关键词： 二维宽带隙半导体   异质结   应力   光生电流效应   紫外光电探测  

摘要： 基于二维半导体材料的光电探测器具有高响应率、超快的响应速度及低暗电流等优异的光电性能,吸引了广泛的研究兴趣,但是目前还无法做到一款光电探测器同时具备多项优异性能,因此有待引入新的光电探测机理解决这一问题。本论文采用非平衡格林函数方法结合第一性原理计算,研究二维宽带隙半导体材料单层MgCl2与单层ZnBr2所构成的MgCl2/ZnBr2垂直异质结及面内异质结的光生电流效应（Photogalvanic effect）,为高性能紫外探测提供理论参考。主要研究内容及结果如下:首先,研究了二维MgCl2/ZnBr2垂直异质结的光生电流效应。二维单层MgCl2、ZnBr2的带隙分别为6.0 eV和3.55 eV,它们构成的AA堆叠垂直异质结的带隙为3.47 eV,对应紫外波段。这种异质结属于非空间反演的C3v点群,故在线偏光的照射下可激发光生电流效应,无需外电场或内建电场即可得到恒定的光电流。我们研究了沿扶手椅（armchair）方向零偏压下线偏光照射时的光电流。光子能量范围为3.8～6.0 eV。研究发现,光电流的大小随线偏振光的偏振角度θ呈余弦变化规律,正比于cos（2θ）。进一步考虑了应力对光电流的影响规律。研究发现,当给异质结施加均匀拉伸应力时（5%拉伸度）,光电流随偏振角的变化规律依然为cos（2θ）形式,且光电流大小没有明显变化;当施加非均匀应力时,即部分拉伸（5%拉伸度）、梯度拉伸（3%～5%）、梯度压缩（3%～5%）,光电流均显著增大,在某些光子能量下可提高3个数量级,但仍保持余弦变化规律。分析表明,这是由于非均匀应力极大的降低了器件的对称性,导致光电流显著增强。我们还考虑了门电压对光电流输运性质的影响,发现门电压可明显提升光电流的偏振敏感度,消光比最大可达约10～3,但光电流大小无显著变化。其次,研究了二维MgCl2-ZnBr2面内异质结的光生电流效应。该面内异质结具有Cs对称性。我们计算了零偏压下线偏光照射时的光电流,光子能量范围为5.5～7.0 eV。研究表明,光电流随偏振角呈现cos（2θ）函数的变化规律,相比于垂直异质结,在相同光子能量下光电流最大能增加约200倍,但光电流的消光比有所下降,最大约为2.8。光电流增加的原因主要是因为面内异质结的对称性相比于垂直异质结明显降低。本论文的研究结果表明,非均匀应力可显著增强光生电流效应,面内异质结比垂直异质结有更大的光电流,门电压可以显著提升光电流偏振敏感度。由光生电流效应驱动的二维宽带隙半导体MgCl2/ZnBr2异质结的光电探测器可同时具备自供能、高偏振敏感、宽频域及日盲的紫外光电探测。研究结果可为设计相关二维高性能紫外探测器提供理论参考。

关键词： PbXOH   荧光性能   稳定性  

摘要： PbXOH（X=Cl,Br,I）因其独特的半导体光学特性和类钙钛矿结构而受到广泛关注,有望成为一类新型的荧光材料。同时PbBrOH可以实现对钙钛矿量子点的包覆进而改善铅基钙钛矿稳定性差的问题。因此,PbXOH在照明显示领域具有很大的研究潜力。目前虽有对PbXOH光谱特征的表述,但鲜有合成PbXOH荧光粉的报道,PbBrOH包覆量子点的研究也有待进一步深入。本文围绕PbXOH荧光材料,采用水热法成功合成了具有优异发光的Cu+掺杂PbXOH红色荧光粉,并以PbBrOH包覆钙钛矿量子点制备了稳定性良好的核/壳结构荧光材料。具体研究内容如下:（1）采用水热法合成了具有透明针状晶粒形貌的PbBrOH:Cu红色荧光粉。Cu+在PbBrOH基体中分散良好。通过对PbBrOH掺杂前后的第一性原理以及带隙的计算得知,Cu+的加入显著降低了PbBrOH的带隙宽度并引起了缺陷能级的产生,促进了电子在能带隙之间的跃迁。荧光粉的最佳激发波长为353 nm,最佳发射波长为681 nm,荧光寿命为0.583μs,内量子产率和外量子产率分别为44.5%和34.5%。对PbBrOH:Cu荧光粉进行的稳定性测试显示:该荧光粉具有良好的热稳定性、热循环稳定性、有机溶剂稳定性,水中的稳定性优于商用的Gd2O3:Eu红色荧光粉;用PbBrOH:Cu荧光粉组装的LED灯珠具有良好的红色发光性能,且在工作状态下具有良好的稳定性。采用相同的工艺制备了PbIOH:Cu和PbCl OH:Cu荧光粉,产物均呈现透明的针状。PbIOH:Cu荧光粉的最佳激发波长为380 nm,最佳发射波长为620 nm,荧光寿命为5.57μs,同样具有良好的热稳定性,组装的LED灯珠表现出良好的红色发光性能。PbCl OH:Cu最佳激发波长为378 nm,最佳发射波长为698 nm,荧光寿命为2.60μs。（2）室温下合成了CsPbBr3@PbBrOH-1（Cs-1）,并通过水诱导成功合成了CsPbBr3@PbBrOH-2（Cs-2）。Cs-2的形貌呈现棒状,水诱导促进了CsPbBr3向PbBrOH的转化,有效地将未接触水分子的CsPbBr3进行了严密的包覆。被PbBrOH包覆的CsPbBr3量子点晶格条纹清晰、具有良好的晶体结构,表现出良好的结晶性。在367 nm激发下,Cs-1和Cs-2分别在520 nm和519 nm处呈现优异的绿光发射。Cs-2的寿命为1.55 ns,略长于Cs-1的1.31 ns。PbBrOH对CsPbBr3的包覆极大提高了量子点的稳定性。Cs-2表现出优异的极性溶剂稳定性、光稳定性、热稳定性和热循环稳定性。除此之外,采用相同的工艺合成了MAPbBr3@PbBrOH-2（MA-2）和FAPbBr3@PbBrOH-2（FA-2）,其微观形貌与Cs-2基本一致。MA-2和FA-2同样呈现优异的绿光发射和极性溶剂稳定性。

关键词： 纤维素纳米晶   湿法纺丝   介孔纤维材料   光致变色材料  

摘要： 作为变色材料一种,变色纤维具有优异的光学特性,并能够在产品标识中随机排列,仿制难度高,在防伪包装和智能包装领域具有广阔的应用前景。通过构筑多孔纤维材料,利用高比表面积及多孔隙的优点,将其作为载体负载光致发光材料,从而能够有效开发光致变色纤维。但是,如何设计一种环境友好、高比表面积、孔径可调的多孔纤维材料目前仍然是个挑战。 本论文首先通过硫酸水解法制备了纤维素纳米晶(CNCs),再以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,经蒸发诱导自组装制备了具有手性向列结构的CNCs薄膜及CNCs/SiO2复合薄膜,分析了 CNCs/硅前驱体溶液蒸发诱导自组装特性。然后,采用湿法纺丝结合模板法,分别经溶液纺丝和自组装策略制备介孔纤维素纤维,再负载石墨烯量子点(GQDs),制备了光致变色纤维。在溶液纺丝过程中,直接将纺丝原液挤出成型获得介孔纤维素纤维(C-1),通过改变凝固浴组分及比例、TEOS水解环境以及纺丝原液蒸发诱导自组装时间,调控纤维的形态和结构。结果表明,三组分凝固浴效果最佳,其最优体积比为15 wt%NaOH:95 wt%乙醇:8wt%KAl(SO4)2=2:3:2;发现HCl预水解后的硅前驱体溶液与CNCs结合较好,并易于形成形状规则、尺寸较小的SiO2颗粒;蒸发诱导自组装时间的延长有利于硅前驱体转变为SiO2颗粒,最佳蒸发诱导自组装时间为12 h。在另外一种路径中,将CNCs挤入含有硅前驱体的凝固浴中,通过自组装构筑介孔纤维素纤维(C-2),结果表明,随着自组装时间增加,纤维上生长的SiO2颗粒逐渐变多且趋于球形;增加硅前驱体用量,介孔纤维素纤维的比表面积从1.63 m2/g增加到12.49 m2/g,其平均孔径约13 nm;制备的介孔纤维材料强度较高、表面及断面呈现出多孔网状结构。以C-2介孔纤维素纤维为基体,负载GQDs后获得的介孔变色纤维显示出稳定的蓝色荧光。与无硅前驱体参与的CNCs变色纤维相比较,有硅前驱体参与的介孔变色纤维在UV-vis区域具有更高的吸光度,而且相对荧光发射强度提高了 2.7倍左右。 本文采用环境友好、工艺简单的湿法纺丝/模板联合法,开发孔径可调、具有定向特性的新型介孔纤维素纤维材料,通过改变TEOS预水解条件、凝固浴组成及种类、自组装时间、硅前驱体用量及HF后处理时间,探究两种合成路线对介孔纤维材料结构及性能的影响。另外将其作为功能材料载体,开发新型荧光变色纤维,有利于拓展变色纤维在防伪包装领域的应用。

关键词： 无机钙钛矿量子点复合材料   高水稳定性   硫化氢   荧光传感  

摘要： 硫化氢（H2S）与许多食品的质量密切相关,建立高效可靠的H2S检测分析方法对于保障食品安全和人类健康具有重要意义。无机钙钛矿量子点作为一种新兴纳米材料,具有高的荧光量子产率、窄的吸收峰和覆盖整个可见光谱的发射等优点,基于其良好的光学性能可构建具有高选择性的荧光传感方法。尽管无机钙钛矿量子点具有优异的性能,但由于表面覆盖基团的动态性使其对水分等高度敏感,水稳定性差阻碍了无机钙钛矿量子点在分析检测中的应用。因此,本论文将聚焦于合成高水稳定性无机钙钛矿量子点复合材料,并基于其优越的光学性能,构建具有高选择性的荧光传感方法用于检测食品中的H2S。本论文主要研究内容如下: 第一章系统介绍了无机钙钛矿量子点的结构特征、光学性质、常用的合成方法、目前存在的问题和广泛的用途,最后提出了本论文所要解决的主要问题和研究内容。 第二章构建了一种基于高水稳定性无机钙钛矿量子点复合材料的荧光传感方法并用于食品中H2S的检测分析。首先使用无水对氨基苯磺酸（C6H7NO3S）封装无机钙钛矿量子点,通过超声波破碎法制备了具有良好水稳定性的无机钙钛矿量子点复合材料（Cs Pb Br3@C6H7NO3S）,实验表明其在水中分散6 h后仍可保留96%的初始荧光强度。当加入适量浓度的H2S时会破坏Cs Pb Br3@C6H7NO3S复合材料的结构从而使体系的荧光猝灭,基于此原理构建了一种用于H2S检测分析的荧光传感方法。体系的荧光强度与H2S浓度在0.02～100μM具有良好的线性关系,检测限为6.7 n M。该方法已成功用于红酒中H2S含量的测定,同时也为其他食品中H2S的检测提供了可能。 第三章构建了一种基于高水稳定性的铜掺杂无机钙钛矿量子点复合材料的荧光传感方法并用于食品中H2S的检测分析。首先利用超声波破碎法合成了具有高水稳定性的Cu2+掺杂无机钙钛矿量子点复合材料（Cs Pb Br3:Cu@C6H7NO3S）,实验表明其在水中分散8 h后仍可保留97%的初始荧光强度。利用Cs Pb Br3:Cu@C6H7NO3S复合材料优异的荧光性能,将其作为荧光探针用于H2S的检测,H2S的加入可以使体系荧光猝灭,荧光猝灭程度与H2S的浓度在0.01～50μM存在良好线性关系,检测限为2.1 n M。此外,通过细胞毒性实验表明我们制备的无机钙钛矿量子点复合材料具有良好的生物相容性,可为拓展无机钙钛矿量子点在生物领域的应用提供基础。

关键词： 线缺陷   硅烯   石墨烯   应变   能带谱   量子输运  

摘要： 基于硅烯与石墨烯两种二维材料,本文分别建立了线缺陷硅烯纳米条带和应变石墨烯谷调控两种模型,研究了“5-5-8”环线缺陷对硅烯纳米条带的能带和量子输运的调控,应变对石墨烯谷分离和谷输运的调控作用。对于线缺陷硅烯纳米条带模型,采用紧束缚模型结合非平衡格林函数的方法,本文研究了亚晶格对称破缺的情况下,线缺陷硅烯纳米条带的输运性质和能带的调控性质。对于线缺陷硅烯体系,我们发现在体系的能带中,费米能级处会产生一条平带,这条平带会向下弯曲。体系的能带结构依赖于线缺陷与硅烯纳米条带边缘的距离。此外在外加电场的作用下,线缺陷的格点能对两种线缺陷构型的能带谱的影响是不同的。对于第一种线缺陷构型,不同的线缺陷格点能总是会引发一个带隙。然而,对于第二种线缺陷构型,体系存在无能隙态和带隙打开两种状态。通过改变线缺陷格点能、外加电场的方向来对这两种状态进行调控。包含零电导在内的电导变化趋势,可以从外加电场大小,线缺陷格点能和外加电场方向对能带谱的综合影响中得到很好的解释。因此,利用外加电场大小、线缺陷格点能和外加电场方向,可以简单有效地调控第二种线缺陷构型硅烯纳米条带输运性质和带隙性质。对于应变石墨烯谷调控模型,我们采用了紧束缚模型结合模式匹配的方法,研究了应变对石墨烯异质结能带结构和谷依赖输运性质的影响。研究表明,利用应变和石墨烯格点能可以很好地实现电子的谷分辨透射曲线分离。当中心散射区只有应变存在时,改变应变的拉伸幅度可以有效的调控谷分辨透射率,并且使两个不同的狄拉克能谷的电子分离。当中心散射区同时存在应变和格点能时,不仅K和K'谷的电子会沿相反的横向方向分裂成两个不同的谷透射波瓣,并且两个谷透射波瓣的偏转角也会伴随应变拉伸角度和拉伸幅度的变化,发生不同程度的偏转。因此,通过改变应变拉伸幅度、拉伸角度和石墨烯格点能可实现谷依赖输运的有效调控,这对于制作石墨烯谷电子器件提供了很好的理论模型。

关键词： 狄拉克材料   狄拉克半金属   狄拉克节线半金属   弱拓扑绝缘体   硅烯纳米带   人工石墨烯  

摘要： 经过几十年的发展,硅基半导体工业的发展已经接近物理极限,集成电路的特征尺寸达到了几十个原子的宽度,为了解决量子尺寸效应带来的漏电、功耗和发热等一系列的问题,我们亟需寻找新型的替代材料。其中狄拉克费米子材料在最近的几年受到了人们的广泛关注,包括石墨烯、拓扑绝缘体和拓扑半金属等。对于狄拉克材料（Dirac materials）,其低能激发的准粒子能够用相对论协变的狄拉克方程来描述,并且在能带结构中存在线性色散的交叉能带（狄拉克锥）,锥点附近的电子有效质量为零,因而能够更快速和低功耗地传输信息。就像半导体在上个世纪推动了技术革命一样,我们也有理由期待,在未来几十年里,狄拉克材料将在现实世界中有更广泛应用。在本论文中,我们利用角分辨光电子能谱技术对多种低维拓扑量子材料中的电子结构进行了研究,并得到了以下几个方面的结果:1.发现了一维材料中的狄拉克锥。利用分子束外延技术,在Ag（110）衬底上成功制备出了大面积有序的硅烯纳米带,利用扫描隧道显微镜和低能电子衍射验证了我们的薄膜质量。结合角分辨光电子能谱技术和第一性原理计算,我们发现SiNRs中存在一维的狄拉克锥,且其费米速度比石墨烯略高,说明SiNRs有非常高的载流子迁移率;通过变换不同光子能量,我们证实了狄拉克锥来自于硅烯纳米带,而非衬底;在我们仪器的分辨率范围内,狄拉克点没有带隙,证明SiNRs是一个1D狄拉克半金属;第一性原理计算发现交替五元环状原子结构的硅烯纳米带中存在1D零能隙的狄拉克锥,与实验结果完全吻合,狄拉克锥能带的主要贡献来自于Sis原子的z轨道;模型分析表明,狄拉克锥能带主要来源于armchair形的Si链的贡献,Su-Schrieffer-Heeger模型可以很好地用来描述SiNRs结构,这也是SiNRs能带具有拓扑性的原因。我们的研究结果为研究和调控1D狄拉克材料中丰富的物理性质提供了新的平台。例如,在外加磁场作用下,时间反演对称和镜面对称性将被打破,这将导致SiNRs中出现拓扑相变:一维Dirac锥将分裂成两对一维Weyl锥,这些有趣的特性在理论上和实验上都尚未得到探索。2.构建了分子人工石墨烯体系。利用分子束外延技术,在Cu（111）、Au（111）衬底上成功制备出了大面积有序的C60单层分子薄膜,利用扫描隧道显微镜和低能电子衍射验证了我们的薄膜质量。利用角分辨光电子能谱技术和理论模型对我们所构造的体系进行了研究,并发现:实验和理论均证明,我们所构造的C60/（111）体系是人工石墨烯体系,即在布里渊区的每个K（K′）都存在狄拉克锥。C60分子作为电子势垒,对（111）金属表面的自由电子气进行调制,将自由电子气中的电子限制在一个蜂窝状的晶格结构中,从而得到类似于石墨烯的电子能带结构。我们证实,C60/Cu（111）–4×4和C60/Au（111）–2√3×2√3 R30°两种不同的超晶格结构均为人工石墨烯体系,这证明了我们的利用分子自组装制备人工石墨烯方法的普适性。利用分子自组装构建的大面积人工石墨烯为制作新奇的分子量子器件提供了新的平台。3.研究了反铁磁弱拓扑绝缘体HoSbTe的拓扑电子结构。我们发现:从理论计算结果来讲,不考虑SOC时,HoSbTe为狄拉克节线半金属,其电子结构与ZrSiS类似;当考虑SOC时,狄拉克节线的位置会打开能隙,使系统成为弱拓扑绝缘体,即每一层HoSbTe都是一个二维拓扑绝缘体,而HoSbTe晶体可以看作是一个二维拓扑绝缘体的堆叠;从实验上,我们的ARPES测量结果和计算结果基本一致,并在ΓM方向测到了一个大于100 me V的能隙。高达数百me V的能隙使得对于大多数实验技术来说都是可以探测到的。弱拓扑绝缘体并不多见,被实验证实的只有少数材料。磁有序和弱拓扑绝缘态的存在使得HoSbTe成为一种很有前景的基础研究和器件应用材料。

关键词： 电荷转移动力学   瞬态光谱   掺锰量子点   铜离子   共轭聚合物  

摘要： 量子点由于其优异的光电特性,在传感器、光电器件等诸多方面得到了广泛应用。本文研究掺锰量子点复合体系的载流子传输特性:在量子点和金属铜离子复合体系中,从掺锰量子点的磷光强度和寿命光谱出发,揭示了铜离子诱导掺锰量子点磷光淬灭的动力学机理,高效地操控了两者之间的电子转移过程;在量子点和聚合物复合材料中,通过改变激发光的光子能量,调控了掺锰双钙钛矿量子点和共轭聚合物之间的电荷载流子动力学,包括电子转移和空穴转移两种过程。具体的研究内容如下: 1.掺锰硫化锌（ZnS:Mn）量子点与铜离子之间电子转移特性的研究。利用稳态光谱和时间分辨光谱测量ZnS:Mn量子点的磷光强度和寿命;随后逐渐加入铜离子增加其浓度,测量对量子点磷光发射谱和时间分辨光谱的影响;对磷光发射谱和时间分辨光谱进行拟合,强度和寿命均分为三种组分,且一对一分析铜离子对ZnS:Mn量子点的磷光淬灭中量子点和铜离子之间的相互作用,揭示体系的超快电子转移动力学机制。 2.掺锰双钙钛矿(Cs2NaIn0.75Bi0.25Cl6:Mn)量子点与MDMO-PPV共轭聚合物复合材料电荷转移的研究。首先,利用透镜电子显微镜对材料的表面形貌进行表征,表明复合材料之间有效结合在一起;其次,利用稳态光谱,测量材料的吸收、激发及发射光谱,了解其光学特性;接着,采用不同激发能量（266 nm和355 nm）,测量量子点、聚合物以及复合材料的瞬态吸收光谱,研究量子点和聚合物之间的电荷转移动力学;最后,分析量子点和聚合物激发态之间的相互作用机制,进而实现对二者之间的电子转移和空穴转移的有效操控。

关键词： 量子输运   范德华异质结   隧道结   量子反常霍尔效应   拓扑受限态   自旋过滤效应  

摘要： 近年来,微纳加工技术的不断突破,促使电子器件的尺寸达到了纳米量级。随着电子元件的小型化,量子效应的制约愈发显著,致使摩尔定律受到挑战。因此迫切需要开发新型纳米电子器件,旨在不牺牲性能的前提下减小器件尺寸,从而达到器件低功耗、高效率、高集成度的目的。以石墨烯（Graphene）为代表的二维范德华材料的兴起,为新型电子器件的发展带来了机遇。石墨烯简单的晶格结构却蕴含极其丰富的物理,比如线性的狄拉克能带色散关系,两个不等价的能谷及AB子晶格等,使其成为设计拓扑低功耗电子器件的热门材料。随着二维材料的进一步发展,一系列本征铁性范德华材料的涌现引起了人们浓厚的研究兴趣,将不同物性的二维材料堆叠起来制成范德华异质结已经成为新的发展趋势。二维范德华异质结的表面无悬挂键、层间弱范德华力结合、无需考虑晶格失配等优点为设计更高性能的电子器件带来了希望。在上述背景下,本论文围绕二维范德华多层体系,利用第一性原理计算方法研究了石墨烯多层体系的拓扑性质以及范德华异质结器件的自旋输运性质。本论文主要研究内容如下:（1）利用第一性原理计算研究了双层石墨烯体系中拓扑受限态（ZLMs）的电子性质。研究发现完美AB堆叠的双层石墨烯以及线缺陷双层石墨烯在外电场的作用下均能实现ZLMs。此外,还证明了在线缺陷石墨烯中更容易实现ZLMs,且5-7环型的线缺陷石墨烯由于其低的缺陷形成能和窄的ZLMs波函数展宽成为了最优的构型选择。本工作的亮点在于首次利用第一原理的计算方法研究了石墨烯体系中的ZLMs,弥补了实验与理论原子模型之间研究石墨烯ZLMs的空缺。（2）铼原子（Re）插层Graphene/CrI3异质结体系的磁性及拓扑性质的研究。计算结果表明,Re插层可为石墨烯中引入大的Rashba自旋轨道耦合作用,且该复合体系可实现量子反常霍尔效应,陈数C=-2。此外,Re插层Graphene/h-BN异质结不仅可以给石墨烯引入大的Rashba自旋轨道耦合作用,而且可以打开超过40 me V的拓扑非平庸能隙。本工作的亮点在于为解决石墨烯自旋轨道耦合作用弱的弊端提供了可靠的策略,也为实验实现石墨烯量子反常霍尔效应提供了可行性方案。（3）CrI3基范德华磁隧道结中自旋极化的电输运性质研究。通过计算,发现了高达3600%的隧穿磁阻（TMR）、完美的自旋过滤效应以及显著的负微分电阻效应。此外,由于CrI3层间呈反铁磁态,因此双层CrI3可作为天然的钉扎层。当改变CrI3的层数时,该磁隧道结表现出了有趣的奇偶输运特性。钉扎层的存在有利于提高该隧道结的器件性能。本研究的亮点在于首次理论上考虑了钉扎层对磁隧道结输运性能的影响。（4）设计了全范德华Mn Bi2Te4基磁隧道结,使用石墨作电极,主要研究了三种常见的势垒层（h-BN、石墨烯以及真空层）对该隧道结的电输运性质的影响。计算结果表明,器件的性能依赖于势垒层的选择,且三种势垒层相比而言,h-BN是最佳的选择。另外,在小的偏压下,TMR可高达4000%,同样也观察到了完美的自旋过滤和负微分电阻效应。本工作的亮点在于我们发现了势垒层依赖的电输运性质,并预言了在Mn Bi2Te4基磁隧道结中最优的势垒层选择。（5）在上述磁隧道结的研究基础上,进一步引入二维铁电材料,得到Fe3Ge Te2/双层α-In2Se3/Fe3Ge Te2范德华多铁隧道结。电输运性质计算表明,该多铁隧道结可以形成多个非易失阻态,且这些阻态可被实验灵活操控。该多铁隧道结中最大的TMR为1.1×10～7%,通过更换电极可以获得1868%的TER。此外,还观察到了完美的自旋过滤效应,改变偏压的符号可以灵活控制自旋通道。本工作的亮点在于该范德华多铁隧道结不仅具有巨隧穿磁阻和电阻,而且具有完美的偏压可控的自旋过滤效应,为实验上探索多功能电子器件提供了重要的参考价值。

关键词： CsPbBr3 QDs   发光性能   稳定性   离子掺杂   复合材料  

摘要： 近年来,CsPbX3（X=Cl,Br,I）量子点（QDs）因其独特的半导体光电特性成为学者们广泛关注并研究的热点材料。这类铅卤钙钛矿具有优异的缺陷容忍度、短的辐射寿命、高的PLQY、宽色域、发射波长依赖成分可调谐、以及简单的制备工艺等优点,有望应用于LEDs、太阳能电池、光电探测器、激光等领域。尽管如此,CsPbX3 QDs的商业化发展一直受到稳定性差的影响。CsPbX3 QDs长时间暴露在湿度、光照、高温、富氧环境下极易发生降解,导致QDs的发光效率快速降低,甚至发生荧光猝灭。为了解决目前存在的难题,急需寻求新的合成策略或基体保护材料来改善CsPbX3 QDs的稳定性能,同时保持其优异的发光特性。因此,本文采用不同方法合成了KaCs1-aPbBr3 QDs及QDs复合材料,研究了K+离子掺杂、复合不同基体保护材料对CsPbBr3 QDs晶体结构、形貌、发光性能和湿/热稳定性能的影响。具体研究内容和结果如下:（1）采用配体辅助再沉淀法制备了K+掺杂的KaCs1-aPbBr3（a=0,0.1,0.25,0.35,0.4,0.45）QDs胶体。通过调节K+的掺入浓度,KaCs1-aPbBr3 QDs的发光强度呈先增加后降低的趋势,确定了最佳掺杂样品为K0.4Cs0.6PbBr3 QDs,其发光强度提高了21.4%,并且光谱出现蓝移。在此基础上,利用高温熔融-淬火法并通过调节不同热处理条件在硼硅酸盐玻璃中析出了K0.4Cs0.6PbBr3 QDs,其耐水性能显著改善,在水中浸泡7天后,PL强度仍可保持初始值的85.7%。（2）采用简单的原位生长法合成了高亮度的CsPbBr3/CMS-Na复合材料。CMS-Na作为良好的分散基质,有效防止了QDs的团聚,与未保护的CsPbBr3 QDs相比,其发光强度显著提高,最高增加了2.1倍,光谱出现了有序的蓝移。此外,CsPbBr3/CMS-Na复合物的稳定性显著改善,在空气中放置21天后,仍保持初始值的67.6%。最后,将CsPbBr3/CMS-Na封装在PDMS中,通过调控QDs复合物粉末与封装胶的比例,确定了最佳封装比为1:1。（3）通过简单的原位生长法合成了KaCs1-aPbBr3/SBA-15（a=0,0.4）复合材料。SBA-15分子筛为QDs的生长提供了良好的模板,相比于K0.4Cs0.6PbBr3 QDs,复合物的发光强度增加了18.8%。特别地,KaCs1-aPbBr3/SBA-15复合材料的耐水性和热稳定性得到了很大地改善,在水中浸泡21天后,K0.4Cs0.6PbBr3/SBA-15保持初始值的52%。在30-150℃的热/冷却循环测试中,PL强度仍可达初始亮度的95%。