一种基于微流控气流纺丝技术制备梯度合金结构钙钛矿量子点纳米纤维膜的方法
本发明具体涉及一种以纳米纤维为反应器，在可控的高压气流环境下在聚合物纤维中原位合成钙钛矿量子点的制备方法，属于新型纳米材料、光电材料制备。
背景技术：
1、近年来，以钙钛矿量子点为中心的新一代光电转换材料，其独特的光电特性越来越受到国内外厂商和科研工作者的关注和追捧，例如高量子产率，可协调发射和窄的半峰宽等优点，有望成为广色域显示、发光二极管、传感器、太阳能电池以及光催化剂等领域中最具应用前景的材料。钙钛矿量子点(perovskite quantum dots，pqds)主要是指具有abx3结构的化合物家族，a位通常为离子半径较大的阳离子(如甲胺离子，铯离子等)，b位为离子半径较小的金属阳离子(如pb2+，sn4+等)，而x位为卤素阴离子。这类材料具有很高的发光效率，通过组分和尺寸调控可以实现发光波长的精确调节，调谐范围可以轻易覆盖整个可见光区域，并且发射谱线窄(12nm～40nm)，具有很高的色纯度，由钙钛矿量子点制备而成的显示器件具有广色域(～140％)的特性，甚至超过了已经商业化的oled。
2、但由于钙钛矿量子点自身固有的不稳定性，例如钙钛矿量子点离子晶体的特性对光、热以及空气中的水分，氧气等稳定性较差，会直接导致器件的使用寿命大大降低，成为该领域内需要迫切解决的问题之一。截至目前，实现钙钛矿量子点的连续化、规模化、稳定化生产仍然是一项巨大的挑战。不论是在合成还是使用过程中钙钛矿量子点晶体结构易发生破坏、相变、团聚等，导致显著的荧光猝灭，对钙钛矿量子点制备的实施方案提出了极为严苛的条件。因此，目前为了提高钙钛矿量子点的稳定性，研究者们提出了各种方法，并开展了大量卓有成效的前期工作。通常采用包覆的方法来提高钙钛矿量子点的稳定性，聚合物可以将钙钛矿量子点包覆在其中，作为钙钛矿量子点的屏障，致密的聚合物可以增强水敏感材料的稳定性，可以抵抗外界的不利环境，并且可以赋予其柔软和易加工的性能。
技术实现思路
1、本发明提供一种基于微流控气流纺丝技术制备梯度合金结构钙钛矿量子点纳米纤维膜的方法，解决现有技术中钙钛矿量子点本征结构的不稳定性，公开对所制备的rbxcs1-xpbx3钙钛矿量子点进行挑选和调试，使其具有良好实际应用前景。
2、本发明所述的一种基于微流控气流纺丝技术制备梯度合金结构钙钛矿量子点纳米纤维膜的方法，具体步骤如下：
3、步骤1：量取一定量的有机溶剂于玻璃烧杯中；
4、步骤2：分别称取不同配比的卤化铷(rbx)，卤化铯(csx)以及卤化铅(pbx2)于步骤1的烧杯中，利用磁力搅拌至完全溶解，得到澄清透明的溶液；
5、步骤3：量取适量的有机配体添加至步骤2中的溶液中搅拌至均匀；
6、步骤4：称取1.5g聚丙烯腈(pan)于步骤3中的溶液中，在室温下磁力搅拌6～8h，使其完全溶解，得到透明均一的前驱体纺丝液；
7、步骤5：以步骤4中的溶液为纺丝液通过微流控气流纺丝机合成一系列梯度合金结构钙钛矿量子点纳米纤维膜。
8、进一步，步骤1所述的有机溶剂为n，n-二甲基甲酰胺(dmf)和二甲基亚砜(dmso)中的一种或其混合物，dmf加入量为7～10ml，dmso为0～3ml；
9、进一步，步骤2所述的rbx、csx的摩尔量为0.13～0.39mmol，pbx2的摩尔量为0.26～0.52mmol，控制在整个前驱体配比中总体保持一价阳离子与铅前驱体的摩尔比为1：1；
10、进一步，步骤2中所述的rbx、csx、pbx2中x为i和br，即分别称取不同摩尔量的rbi、csi、rbbr、csbr、pbi2、pbbr2，合成不同配比的rbxcs1-xpbi3、rbxcs1-xpbbr3，其中x为0.35～0.75；
11、进一步，步骤3中的有机配体选取为正辛胺或油胺，其配体加入量0.05～0.30ml；
12、进一步，步骤5中微流控气流纺丝机气流压力为0.4～0.8mpa，注射泵的流速为0.2～0.4ml/min。
13、采用所述的制备方法得到的rbxcs1-xpbx3钙钛矿量子点前驱体纺丝液。
14、所述的rbxcs1-xpbx3钙钛矿量子点前驱体纺丝液基于微流控气流纺丝法进行钙钛矿量子点纳米纤维膜的制备。
15、与现有技术相比，本发明有益效果如下：
16、在本发明中，通过引入rb+实现a位掺杂的梯度合金结构钙钛矿量子点的制备，利用聚丙烯腈包覆的rbxcs1-xpbx3钙钛矿量子点纳米纤维膜的原位合成。微流体气流纺丝法制备纳米纤维膜的优势在于可实现大规模连续化制备。通过设计程序来控制纺丝针头的移动，可以实现纳米纤维膜大面积的均匀制备，将所制备出来的纳米纤维接收在收集器的尼龙网上，最终得到纳米纤维膜。在纺丝过程中，通过气流逐步控制dmf的挥发，有效地分离了聚丙烯腈和rbxcs1-xpbx3量子点的结晶过程，成功制备了多种颜色荧光发射的纳米纤维膜，发射波长在470～600nm。
17、本发明中rbxcs1-xpbx3/pan纳米纤维膜极大的提高了钙钛矿量子点的本征稳定性，通过批量制备的钙钛矿量子点/聚合物纤维形成具有高光学性能的纳米纤维膜，可用于构筑高色域背光源显示器。
技术特征：
1.一种基于微流控气流纺丝技术制备梯度合金结构钙钛矿量子点纳米纤维膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤1所述的有机溶剂为n，n-二甲基甲酰胺(dmf)和二甲基亚砜(dmso)中的一种或其混合物，dmf加入量为7～10ml，dmso为0～3ml。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤2所述的rbx、csx的摩尔量为0.13～0.39mmol，pbx2的摩尔量为0.26～0.52mmol，控制在整个前驱体配比中总体保持一价阳离子与铅前驱体的摩尔比为1：1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤2中所述的rbx、csx、pbx2中x为i和br，即分别称取不同摩尔量的rbi、csi、rbbr、csbr、pbi2、pbbr2，合成不同配比的rbxcs1-xpbi3、rbxcs1-xpbbr3，其中x为0.35～0.75。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤3中的有机配体选取为正辛胺或油胺，其配体加入量0.05～0.30ml。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤5中微流控气流纺丝机气流压力为0.4～0.8mpa，注射泵的流速为0.2～0.4ml/min。
技术总结
本发明公开了一种基于微流控气流纺丝技术制备梯度合金结构钙钛矿量子点纳米纤维膜的方法。通过调控钙钛矿前驱体中A位阳离子的比例、配体的加入量以及卤素的种类和比例，采用聚丙烯腈与有机溶剂的适配构建纺丝液，在可控的高压气流驱动下在聚合物纳米纤维中原位合成Rb<subgt;x</subgt;Cs<subgt;1‑x</subgt;PbX<subgt;3</subgt;钙钛矿量子点，成功实现了具有红色、绿色以及蓝色荧光钙钛矿纳米纤维膜的可控制备。该方法操作简单，可实现纳米纤维膜的快速、宏量制备，为纳米材料的可控合成提供新思路、新方法。
技术研发人员：成瑞,张婷婷,俞健
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5