锰掺杂钙钛矿量子点玻璃及光纤的制备与研究

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全无机铯铅卤(Cs Pb X3,X=Cl、Br、I)钙钛矿量子点由于其优异的光电性能和简便的带隙可调谐特性,近年来吸引了人们的广泛关注。Cs Pb X3钙钛矿量子点作为一种很有前途的发光材料,在低阈值光泵浦激光器、高效发光二极管、光电探测器和太阳能电池等各种光电应用中具有广阔的应用前景。采用化学法合成的Cs Pb X3钙钛矿量子点的稳定性很差,它们对许多外界因素很敏感,如水分、氧气、光和热等。玻璃是一种性能优异的基质材料,具有高透过、高抗冲击性、高强度和良好的稳定性等优势。因此,我们将Cs Pb X3钙钛矿量子点与玻璃基质材料进行结合。本文成功制备了Cs Pb ClxBr3-x钙钛矿量子点玻璃,在不同温度热处理条件下成功在磷酸盐玻璃基质中析出了不同尺寸的Cs Pb ClxBr3-x钙钛矿量子点,研究了其发光特性和稳定性。在这基础上,成功制备了Mn2+离子掺杂Cs Pb ClxBr3-x钙钛矿量子点玻璃,具有双峰发射,并研究了玻璃中Cs Pb ClxBr3-x钙钛矿量子点和Mn2+离子之间的能量传递过程。最后利用管内熔融法制备了Mn2+离子掺杂Cs Pb ClxBr3-x钙钛矿量子点玻璃光纤,研究了其发光性能。主要的研究内容如下:(1)采用传统的熔融淬冷法,制备出了无色透明的Cs Pb ClxBr3-x钙钛矿量子点前驱体玻璃。经过不同温度热处理后,在磷酸盐玻璃中成功析出了不同尺寸的Cs Pb ClxBr3-x钙钛矿量子点。在365 nm激发下,可以观察到Cs Pb ClxBr3-x钙钛矿量子点在470 nm处的蓝光发射。随着热处理温度的不断提高,发光峰位逐渐红移。在200°C加热和冷却循环过程中,Cs Pb ClxBr3-x钙钛矿量子点玻璃发射强度能完全恢复。直接将Cs Pb ClxBr3-x钙钛矿量子点玻璃置于水溶液和酒精溶液中7天后,仍然能保持良好的发光特性。(2)采用熔融淬冷法,成功制备了Mn2+离子掺杂Cs Pb ClxBr3-x钙钛矿量子点玻璃。经过400°C热处理3h后,掺杂不同浓度Mn2+离子Cs Pb ClxBr3-x钙钛矿量子点玻璃具有双峰发射特性,分别源自于Cs Pb ClxBr3-x量子点的激子复合发射和Mn2+离子的d-d跃迁。实验结果表明,在Cs Pb ClxBr3-x量子点和Mn2+离子之间存在着能量传递过程。通过改变Mn2+离子的掺杂浓度,可以改变蓝光和红光的强度比,发光从蓝光区域穿过紫红色来到橙红色区域,有望用于颜色转换器。(3)我们采用Mn2+掺杂Cs Pb ClxBr3-x钙钛矿量子点磷酸盐玻璃作为芯层玻璃,包层玻璃采用商用K9玻璃。利用管内熔融法,在950°C下快速拉制了Mn2+离子掺杂Cs Pb ClxBr3-x钙钛矿量子点玻璃光纤。结构表征表明所制得的前驱体玻璃光纤芯层为透明非晶玻璃。通过对Mn2+离子掺杂Cs Pb ClxBr3-x钙钛矿量子点玻璃光纤的端面元素分布进行分析发现,芯层和包层玻璃之间没有明显的元素扩散现象。研究了在不同热处理温度下,Mn2+离子掺杂Cs Pb ClxBr3-x钙钛矿量子点玻璃光纤的发光性能。并探究了Mn2+掺杂Cs Pb ClxBr3-x钙钛矿量子点玻璃光纤用于温度传感的可行性,通过拟合发现荧光强度比FIR(I646/I460)与1/T具有线性关系,且在加热和冷却过程中FIR相一致,说明具有良好的温度传感可重复性。
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