一种流体剪切力调控的FAPbI3钙钛矿纳米晶的制备方法

一种流体剪切力调控的fapbi3钙钛矿纳米晶的制备方法
技术领域
1.本发明涉及钙钛矿纳米晶领域，具体涉及一种钙钛矿纳米晶fapbi3及其制备方法。


背景技术：

2.近十几年来，钙钛矿纳米晶由于其突出的光电性质，主要有半峰宽窄、可通过改变卤化物组成以及纳米晶大小使其实现光谱从紫外到近红外的轻松调谐，加上发光效率高以及简易低成本的合成方式，备受研究人员的青睐，这促使其应用于照明以及显示领域的脚步加快。
3.合成纳米晶的方式主要包括需提供惰性气体保护以及高温环境的热注入方法，该方法合成条件较为苛刻，成本较高，不易大规模制备。自2016年开始，配体辅助共沉淀的合成方式首次被提出，该方法只需在环境下进行就可得到钙钛矿纳米晶溶液，但是由于极性溶剂的引入和未经过较高温度的结晶过程，导致所得到的纳米晶稳定性差以及有中间相的生成，这极大限制了钙钛矿纳米晶的进一步应用。因此，怎样解决室温合成方法对纳米晶带来的不良影响仍然是一个迫切需要解决的挑战。


技术实现要素：

4.本发明针对背景技术所提到的问题，提供一种fapbi3钙钛矿纳米晶制备方法。
5.本发明的目的是提供一种流体剪切力调控的fapbi3钙钛矿纳米晶的制备方法，包括以下步骤：
6.步骤1，钙钛矿前驱体的配置：将0.01598g fai(0.09mmol)、0.04610g pbi
2 (0.1mmol)混合溶解在1ml dmf中，在环境中1000rpm/min搅拌10min至其充分溶解，而后顺序逐滴滴加200μl油酸、150μl油胺，最终得到钙钛矿前驱体；
7.步骤2，反溶剂的引入：取3ml三氯甲烷于分别于5ml、20ml的样品瓶中，磁力搅拌器的速度设置五个梯度，分别为500rpm/min、800rpm/min、 1000rpm/min、1200rpm/min、1500rpm/min，随后向其中注入100μl的钙钛矿前驱体溶液。
8.步骤3，纳米晶粗溶液的纯化处理：将上述步骤2得到的纳米晶的粗溶液两次离心纯化，第一次离心去除掉未反应完全的前驱体溶液及反溶剂，第二次离心将纳米晶成功分散在非极性溶剂正己烷中。
9.优选的，步骤1中所使用的fai、pbi2纯度为99.5％，dmf为分析纯，纯度为97％，油酸的纯度为90％，油胺的纯度为70％。
10.优选的，步骤1中加过油酸油胺的钙钛矿前驱体1000rpm/min搅拌30s 后尽快注入到反溶剂中。
11.优选的，步骤2中所使用的三氯甲烷纯度为分析纯，密度(ρ)1480kg/m3, 黏度(μ)为0.000563pa
·
s。
12.优选的，步骤2中瓶子直径分别为0.018m、0.027m。
13.优选的，步骤3中第一次离心的转速为9000rpm/min，设置时间2min，摒弃掉上清液，取1ml正己烷溶解沉淀，第二次离心转速为3000rpm/min，设置时间5min，上清液为最终的钙钛矿纳米晶溶液。
14.优选的，步骤3中所使用的正己烷的纯度为90％。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.1)本发明采用基于流体剪切力调控制备出的fapbi3纳米晶的尺寸可控，为30nm左右；合适的流体剪切力得到的纳米晶绝对荧光量子产率接近100％，且稳定性优异。
17.2)本发明中，由于晶体质量的好坏由结晶速度与传质速度所决定，因此，获得高质量的纳米晶需要结晶速度与传质速度的匹配，合适的流体剪切力可提供这样的条件，得到发光效率最高、稳定性较好的纳米晶体，这对于进一步对纳米晶器件的构建提供良好的应用基础。
附图说明
18.图1为实施例1制备的fapbi3的透射电镜照片；
19.图2为实施例1与对比例1、对比例2制备的fapbi3钙钛矿纳米晶的绝对荧光量子产率数据；
20.图3为实施例1与对比例1、对比例2制备的fapbi3钙钛矿纳米晶的发光峰半峰宽数据；
21.图4为实施例1与对比例1、对比例2制备的fapbi3钙钛矿纳米晶的荧光与吸收图谱；
22.图5为实施例1与对比例1、对比例2制备的fapbi3钙钛矿纳米晶的稳态寿命图谱；
23.图6为实施例1与对比例1、对比例2制备的fapbi3钙钛矿纳米晶的x射线衍射图谱；
24.图7为实施例1制备的fapbi3钙钛矿纳米晶的在环境下储存的x射线衍射图谱；
25.图8为实施例1制备的fapbi3钙钛矿纳米晶的荧光量子产率在环境中随时间变化的图谱；
26.图9为实施例1制备的fapbi3钙钛矿纳米晶溶液的荧光量子产率在紫外灯照下随时间变化的图谱；
27.图10为实施例1制备的fapbi3钙钛矿纳米晶溶液的荧光量子产率随着稀释浓度变化的图谱；
28.图11为实施例1采用的流体剪切力的速度场分布；
29.图12为对比例1采用的流体剪切力的速度场分布；
30.图13为对比例2采用的流体剪切力的速度场分布；
31.附图标记说明:
32.对比例1:该流体剪切力由搅拌速度500rpm/min提供；实施例1:该流体剪切力由搅拌速度1000rpm/min提供；对比例2:该流体剪切力由搅拌速度1500 rpm/min提供。
具体实施方式
33.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
34.实施例1
35.一种流体剪切力调控的fapbi3钙钛矿纳米晶的制备方法，该方法具体是按照以下步骤进行的：
36.s1，将0.01598g(0.09mmol)fai、0.04610g(0.1mmol)pbi2称量到5 ml透明瓶子中，加入1ml dmf，加入磁子，在磁力搅拌器上1000rpm/min 搅拌10min，而后逐滴注入200μl油酸，然后逐滴注入150μl油胺，混合溶液继续搅拌10s至混合完全，制得钙钛矿前驱体溶液；
37.s2，在5ml的透明瓶子中加入3ml的三氯甲烷，搅拌速度1000rpm/min；
38.s3，将100μl的钙钛矿前驱体溶液注入到搅拌状态下的三氯甲烷中，得到纳米晶粗溶液；
39.s4，将纳米晶粗溶液9000rpm/min离心2min，摒弃掉上清液，将沉淀溶解在1ml正己烷中，再次3000rpm/min离心5min，取上清液，即得到fapbi3纳米晶溶液。
40.对比例1
41.一种流体剪切力调控的fapbi3钙钛矿纳米晶的制备方法。
42.具体制备方法同实施例1，不同之处在于的反溶剂三氯甲烷的搅拌状态，具体如下：
43.在5ml的透明瓶子中加入3ml的三氯甲烷，搅拌速度500rpm/min。
44.对比例2
45.一种流体剪切力调控的fapbi3钙钛矿纳米晶的制备方法。
46.具体制备方法同实施例1，不同之处在于的反溶剂三氯甲烷的搅拌状态，具体如下：
47.在20ml的透明瓶子中加入3ml的三氯甲烷，搅拌速度1500rpm/min。
48.为了验证本发明制备出的fapbi3钙钛矿纳米晶溶液和薄膜的性能，本发明对制备出的fapbi3钙钛矿纳米晶的发光性能、形貌、稳定性进行了检测，具体结果见图1-11。
49.图1为实施例1制备的fapbi3钙钛矿纳米晶的透射电镜照片，从图2可以看出，实施例1制备的fapbi3钙钛矿纳米晶粒径为30nm左右，且尺寸较为均匀。
50.图2为实施例1与对比例1、对比例2制备的fapbi3钙钛矿纳米晶的绝对荧光量子产率对比数据，从图2可以看出，实施例1得到的纳米晶的绝对荧光量子产率可接近100％。
51.图3为实施例1与对比例1、对比例2制备的fapbi3钙钛矿纳米晶的发光峰半峰宽对比图，从图3可以看出，实施例1得到的纳米晶的发光峰半峰宽较窄，色纯度较高。
52.图4为实施例1与对比例1、对比例2制备的fapbi3钙钛矿纳米晶的荧光与吸收对比图谱，从图4可以看出，实施例1制备的fapbi3钙钛矿纳米晶为纯的三维相，没有二维相等其他相的存在。
53.图5为实施例1与对比例1、对比例2制备的fapbi3钙钛矿纳米晶的稳态寿命对比图谱，从图5可以看出，实施例1制备的fapbi3钙钛矿纳米晶的寿命最长，为557ns。
54.图6为实施例1与对比例1、对比例2制备的fapbi3钙钛矿纳米晶的x射线衍射对比图谱，从图6可以看出，实施例1制备的fapbi3钙钛矿纳米晶为光学活性α相。
55.图7为实施例1制备的fapbi3钙钛矿纳米晶的在环境下储存的x射线衍射图谱，从图7可以看出，实施例1制备的fapbi3钙钛矿纳米晶在环境中放置160天之后也并未发生相变。
56.图8为实施例1制备的fapbi3钙钛矿纳米晶的荧光量子产率在环境中随时间变化的图谱，从图8可以看出，实施例1制备的纳米晶在环境中放置近两周的时间，荧光量子产率接近100％，且随着时间推移并没有明显的变化。
57.图9为实施例1与对比例2制备的fapbi3钙钛矿纳米晶溶液的荧光量子产率在紫外灯照下随时间变化对比的图谱，从图9可以看出，实施例1制备的纳米晶在紫外灯下放置近两周的时间，荧光量子产率接近100％，且随着时间推移并没有明显的变化。
58.图10为实施例1与对比例2制备的fapbi3钙钛矿纳米晶溶液的荧光量子产率随着稀释浓度变化对比的图谱，从图10可以看出，实施例1制备的纳米晶稀释到150000倍后，稀释浓度可达9.3*10-6
mg/ml，此时荧光量子产率仍然维持在80％以上。
59.图11为实施例1采用的流体剪切力的速度场分布，从图11可以看出，实施例1速度场分布有足够的能量以及一定的稳定性。
60.图12为对比例1采用的流体剪切力的速度场分布，从图12可以看出，对比例1速度场分布稳定，但是没有足够能量的输入。
61.图13为对比例2采用的流体剪切力的速度场分布，从图13可以看出，对比例2速度场有大量能量的输入，但是缺少稳定性。
62.综上可知，本发明得到的fapbi3纳米晶的荧光量子效率以及纳米晶溶液、薄膜的稳定有了明显的提高，通过调控流体剪切力的大小得到高质量的纳米晶。
63.本发明描述了优选实施例及其效果。但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
64.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。