一种钙钛矿纳米晶图案化阵列的制备方法

本发明属于纳米光学以及光电子器件制备，特别涉及钙钛矿纳米晶图案化阵列的制备方法。

背景技术：

1、近年来，纳米晶微结构阵列以其超高的发光量子产率、稳定的光学性能以及可调控的荧光波段等优势，在磁学、光学、光电子器件领域展现出了独特的性能和广泛的应用前景，成为近年来研究的热点之一。然而，迄今为止几乎所有钙钛矿纳米晶微结构的研究都集中在合成、光物理和光电应用上，图案化阵列的发展相对较少且范围有限。传统的纳米晶图案化方法往往涉及到极性溶剂，而卤化物钙钛矿的离子性使其容易溶于这些溶剂，因此这些方法不再适用。使用胶体晶体模板也有一定的局限性，一是制得的图案形状比较单一；二是胶体晶体模板会被钙钛矿纳米晶的常用溶剂所溶解，因而无法用于组装钙钛矿纳米晶。为满足全无机钙钛矿材料在光电子器件等领域应用和推广的需求，迫切需要开发一种高效便捷、低成本且不会破坏纳米晶的制备方法用于制备高质量钙钛矿纳米晶图案化阵列。

技术实现思路

1、解决的技术问题：本申请主要是提出一种钙钛矿纳米晶图案化阵列的制备方法，解决现有技术中存在的传统的纳米晶图案化方法往往涉及到极性溶剂，而卤化物钙钛矿的离子性使其容易溶于这些溶剂，使用胶体晶体模板也有一定的局限性，一是制得的图案形状比较单一；二是胶体晶体模板会被钙钛矿纳米晶的常用溶剂所溶解，因而无法用于组装钙钛矿纳米晶等技术问题，该方法通用性强，操作工艺难度低，且制得的钙钛矿图案化阵列形状可控、排列有序、光学性能较好。技术方案：

2、一种钙钛矿纳米晶图案化阵列的制备方法，所述的钙钛矿纳米晶为全无机cspbx3纳米晶，其中x为br或i，钙钛矿纳米晶图案化阵列的制备方法具体包括以下步骤：

3、第一步：清洗刻有凹槽阵列模板的硅片；

4、第二步：在硅片上自组装致密的硅烷单层膜：将第一步清洗后刻有凹槽阵列模板的硅片浸入硅烷溶液制得硅烷单层膜，取出并冲洗吹干制得模板；

5、第三步，制备钙钛矿纳米晶图案化阵列：在第二步处理后的模板上旋涂钙钛矿纳米晶溶液，用胶带除去凹槽以外区域的纳米晶，用紫外固化胶将钙钛矿纳米晶图案化阵列转移至基底上。

6、作为本发明的一种优选技术方案：所述第一步中的清洗过程为将质量分数95％-98％浓硫酸和质量分数30％过氧化氢同体积比混合得到piranha溶液；再将刻有凹槽阵列模板的硅片放在聚四氟乙烯烧杯中，加入piranha溶液超声清洗10分钟，之后用聚四氟乙烯镊子将超声清洗后的硅片转移至盛有沸水的烧杯中清洗10分钟；上述piranha溶液超声清洗和沸水清洗过程重复三次后将硅片保存在去离子水中备用。

7、作为本发明的一种优选技术方案：所述第二步的硅烷溶液为四氯化碳、三氯十八烷基硅烷和联环己烷的混合溶液，四氯化碳、三氯十八烷基硅烷和联环己烷的体积比为1:1:250-1.5:1:250。

8、作为本发明的一种优选技术方案：所述第二步刻有凹槽阵列模板的硅片浸入硅烷溶液前需先用在沸水蒸汽上放置0.5-2秒，浸入硅烷溶液的时长为5-15分钟。

9、作为本发明的一种优选技术方案：所述第二步的冲洗过程使用的试剂为氯仿或二氯甲烷，冲洗除去未结合的硅烷分子，再用氮气枪将氯仿或二氯甲烷吹干。

10、作为本发明的一种优选技术方案：所述第二步需要重复2-4次提高硅烷单层膜的质量。

11、作为本发明的一种优选技术方案：所述第三步的旋涂过程，转速为1000-2000转/分钟，旋涂时间为30-60秒。

12、作为本发明的一种优选技术方案：所述第三步用紫外固化胶将钙钛矿纳米晶图案化阵列转移至其它基底上具体过程为：在第二步制得的模板上滴涂紫外固化胶，用基底按压至胶水均匀覆盖整个模板后转移到紫外灯下固化，用刀片将模板和基底分开，最后得到钙钛矿纳米晶图案化阵列。

13、作为本发明的一种优选技术方案：所述基底为玻璃、硅片、云母片、塑料基底中的一种或几种。

14、作为本发明的一种优选技术方案：所述使用后的第二步制得的模板放在氯仿或二氯甲烷中超声清洗，吹干后可重复利用10-20次。

15、原理解释：自组装致密的单层膜是成功制备纳米晶图案化阵列的关键，原因有两点，一是三氯十八烷基硅烷单层膜为疏水性薄膜，而钙钛矿纳米晶表面也修饰有疏水性的配体，有助于纳米晶更均匀致密地分散在模板凹槽中；另一个原因是组装了三氯十八烷基硅烷单层膜能够降低模板的表面能，有助于后续钙钛矿纳米晶微结构阵列的转移过程；为了组装高质量的硅烷单层膜，需要在模板表面吸附一薄层水，具体做法是将模板置于沸水蒸汽中放置0.5-2秒取出，薄层水能增强流动性从而改善硅烷薄膜的质量，如果模板在沸水蒸汽中放置时间太长会液化形成明显的液滴，从而导致硅烷分子在局部发生不受控制地交联；混合溶液中四氯化碳的作用是阻止三氯十八烷基硅烷形成胶束，由于联环己烷高的表面张力、低挥发性且不易吸潮等特点而被选择作为溶剂。

16、有益效果：本申请所述钙钛矿纳米晶图案化阵列的制备方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

17、1、本发明提供的钙钛矿纳米晶微阵列的方法通用性强，操作工艺难度低，且制得的钙钛矿微结构阵列形状可控、排列有序、光学性能较好；

18、2、本发明提供的钙钛矿纳米晶微阵列的制备方法所需设备简单、耗能低、容易操作，原料供给方便，在一般的实验室均能完成，易于推广；

19、3、本发明为促进全无机钙钛矿材料在光电子器件等领域的应用和推广以及满足其在光电子器件等领域的需求奠定了基础。

技术特征：

1.一种钙钛矿纳米晶图案化阵列的制备方法，其特征在于，所述的钙钛矿纳米晶为全无机cspbx3纳米晶，其中x为br或i，钙钛矿纳米晶图案化阵列的制备方法具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述钙钛矿纳米晶图案化阵列的制备方法，其特征在于：所述第一步中的清洗过程为将质量分数95％-98％浓硫酸和质量分数30％过氧化氢同体积比混合得到piranha溶液；再将刻有凹槽阵列模板的硅片放在聚四氟乙烯烧杯中，加入piranha溶液超声清洗10分钟，之后用聚四氟乙烯镊子将超声清洗后的硅片转移至盛有沸水的烧杯中清洗10分钟；上述piranha溶液超声清洗和沸水清洗过程重复三次后将硅片保存在去离子水中备用。

3.根据权利要求1所述钙钛矿纳米晶图案化阵列的制备方法，其特征在于：所述第二步的硅烷溶液为四氯化碳、三氯十八烷基硅烷和联环己烷的混合溶液，四氯化碳、三氯十八烷基硅烷和联环己烷的体积比为1:1:250-1.5:1:250。

4.根据权利要求1所述的钙钛矿纳米晶图案化阵列的制备方法，其特征在于：所述第二步刻有凹槽阵列模板的硅片浸入硅烷溶液前需先用在沸水蒸汽上放置0.5-2秒，浸入硅烷溶液的时长为5-15分钟。

5.根据权利要求1所述的钙钛矿纳米晶图案化阵列的制备方法，其特征在于：所述第二步的冲洗过程使用的试剂为氯仿或二氯甲烷，冲洗除去未结合的硅烷分子，再用氮气枪将氯仿或二氯甲烷吹干。

6.根据权利要求1所述的钙钛矿纳米晶图案化阵列的制备方法，其特征在于：所述第二步需要重复2-4次提高硅烷单层膜的质量。

7.根据权利要求1所述的钙钛矿纳米晶图案化阵列的制备方法，其特征在于：所述第三步的旋涂过程，转速为1000-2000转/分钟，旋涂时间为30-60秒。

8.根据权利要求1所述的钙钛矿纳米晶图案化阵列的制备方法，其特征在于：所述第三步用紫外固化胶将钙钛矿纳米晶图案化阵列转移至其它基底上具体过程为：在第二步制得的模板上滴涂紫外固化胶，用基底按压至胶水均匀覆盖整个模板后转移到紫外灯下固化，用刀片将模板和基底分开，最后得到钙钛矿纳米晶图案化阵列。

9.根据权利要求8所述的钙钛矿纳米晶图案化阵列的制备方法，其特征在于：所述基底为玻璃、硅片、云母片、塑料基底中的一种或几种。

10.根据权利要求8所述的钙钛矿纳米晶图案化阵列的制备方法，其特征在于：所述使用后的第二步制得的模板放在氯仿或二氯甲烷中超声清洗，吹干后可重复利用10-20次。

技术总结本申请公开了一种钙钛矿纳米晶图案化阵列的制备方法，所述的钙钛矿纳米晶为全无机CsPbX<subgt;3</subgt;纳米晶，所述X为Br或I。该制备方法包括以下步骤：清洗刻有凹槽阵列模板的硅片；在硅片上自组装致密的硅烷单层膜：将凹槽阵列模板硅片浸入硅烷溶液一段时间后取出并冲洗吹干；制备钙钛矿纳米晶图案化阵列：在硅片模板上旋涂钙钛矿纳米晶溶液，用胶带除去凹槽以外区域的纳米晶，用紫外固化胶将钙钛矿纳米晶图案化阵列转移至其它基底上；本申请钙钛矿纳米晶图案化阵列的制备方法通用性强，操作工艺难度低，制得的钙钛矿图案化阵列形状可控、排列有序、光学性能较好。技术研发人员：徐敬坤,周烨辰,万英,朱恺延,董怡秀,臧晨曦,赵磊受保护的技术使用者：南京信息工程大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2