复合材料及其制备方法

本发明涉及复合材料、发光材料领域，具体地，涉及一种复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿量子点是一种尺寸在10nm左右且存在量子限域效应的无机纳米晶，具有高光致发光量子产率、高色纯度、可调谐的发射波长和低成本等特点，在显示、激光、光电探测器、太阳能电池、生物成像等方面具有广泛的应用前景。

2、尽管钙钛矿量子点材料具有优异的发光性能，但是它们存在非常明显的缺陷，即稳定性较差，尤其是铅卤钙钛矿量子点，对环境中的水、氧、高温等因素非常敏感，在这些外界条件的作用下，钙钛矿量子点面临相转化、分解、团聚和被氧化等问题，这些问题将导致钙钛矿量子点发生发射峰位移、半高宽展宽、荧光强度衰减或者猝灭等不利现象，严重影响其在光电方面的实际应用。

3、目前，提升钙钛矿量子点稳定性的方法主要包括离子掺杂和配体钝化。离子掺杂是通过针对a位和b位离子进行掺杂，利用离子半径的差异，改变钙钛矿量子点晶体的空间结构，进而调控材料的八面体形状、填充度和键长键能等，降低表面缺陷。但是，离子掺杂对钙钛矿量子点的稳定性提升相对有限。配体钝化策略是通过配体单元来钝化量子点的表面缺陷，但由于表面配体通常并非紧密地键合于晶体表面，而是动态的吸附/脱附于表面，在高温和持续光照条件下，非常容易导致晶体自生长，进而造成严重的荧光猝灭。

4、因此，目前的方法对钙钛矿量子点在多种溶液环境中的稳定性提升依然存在局限。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、本发明的一个方面，提出一种复合材料，包括钙钛矿量子点和聚合物，所述聚合物通过离子-偶极作用和氢键作用包覆在所述钙钛矿量子点的表面，所述聚合物包括聚甲基丙烯酸三氟乙酯、聚3-(全氟己基)丙基丙烯酸酯、聚全氟辛基丙基丙烯酸酯、聚全氟癸基乙基丙烯酸酯、聚丙烯酸五氟苯酯、聚甲基丙烯酸六氟异丙酯、聚丙烯酸六氟丁酯、聚丙烯酸四氟丙酯、聚丙烯酸十二氟庚酯、聚3-三甲氧基硅烷丙烯酸丙脂中的至少之一。

3、本发明的复合材料，聚合物与钙钛矿量子点之间通过离子-偶极作用和氢键作用紧密结合，降低了钙钛矿量子点材料的缺陷态密度，进而提升了复合材料的高量子产率和发光效率。

4、根据本发明的实施例，所述钙钛矿量子点材料包括apbx3，其中a为cs、甲胺阳离子、甲脒阳离子中的至少之一，x为cl、br、i中的至少之一。

5、根据本发明的实施例，基于所述复合材料的总质量，所述钙钛矿量子点的含量为0.2-1wt％，所述聚合物的含量为99-99.8wt％。

6、本发明的另一方面，提出一种制备上述复合材料的方法，该方法包括：对钙钛矿量子点材料、溶剂、聚合物单体和引发剂进行第一混合并搅拌，且在紫外光照条件下使聚合物单体发生聚合反应，以得到钙钛矿量子点复合材料，其中，聚合物单体包括甲基丙烯酸三氟乙酯、3-(全氟己基)丙基丙烯酸酯、全氟辛基丙基丙烯酸酯、全氟癸基乙基丙烯酸酯、丙烯酸五氟苯酯、甲基丙烯酸六氟异丙酯、丙烯酸六氟丁酯、丙烯酸四氟丙酯、丙烯酸十二氟庚酯、3-三甲氧基硅烷丙烯酸丙脂中的至少之一。本发明的方法在紫外光条件下使单体发生聚合并包覆在钙钛矿量子点材料上，工艺简单且工艺过程易于控制。同时通过本发明的方法制备的复合材料可以稳定存在在强酸、强碱等不同溶液环境中。

7、根据本发明的实施例，所述第一混合包括：(1)对钙钛矿量子点材料与溶剂进行第二混合，形成溶液；(2)对所述溶液与聚合物单体和引发剂进行第三混合并搅拌，且在紫外光照条件下使聚合物单体发生聚合反应，以得到钙钛矿量子点复合材料。

8、根据本发明的实施例，步骤(1)中，所述溶液中钙钛矿量子点的浓度为0.1-3g/ml。

9、根据本发明的实施例，步骤(1)中，所述溶剂包括甲苯、石油醚、正己烷、环己烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、异辛烷中的的至少之一。

10、根据本发明的实施例，步骤(2)中，所述溶液中所述钙钛矿量子点材料的质量、聚合物单体的质量和引发剂的质量比为1∶(195-350)∶(0.9-1.2)。

11、根据本发明的实施例，步骤(2)中，所述聚合的时间为0.5-2h。

12、根据本发明的实施例，所述钙钛矿量子点材料的制备包括：对a源、烯和有机烷基酸进行第四混合，得到含a源前驱体溶液；对pb源、烯、有机烷基酸和有机烷基胺进行第五混合，得到含pb源前驱体溶液；对所述含a源前驱体溶液和所述含pb源前驱体溶液进行第六混合，得到apbx3。

13、根据本发明的实施例，所述a源、烯和有机烷基酸的质量比为1∶(30-40)∶(1.5-4.5)。

14、根据本发明的实施例，所述pb源、烯、有机烷基酸和有机烷基胺的质量比为1∶(50-60)∶(5-10)∶(5-10)。

15、根据本发明的实施例，所述含a源前驱体溶液中a源的浓度为0.05-0.2mol/l。

16、根据本发明的实施例，所述含pb源前驱体溶液中pb源的浓度为0.02-0.1mol/l。

17、根据本发明的实施例，所述a源包括：碳酸铯、乙酸铯、甲胺碘、甲胺溴、甲脒碘、甲脒溴。

18、根据本发明的实施例，所述pb源包括氯化铅、溴化铅、碘化铅。

19、根据本发明的实施例，所述烯包括十八烯、十七烯。

20、根据本发明的实施例，所述有机烷基酸包括油酸、亚油酸、花生四烯酸、芥酸、8-壬烯酸、9-癸烯酸、16-十七烯酸中的至少之一。

21、根据本发明的实施例，所述有机烷基胺包括油胺、9-十八碳烯-1-胺、芥基伯胺中的至少之一。

22、根据本发明的实施例，所述引发剂包括苯偶姻及其衍生物、苯偶酰衍生物、二烷氧基苯乙酮、α-羟烷基苯酮、酰基磷氧化物中的至少之一。

技术特征：

1.复合材料，其特征在于，包括钙钛矿量子点和聚合物，所述聚合物通过离子-偶极作用和氢键作用包覆在所述钙钛矿量子点的表面，所述聚合物包括聚甲基丙烯酸三氟乙酯、聚3-(全氟己基)丙基丙烯酸酯、聚全氟辛基丙基丙烯酸酯、聚全氟癸基乙基丙烯酸酯、聚丙烯酸五氟苯酯、聚甲基丙烯酸六氟异丙酯、聚丙烯酸六氟丁酯、聚丙烯酸四氟丙酯、聚丙烯酸十二氟庚酯、聚3-三甲氧基硅烷丙烯酸丙脂中的至少之一。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述钙钛矿量子点材料包括apbx3，其中a为cs、甲胺阳离子、甲脒阳离子中的至少之一，x为cl、br、i中的至少之一。

3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，基于所述复合材料的总质量，所述钙钛矿量子点的含量为0.2-1wt％，所述聚合物的含量为99-99.8wt％。

4.制备权利要求1-3任一项所述的复合材料的方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一混合包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶液中钙钛矿量子点的浓度为0.1-3g/ml；

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述溶液中所述钙钛矿量子点材料的质量、聚合物单体的质量和引发剂的质量比为1∶(195-350)∶(0.9-1.2)；

8.根据权利要求4-7任一项所述的方法，其特征在于，所述钙钛矿量子点材料的制备包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述a源、烯和有机烷基酸的质量比为1∶(30-40)∶(1.5-4.5)；

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述引发剂包括苯偶姻及其衍生物、苯偶酰衍生物、二烷氧基苯乙酮、α-羟烷基苯酮、酰基磷氧化物中的至少之一。

技术总结本发明属于复合材料、发光材料领域，提供一种复合材料及其制备方法。所述复合材料包括钙钛矿量子点和聚合物，所述聚合物通过离子‑偶极作用和氢键作用包覆在所述钙钛矿量子点的表面，所述聚合物包括聚甲基丙烯酸三氟乙酯、聚3‑(全氟己基)丙基丙烯酸酯、聚全氟辛基丙基丙烯酸酯、聚全氟癸基乙基丙烯酸酯、聚丙烯酸五氟苯酯、聚甲基丙烯酸六氟异丙酯、聚丙烯酸六氟丁酯、聚丙烯酸四氟丙酯、聚丙烯酸十二氟庚酯、聚3‑三甲氧基硅烷丙烯酸丙脂中的至少之一。本发明的复合材料，聚合物与钙钛矿量子点之间通过离子‑偶极作用和氢键作用紧密结合，可降低钙钛矿量子点材料的缺陷态密度，进而提升复合材料的量子产率和发光效率。技术研发人员：王朝,刘韫聪,金喆恺,徐豪,赵志国,肖平受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2