红光钙钛矿量子点的构筑及其发光性能研究

[37]，充分证实掺杂Sr²⁺的量子点的晶格完整性得以有效保持。值得注意的是，在整个衍射图谱中未检测到杂相衍射峰，说明掺杂过程未引入晶体缺陷或结构畸变。进一步分析发现，(200)晶面衍射峰位向大角度方向偏移约0.42°，根据布拉格方程2dsinθ=nλ计算表明，该位移源于Sr²⁺(离子半径1.18Å)对Pb²⁺(1.19Å)的部分取代引发的晶格收缩效应。图3.SEQ图3.\*ARABIC7(a)未掺杂与掺杂体系的红光钙钛矿量子点的PLQY(b)未掺杂与掺杂体系红色钙钛矿量子点的XRD图谱接着我们使用TEM探究掺杂工艺对量子点微观结构的调控机制及其本征稳定性差异。通过观察REF_Ref196405344\h图3.8(a)、(b)可图3.8图3.SEQ图3.\*ARABIC8(a)、(b)分别为掺杂与未掺杂Sr2+的红光钙钛矿量子点的TEM图像；(c)、(d)分别为(a)、(b)中的粒子分布统计图在系统表征了两种体系钙钛矿量子点的发光特性后，我们采用PL光谱技术对其长期稳定性进行评估。通过为期30天的加速老化实验，以5天为间隔周期性地采集PL数据，在室温避光条件下追踪掺杂与未掺杂体系的光致发光性能演变规律，结果如REF_Ref196405397\h图3.9所示。图3.SEQ图3.\*ARABIC9掺杂与未掺杂Sr²⁺的红光钙钛矿量子点体系在30天内每5天的PL图谱中峰值的变化情况。(a)峰值处发光强度的变化；(b)峰值处发射光波长的变化结果表明，在室温避光条件下储存30天后，掺杂体系在发光强度的衰减程度要远小于未掺杂体系，仅仅为其衰减程度的37.5%，如REF_Ref196405397\h图3.9(a)所示。这说明量子点通过掺杂有效地抑制了卤素离子迁移导致的相分离或者缺陷聚集，晶体结构未发生显著破坏，尤其在湿度和温度等外界应力下不易生成非发光正交相，从而提升了使用寿命。不仅如此，在统计30天内PL图谱的峰值处发射光波长时，我们发现，未掺杂体系发射光波长发生了19nm的蓝移(627nm→608nm),而掺杂体系仅为6nm(627nm→621nm)，如REF_Ref196405397\h图3.9(b)所示。虽然都发生了蓝移现象，但是掺杂体系要比未掺杂体系小的多，波长蓝移率不到未掺杂体系的三分之一，这证明了掺杂体系在30天内的颜色差异要远小于为掺杂体系，颜色稳定性有了较大地提升。稳定性提升与前期研究的理论预测相吻合，证实适量Sr²⁺掺杂通过降低量子点表面能，有效抑制了晶格畸变和表面缺陷的产生，从而显著增强了材料体系的抗老化性能。4总结与展望作为下一代显示技术的核心材料，红光钙钛矿量子点凭借其窄发射光谱、高色纯度及可调谐带隙等特性，在Micro-LED、柔性电子等领域展现出极大的使用价值。但是，其固有的稳定性缺陷，包括卤素迁移、晶格畸变及环境敏感性等，严重制约了实际器件的寿命与可靠性，因此，如何提升红光钙钛矿量子点的稳定性是光电领域研究讨论的重点。基于此背景下，本文提出B位Sr²⁺掺杂策略，通过精准控制Sr²⁺/Pb²⁺取代比例并采用热注入法合成红光钙钛矿量子点，根据PL测试结果，掺杂浓度为0.1的体系有着更加优异的发光性能，因此我们在后续的PLQY、XRD、TEM表征实验中用它与未掺杂体系做了对比。根据表征测试结果我们发现，适量掺杂后的量子点尺寸分布均匀，未出现明显团聚或结构崩塌，并且仍保持70%以上的量子产率。除此之外，在30天老化试验中，掺杂体系的发光峰仅蓝移6nm，PL强度衰减率仅为未掺杂体系的37.5%，显著提升了光稳定性，进一步证明Sr²⁺掺杂有效延缓了晶格畸变。尽管本文已经进行了多维度的机理分析和实验测试，但是仍然有部分问题亟待解决。在PL测试中，我们通过对比发现，初始合成的红光钙钛矿量子点中，掺杂体系的峰值光强是要小于未掺杂体系的，这说明掺杂的Sr2+使量子点本身的发光性能有一定程度的下降，为此我们需要更加深层次地研究Pb2+和Sr2+差异性，探究这种差异对钙钛矿立方相结构的形成机制是否产生影响，为此，我们可以构建两种体系晶体结构的理论模型，并使用定性分析和定量计算进行合理且准确地分析。除此之外，本文所使用的提高红光钙钛矿量子点稳定性的办法只有离子掺杂一种，所以下一步我们希望采用多种策略共用的办法，从多个角度去提升量子点的稳定性和发光性能，并且尽量减少Pb2+的占比从而使量子点更加绿色化，这三个目标不仅是我们努力的方向，更是业界所有人的期望。另外，由于能够替代Pb2+的其他金属离子数量繁多，各种研究的掺杂体系五花八门，没有一个完整健全的掺杂系统，若是想要详细地掌握这个方向的知识需要大量的时间、人力和物力，所以建立一个尽量完整的钙钛矿离子掺杂数据库是有必要的，这不仅能够节省不必要的付出，而且能够极大程度地推进钙钛矿量子点的发展。参考文献钟超,胡海龙,郭太良,等.量子点微显示技术的发展与挑战[J].中国激光,2025,52(1):02.郭维书.钙钛矿量子点聚合物薄膜的激光固化研究及图案化应用[D].南京:南京理工大学,2024.GushchinaI,TrepalinV,ZaitsevE,etal.ExcitationIntensity-andSize-DependentHalidePhotosegregationinCsPb(I0.5Br0.5)3PerovskiteNanocrystals[J].ACSNano,2022,16(12):21636-21644.BeraS,PradhanN.PerovskiteNanocrystalHeterostructures:Synthesis,OpticalProperties,andApplications[J].ACSEnergyLetters,2020,5(9):2858-2872.LuTW,LinW,ZhangTQ,etal.Self-polarizedRGBdevicerealizedbysemipolarmicro-LEDsandperovskite-in-polymerfilmsforbacklightapplications[J].Opto-ElectronicAdvances,2024,7(3):230210.HuangRX,YaoDY,SunKC,etal.FlexiblequantumdotscolorconversionlayerfabricatedvialaserdirectwritingtechniqueforMicro-LED[J].JournalofLuminescence,2025,277(1):120902.陈晓钢,赵梦云,蔡俊虎,等.基于量子点@有序介孔复合材料的Micro-LED色转换特性[J].发光学报,2024,45(1):59-68.PeighambardoustNS,SadeghiE,AydemirU.Leadhalideperovskitequantumdotsforphotovoltaicsandphotocatalysis:areview[J].ACSAppliedNanoMaterials,2022,5(10):14092-14132.张丽媛,王查斯娜,胡井香,等.离子掺杂调控双钙钛矿量子点发光性能的研究进展[J].高等学校化学学报,2024,45(9):12-26.王敏.全无机红光钙钛矿量子点发光性能及稳定性研究[D].湖北:华中科技大学,2023.AkkermanQA,RainòG,KovalenkoMV,etal.Genesis,challengesandopportunitiesforcolloidalleadhalideperovskitenanocrystals[J].NatureMaterials,2018,17(5):394-405.MurrayCB,NorrisDJ,BawendiMG.SynthesisandcharacterizationofnearlymonodisperseCdE(E=sulfur,selenium,tellurium)semiconductornanocrystallites[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,1993,115(19):8706-8715.ProtesescuL,YakuninS,BodnarchukMI,etal.Nanocrystalsofcesiumleadhalideperovskites(CsPbX3,X=Cl,Br,andI):noveloptoelectronicmaterialsshowingbrightemissionwithwidecolorgamut.NanoLetters,2015,15(6):3692-3696.Albaladejo-SiguanM,BairdEC,KochDB,etal.Stabilityofquantumdotsolarcells:amatterof(life)time[J].AdvancedEnergyMaterials,2021,11(12):2003457.RooJD,IbáñezM,GeiregatP,NedelcuG,etal.Highlydynamicligandbindingandlightabsorptioncoefficientofcesiumleadbromideperovskitenanocrystals[J].ACSNano,2016,10(2):2071-2081.YuanG,RitchieC,RitterM,etal.ThedegradationandblinkingofsingleCsPbI3perovskitequantumdots[J].TheJournalofPhysicalChemistryC,2017,122(25):13407-13415.KongL,ZhangX,ZhangC,etal.Stabilityofperovskitelight‐emittingdiodes:existingissuesandmitigationstrategiesrelatedtobothmaterialanddeviceaspects[J].AdvancedMaterials,2022,34(43):2205217.LiN,JiaY,GuoY,ZhaoN.Ionmigrationinperovskitelight‐emittingdiodes:mechanism,characterizations,andmaterialanddeviceengineering[J].AdvancedMaterials,2022,34(19):2108102.DuttaA,PradhanN.Phase-stablered-emittingCsPbI3nanocrystals:successesandchallenges[J].ACSEnergyLetters,2019,4(3):709-719.TravisW,GloverENK,BronsteinH,etal.Ontheapplicationofthetolerancefactortoinorganicandhybridhalideperovskites:arevisedsystem[J].ChemicalScience,2016,7(7):4548-4556.WangY,ChenY,ZhangT,etal.ChemicallystableblackphaseCsPbI3inorganicperovskitesforhigh‐efficiencyphotovoltaics[J].AdvancedMaterials,2020,32(45):2001025.ZhouW,SuiF,ZhongG,etal.Latticedynamicsandthermalstabilityofcubic-phaseCsPbI3quantumdots[J].TheJournalofPhysicalChemistryLetters,20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