法可以將前驅(qū)體濃度提高到文獻(xiàn)水平的3-116倍，將配體與反應(yīng)物的比例降低到熱注入法的2%-50%，單次反應(yīng)的理論產(chǎn)量提高2-61.5倍。

圖2 微反應(yīng)器的有效前驅(qū)體濃度、配體-反應(yīng)物比例、理論產(chǎn)量與其他制備方法的對(duì)比

該微反應(yīng)器可精確控制納米晶體在130nL液滴內(nèi)的生長(zhǎng)過(guò)程，通過(guò)改變反應(yīng)溫度和停留時(shí)間，探究了CsPbBr-?納米晶形貌和光致發(fā)光性質(zhì)之間的構(gòu)效關(guān)系，納米晶的量子產(chǎn)率最高可達(dá)87%。此外，通過(guò)在線調(diào)整PbX?前驅(qū)體的比例，可實(shí)現(xiàn)快速制備全可見(jiàn)光譜（406-677nm）發(fā)光的無(wú)機(jī)鉛鹵鈣鈦礦納米晶體。

圖3 該裝置可精確探究反應(yīng)溫度對(duì)納米晶形貌、尺寸與光致發(fā)光性能的影響

最后，具有不同顏色發(fā)射光的鈣鈦礦納米晶被封裝在藍(lán)光LED燈帶上，組裝成可穿戴LED設(shè)備。該設(shè)備在10-100℃環(huán)境中均能保持明亮的熒光，說(shuō)明該LED燈帶可以適用于高溫操作的場(chǎng)合。

圖4 由不同熒光顏色的鈣鈦礦納米晶制備成的彩色可穿戴LED燈帶