层状类钙钛矿材料（RNH3）2MX4薄膜的制备及结构与性能表征

论文摘要

层状类钙钛矿结构有机-无机分子组装材料以其独特的结构和电子学性能,以及优良的成膜特性,近年来引起人们极大的研究兴趣。本文采用旋涂法制备了（RNH3）2PbX4(R=CnH2n+1n=1,2,4,6,8,10;C6H5CH2;X=Cl,Br,I)和（RNH3）2CuCl4(R=C6H13;C6H5CH2)系列层状类钙钛矿有机-无机分子组装材料薄膜,对该系列化合物的薄膜制备工艺、晶体结构、以及光学性能进行了研究。 (CnH2n+1NH3)2PbX4（n=2,4,6,8,10）和（RNH3）2CUCl4粉末以及相应薄膜的XRD结果表明,粉末和薄膜具有相同的晶体结构,均形成了层状类钙钛矿结构,与粉末相比,薄膜只在（002l）晶面有衍射峰,表明薄膜具有高度的择优取向,钙钛矿层所在平面平行于基片表面,与AFM的结果一致。从AFM可以看出薄膜具有明显的层状生长特征,沿着与基片平行的方向层状生长。两种体系的IR结果表明,产物中已经引入了有机组分,组装成为层状钙钛矿结构后,由于化学环境发生变化,有机组元特征峰的位置、形状和强度均有一些明显的变化。 利用XRD分析退火温度对薄膜晶体结构的影响,发现热处理制度对能否形成具有预期晶体结构的薄膜至关重要,未退火时,所得薄膜为非晶态,但温度过高或时间过长会引起产物的分解,因此,成膜后需进行短时低温退火,用以提高结晶度和清除有机溶剂。用SEM观察(C6H13NH3)2PbI4薄膜在不同成膜浓度时的表面形貌,发现浓度过大会造成粗糙的表面,当浓度为20mg/ml,旋涂16次时得到的薄膜均匀光滑且无裂缝,该膜的生长过程类似于气相法生长薄膜的岛状生长模式,即经过小岛和网络阶段,最后成为连续的薄膜。AFM结果显示(CnH2n+1NH3)2PbX4体系的成膜性较好,形成了均匀光滑的连续薄膜,而（RNH3）2CuCl4体系的成膜性较差。 研究(CnH2n+1NH3)2PbX4体系薄膜的室温UV-Vis吸收光谱,分别考察卤素变化和碳链长度增加对组装材料光学性能的影响。该体系显示了强烈、尖锐的激子吸收峰,随着无机层中卤素X（X=Cl,Br,I）的变化,激子吸收峰发生明显红移;随着有机层中碳链长度（n=4,6,8,10）的增加,激子吸收峰的位置变化不大。表明激子吸收产生于无机层的电子跃迁,而不是有机层。除了吸收光谱强烈的激子跃迁,该体系的室温荧光光谱在可见光范围内显示了强烈的光致发光。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 类钙钛矿有机-无机分子组装材料的基本结构
• 1.1.1 三维类钙钛矿有机-无机分子组装材料
• 1.1.2 层状类钙钛矿有机-无机分子组装材料
• 1.1.3 有机层间金属卤化物层厚度
• 1.2 层状类钙钛矿有机-无机分子组装材料的研究进展
• 1.2.1 有机组元和无机组元对材料结构和性能的影响
• 1.2.2 层状类钙钛矿有机-无机分子组装材料薄膜的制备方法
• 1.3 本论文的研究目的和主要内容
• 3）₂MX₄薄膜的制备与测试分析'>第二章 （RNH₃）₂MX₄薄膜的制备与测试分析
• 2.1 实验原料及设备
• 2.2 晶体粉末的制备
• 2.3 薄膜的制备
• 2.3.1 基片的清洗
• 2.3.2 溶剂的选择
• 2.3.3 涂膜
• 2.3.4 退火
• 2.4 薄膜的结构性能测试与分析
• 3）₂MX₄薄膜的结构和形貌表征'>第三章 （RNH₃）₂MX₄薄膜的结构和形貌表征
• 3.1 合成粉末与薄膜的晶体结构分析
• 3）₂PbX₄体系的晶体结构分析'>3.1.1 （RNH₃）₂PbX₄体系的晶体结构分析
• 3）₂CuCl₄体系的晶体结构分析'>3.1.2 （RNH₃）₂CuCl₄体系的晶体结构分析
• 3.2 影响成膜的因素分析
• 3.2.1 热处理制度
• 3.2.2.溶液浓度
• 3.2.3 转速
• 3.3 薄膜的表面形貌分析
• 3.3.1 扫描电镜（SEM）显微结构分析
• 3.3.2 原子力显微镜（AFM）分析
• 3.4 热稳定性分析（TG-DSC）
• 3.5 红外光谱（FTIR）分析
• 第四章 光学性能分析
• 4.1 层状类钙钛矿有机-无机分子组装材料的能带结构
• 3）₂PbX₄体系的光学性能分析'>4.2 （RNH₃）₂PbX₄体系的光学性能分析
• 3）₂CuCl₄体系的光学性能分析'>4.3 （RNH₃）₂CuCl₄体系的光学性能分析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢