本發(fā)明涉及光電材料,主要涉及一種使用通用溶劑體系制備鈣鈦礦單晶的方法。
背景技術:
1、近年來,有機無機雜化鈣鈦礦材料得到了空前的關注,其分子通式為abx3,其中a位離子的選擇通常是甲胺(ma+)、甲脒(fa+)、cs+,b位離子是pb2+和sn2+,x位離子是鹵素陰離子(cl-、br-、i-)。鈣鈦礦由于其具有優(yōu)異的光電性能,例如吸收系數(shù)高、載流子壽命長、載流子遷移率高等,被廣泛應用于太陽能電池、發(fā)光二極管、光電探測器、激光器等多種領域。此外,鈣鈦礦可以通過溶液法制備,節(jié)約了生產(chǎn)成本和時間成本,很好地滿足了商業(yè)化需求,因此具有良好的應用前景。
2、與常規(guī)的多晶薄膜相比,鈣鈦礦單晶具有更低的缺陷密度、更高的載流子擴散長度和更好的穩(wěn)定性,因此可以實現(xiàn)更高性能的光電器件。如今,鈣鈦礦單晶通常被用于可見光-紫外光電探測器,x射線探測器,γ射線探測器,其在醫(yī)療和航天領域展現(xiàn)出極高的競爭優(yōu)勢。目前,鈣鈦礦單晶的制備通??梢圆捎媚鏈囟冉Y晶法、冷卻法、反溶劑蒸氣輔助結晶法、溶劑蒸發(fā)法等。在這些方法中,逆溫度結晶法因其具有操作簡便、結晶性好、耗時短等優(yōu)點,成為目前的主流合成方法之一。
3、逆溫度結晶法的原理是基于鈣鈦礦溶解度隨溫度升高而下降。因此,通過對鈣鈦礦前驅(qū)液加熱,使溶質(zhì)析出結晶,即可得到單晶材料。然而,目前的研究發(fā)現(xiàn),可以實現(xiàn)逆溫度結晶的溶劑十分有限,而且針對不同組分的鈣鈦礦,所需溶劑也不同,例如,mapbi3單晶所需溶劑是γ-丁內(nèi)酯,mapbbr3單晶所需溶劑是n,n-二甲基甲酰胺。溶劑選擇的局限性不利于其在復雜器件上的應用,更不利于其在工業(yè)上的大規(guī)模制備。
4、因此,現(xiàn)有技術還有待于改進和發(fā)展。
技術實現(xiàn)思路
1、鑒于上述現(xiàn)有技術的不足,本發(fā)明的目的在于提供一種使用通用溶劑體系制備鈣鈦礦單晶的方法。首先,該溶劑體系可以用于多種不同組分鈣鈦礦單晶的制備,減少了制備不同組分鈣鈦礦時頻繁更換溶劑的步驟,降低生產(chǎn)的時間和成本。其次,鈣鈦礦在該溶劑體系中有較大的溶解度,這有利于工業(yè)上大批量制備,提高了生產(chǎn)效率。本發(fā)明具體內(nèi)容如下:
2、第一方面,本發(fā)明提供了一種簡便有效的通用溶劑體系,該溶劑體系由γ-丁內(nèi)酯和聚乙二醇組成。所述溶劑體系中,聚乙二醇的比例選擇范圍是10%-90%;聚乙二醇的分子量選擇范圍是200-200000。
3、此外,聚乙二醇可以由其他冠醚物質(zhì)代替,γ-丁內(nèi)酯可以由n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、乙腈代替。
4、第二方面,本發(fā)明提供使用該通用溶劑體系制備鈣鈦礦單晶的方法,包括以下步驟:
5、s1、將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的溶質(zhì)在所述溶劑體系中充分溶解,來配制鈣鈦礦前驅(qū)體溶液;
6、s2、將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液加熱;
7、s3、從溶液中取出單晶,并清洗、烘干。
8、所述使用通用溶劑體系制備鈣鈦礦單晶的方法,其中,步驟s1包括以下子步驟:
9、s11、準備鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的溶質(zhì)ax和bx2,其中ax包括mai、fai、csi、mabr、fabr、csbr、macl、facl、cscl,bx2包括pbi2、pbbr2、pbcl2、sni2、snbr2、sncl2;
10、s12、準備鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的溶劑體系;
11、s13、將步驟s11的前驅(qū)體溶液的溶質(zhì)溶解于步驟s12中的溶劑體系里,配制成濃度為0.1-3mol/l的鈣鈦礦前驅(qū)體溶液。
12、所述使用通用溶劑體系制備鈣鈦礦單晶的方法,其中,步驟s11中ax與bx2的物質(zhì)的量比例范圍是2:1到1:2之間。
13、所述使用通用溶劑體系制備鈣鈦礦單晶的方法,其中,步驟s2包括以下子步驟:
14、s21、將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液過濾,隨后轉(zhuǎn)移至干凈的容器中,并將容器封口;
15、s22、將溶液加熱,從而析出結晶,加熱的溫度可以為40-200°c之間,加熱時間為2-48小時。
16、所述使用通用溶劑體系制備鈣鈦礦單晶的方法,其中,步驟s3包括以下子步驟:
17、s31、將單晶從溶液中取出;
18、s32、清洗晶體表面殘留的溶液;
19、s33、將晶體烘干,烘干溫度可以為60-150°c,烘干時間可以為2-24小時。
20、所述使用通用溶劑體系制備鈣鈦礦單晶的方法,其中,步驟s32中清洗所用溶劑包括二氯甲烷、氯仿、氯苯、甲苯、異丙醇、乙酸乙酯、正己烷。
21、第三方面,本發(fā)明提供的溶劑體系,具有如下有益效果:
22、1、該溶劑體系可以用于制備多種不同組分的鈣鈦礦單晶,例如有機無機雜化鈣鈦礦、全無機鈣鈦礦、不同鹵素的鈣鈦礦、鉛基鈣鈦礦、錫基鈣鈦礦等;
23、2、該溶劑體系還可以用于混合離子鈣鈦礦單晶,例如混合a位離子鈣鈦礦、混合鹵素離子鈣鈦礦、混合錫鉛基鈣鈦礦等;
24、3、該溶劑體系組成選擇多樣,例如聚乙二醇的比例、聚乙二醇的型號都具有較大的選擇范圍;
25、4、該溶劑體系制備鈣鈦礦單晶所需工藝簡便、晶體結晶質(zhì)量優(yōu)良;
26、5、該溶劑體系可以與其他工藝結合,從而制備更加復雜的光電器件。
1.一種通用溶劑體系,其特征在于,該溶劑體系由γ-丁內(nèi)酯和聚乙二醇組成,聚乙二醇的含量范圍是10%-90%。
2.使用權利要求1所述通用溶劑體系來制備鈣鈦礦單晶的方法,包括以下子步驟:
3.根據(jù)權利要求2所述的制備鈣鈦礦單晶的方法,其特征在于,步驟s1包括以下子步驟:
4.根據(jù)權利要求3所述的制備鈣鈦礦單晶的方法,其特征在于,步驟s11中ax與bx2的物質(zhì)的量比例范圍是2:1到1:2之間。
5.根據(jù)權利要求2所述的制備鈣鈦礦單晶的方法,其特征在于,步驟s2包括以下子步驟:
6.根據(jù)權利要求2所述的制備鈣鈦礦單晶的方法,其特征在于,步驟s3包括以下子步驟:
7.根據(jù)權利要求6所述的制備鈣鈦礦單晶的方法,其特征在于,步驟s32中清洗所用溶劑包括二氯甲烷、氯仿、氯苯、甲苯、異丙醇、乙酸乙酯、正己烷。