一种制备CsPbBr3单晶的方法
阅读说明：本技术 一种制备CsPbBr3单晶的方法 (Preparation of CsPbBr3Method for single crystal ) 是由 刘勇 董顺洪 于 2021-08-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种制备CsPbBr-(3)单晶的方法,属于新型纳米材料技术领域。一种制备CsPbBr-(3)单晶的方法,包括以下步骤：S1、将CsBr和PbBr-(2)混合并研磨均匀得到混合物；S2、将混合物放入双温区管式炉的上游区,将SiO-(2)/Si基片放入双温区管式炉的下游区,并向双温区管式炉中通入惰性气体；所述混合物在双温区管式炉中反应得到所述CsPbBr-(3)单晶；其中,所述上游区的温度为580～670℃,所述下游区的温度为300～380℃。该方法制得的CsPbBr-(3)单晶的分散度高,而且形状完整,晶格缺陷密度小。(The invention discloses a method for preparing CsPbBr 3 A single crystal method belongs to the technical field of novel nanometer materials. Preparation of CsPbBr 3 A method of single crystal comprising the steps of: s1, mixing CsBr and PbBr 2 Mixing and grinding uniformly to obtain a mixture; s2, placing the mixture into the upstream area of a double-temperature-area tube furnace, and adding SiO 2 Putting the Si substrate into a downstream area of the double-temperature-area tubular furnace, and introducing inert gas into the double-temperature-area tubular furnace; the mixture reacts in a double-temperature-zone tubular furnace to obtain CsPbBr 3 Single crystal; wherein the temperature of the upstream area is 580-670 ℃, and the temperature of the downstream area is 300-380 ℃. CsPbBr prepared by the method 3 The single crystal has high dispersity, complete shape and low density of lattice defects.)
技术领域
本发明涉及新型纳米材料技术领域，具体涉及一种制备CsPbBr3单晶的方法。
背景技术
相比于有机-无机杂化钙钛矿，全无机钙钛矿由于具有更好的环境稳定性、较好的缺陷容忍度等优势，引起了科学研究者和科技企业的广泛关注，优异的光电特性和稳定性使其在光电器件领域(如：光电探测器、发光二极管、太阳能电池等)具有很好的运用前景。
过去研究者致力于用液相法来制备全无机钙钛矿，但是液相法制备很难实现全无机钙钛矿晶体的晶面各向异性取向生长，而且合成的全无机钙钛矿晶体的表面通常被表面活性剂包裹覆盖，晶体缺陷密度大，这大大影响了全无机钙钛矿在光电领域中的运用。如何制得晶体缺陷密度小的全无机钙钛矿是现有技术的难题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种制备CsPbBr3单晶的方法，解决现有技术中全无机钙钛矿晶体的缺陷密度大的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种制备CsPbBr3单晶的方法，包括以下步骤：
S1、将CsBr和PbBr2混合并研磨均匀得到混合物；
S2、将混合物放入双温区管式炉的上游区，将SiO2/Si基片放入双温区管式炉的下游区，并向双温区管式炉中通入惰性气体；所述混合物在双温区管式炉中反应得到所述CsPbBr3单晶；其中，所述上游区的温度为580～670℃，所述下游区的温度为300～380℃。
进一步地，在步骤S1中，CsBr和PbBr2的质量比为(0.05-1):(0.1-0.2)。
进一步地，在步骤S2之前，还包括清洗所述SiO2/Si基片：将SiO2/Si基片依次放于丙酮、乙醇和超纯水中超声处理。
进一步地，将所述SiO2/Si基片放于所述丙酮、所述乙醇或者所述超纯水中超声处理的时间分别为20-30min。
进一步地，在步骤S2中，所述惰性气体的流速为50～300mL/min。
进一步地，在步骤S2中，所述惰性气体的流速为100-150mL/min。
进一步地，在步骤S2中，所述惰性气体为氩气。
进一步地，在步骤S2中，将所述SiO2/Si基片放入第一石英管中，再将所述第一石英管放入所述双温区管式炉的下游区。
进一步地，在步骤S2中，所述SiO2/Si基片的尺寸为1cm×1cm。
进一步地，在步骤S2中，在所述双温区管式炉中的反应时间为20-30min。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明提出的制备方法能够通过控制反应温度可根据需要制得(111)晶面正四面体CsPbBr3钙钛矿单晶和(001)晶面正方体CsPbBr3钙钛矿单晶，晶体分散度高，而且形状完整，晶格缺陷密度小。
该制备方法可通过控制反应温度实现了晶型和晶体的晶面各向异性取向生长可控且反应时间短，短至20-30min，反应稳定，可重复性高。
附图说明
图1是本发明
具体实施方式
提出的制备CsPbBr3单晶的方法的制备流程图；
图2为本发明实施例1制得的CsPbBr3单晶的SEM图。
图3为本发明实施例3制得的CsPbBr3单晶的SEM图。
图4为本发明实施例1制得的CsPbBr3单晶高温420℃处理后的SEM图。
图5为本发明实施例1制得的CsPbBr3单晶放置8个月的前后SEM图；其中左图为放置八个月前的SEM图；右图为放置八个月后的SEM图。
图6为本发明实施例1制得的CsPbBr3单晶的XRD图。
图7为本发明实施例3制得的CsPbBr3单晶的XRD图。
图8为本发明实施例1制得的CsPbBr3单晶的EDX图。
图9为本发明实施例3制得的CsPbBr3单晶的EDX图。
图10为本发明实施例1和实施例3制得的CsPbBr3单晶的稳态光致发光谱图。
图11为本发明实施例1和实施例3制得的CsPbBr3单晶的稳态光致发光谱图。
图12为本发明实施例3制得的CsPbBr3单晶的SEM图。
图13为本发明实施例4制得的CsPbBr3单晶的SEM图。
具体实施方式
结合图1，本具体实施方式提供了一种制备CsPbBr3单晶的方法，包括以下步骤：
S1、将CsBr和PbBr2按照质量比为(0.05-1):(0.1-0.2)混合并研磨均匀得到混合物；
S2、将SiO2/Si基片依次放于丙酮、乙醇和超纯水中分别超声10-20min，将混合物放入双温区管式炉的上游区，将清洗后的SiO2/Si基片放入第一石英管中，再将所述第一石英管放入所述双温区管式炉的下游区，并向双温区管式炉中通入惰性气体；所述混合物在双温区管式炉中反应20-30min得到所述CsPbBr3单晶；其中，所述上游区的温度为580～670℃，所述下游区的温度为300～380℃，所述惰性气体的流速为50～300mL/min，在某些实施例中，所述惰性气体的流速优选为100-150mL/min，进一步地，所述惰性气体为氩气；所述SiO2/Si基片的尺寸为1cm×1cm，进一步地，所述SiO2/Si基片采用用金刚石笔将4英寸SiO2/Si基片裁剪为1cm×1cm的基片；整过程保持氩气的通入，待控温程序走完，冷却至室温，关闭流量计、氩气瓶解压阀，及时取出样品。
Si/SiO2基片与CsPbBr3有较好的晶格匹配效果，有利于CsPbBr3的各向异性取向生长，形成受限生长空间，有利于控制气体反应源在基片上的扩散，从而达到气体反应源向(111)或者(001)晶面的定向输送。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，下述实施例中双温区管式炉中的石英管的外径为80mm，所述第一石英管的外径为50mm，SiO2/Si基片购置自市场。
实施例1
本实施例提出一种制备CsPbBr3单晶的方法，包括以下步骤：
S1、将CsBr和PbBr2按照质量比为1:2混合并研磨均匀得到混合物；其中CsBr的质量为0.074g；
S2、将1cm×1cm的SiO2/Si基片依次放于丙酮、乙醇和超纯水中分别超声15min，总共超声45min，将混合物放入双温区管式炉的上游区，将清洗后的SiO2/Si基片放入第一石英管中，再将所述第一石英管放入所述双温区管式炉的下游区，并向双温区管式炉中通入氩气；所述混合物在双温区管式炉中反应20min得到所述CsPbBr3单晶；其中，所述上游区的温度为610℃，所述下游区的温度为360℃，所述氩气的流速为100mL/min；整过程保持氩气的通入，待控温程序走完，冷却至室温，关闭流量计、氩气瓶解压阀，及时取出样品，产率为96.8％，纯度为98％。
从图2可以看出，本实施例制得的CsPbBr3单晶为尺寸均一的(111)晶面正四面体，而且分散均匀晶型完整，晶格缺陷密度小。
从图4可以看出将本实施例制得的CsPbBr3单晶在420℃下保温30min处理后，其形貌没有发生改变，说明正四面体CsPbBr3单晶在420℃下依然能稳定存在。
从图5可以看出，将本实施例制得的CsPbBr3单晶放置8个月，其晶体形貌和表面结构几乎没有发生变化，这说明(111)晶面四面体CsPbBr3单晶在空气中可以稳定存在。
从图6可以看出，(111)晶面正四面体为单斜结构，正四面体CsPbBr3的(111)晶面衍射峰较强，这是由于反应条件的不同造成晶体的选择性生长。
从图8可以看出，(111)晶面正四面体CsPbBr3钙钛矿单晶的Cs、Pb和Br原子含量分别为60.47％、21.25％和18.28％，接近1:1:3。
重复本实施例10次，每次制得的样品都与本实施例制得的样品几乎完全相同。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于下游区的温度为330℃，其他均相同，产率为95.3％，纯度为96.4％。
本实施例制得的CsPbBr3单晶为尺寸均一(111)暴露晶面正四面体铯铅溴钙钛矿单晶。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于下游区的温度为340℃，其他均相同，产率为96.2％，纯度为95.7％。
从图3可以看出，本实施例制得的CsPbBr3单晶为尺寸均一(001)暴露晶面正方体的铯铅溴钙钛矿单晶。
从图7可以看出，(001)晶面正方体CsPbBr3单晶为单斜结构，正方体CsPbBr3的(001)晶面衍射峰较强，这是由于反应条件的不同造成晶体的选择性生长。
从图9可以看出，(001)晶面正方体CsPbBr3单晶的Cs、Pb和Br原子含量分别为19.22％、20.30％和59.48％，接近1:1:3。
采用375nm激光激发得到时间分辨PL光谱、稳态光致发光谱，结合图10和11，实施例1制得的(111)晶面正四面体CsPbBr3单晶的荧光寿命4.3ns，光致发光峰位置为530nm，而实施例3制得的(001)晶面正方形薄片CsPbBr3单晶的荧光寿命7.8ns,光致发光峰位置为520nm。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于下游区的温度为300℃，其他均相同，产率为96.2％，纯度为95.9％。
结合图12，本实施例制得的CsPbBr3单晶为尺寸均一(111)暴露晶面正四面体的铯铅溴钙钛矿单晶。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于下游区的温度为320℃，并且没有第一石英管，SiO2/Si基片直接放入双温区管式炉的下游区，其他均相同，产率为95.8％，纯度为97.1％。
结合图13，本实施例制得的CsPbBr3单晶为尺寸均一(001)暴露晶面正方体的铯铅溴钙钛矿单晶。
实施例6
本实施例提出一种制备CsPbBr3单晶的方法，包括以下步骤：
S1、将CsBr和PbBr2按照质量比为0.05:0.2混合并研磨均匀得到混合物；其中CsBr的质量为0.1g；
S2、将1cm×1cm的SiO2/Si基片依次放于丙酮、乙醇和超纯水中分别超声10min，总共超声30min，将混合物放入双温区管式炉的上游区，将清洗后的SiO2/Si基片放入第一石英管中，再将所述第一石英管放入所述双温区管式炉的下游区，并向双温区管式炉中通入氩气；所述混合物在双温区管式炉中反应20min得到所述CsPbBr3单晶；其中，所述上游区的温度为580℃，所述下游区的温度为300℃，所述氩气的流速为50mL/min；整过程保持氩气的通入，待控温程序走完，冷却至室温，关闭流量计、氩气瓶解压阀，及时取出样品，产率为95.1％，纯度为95.3％。
实施例7
本实施例提出一种制备CsPbBr3单晶的方法，包括以下步骤：
S1、将CsBr和PbBr2按照质量比为1:0.1混合并研磨均匀得到混合物；其中CsBr的质量为0.2g；
S2、将1cm×1cm的SiO2/Si基片依次放于丙酮、乙醇和超纯水中分别超声20min，总共超声60min，将混合物放入双温区管式炉的上游区，将清洗后的SiO2/Si基片放入所述双温区管式炉的下游区，并向双温区管式炉中通入氩气；所述混合物在双温区管式炉中反应25min得到所述CsPbBr3单晶；其中，所述上游区的温度为670℃，所述下游区的温度为380℃，所述氩气的流速为50mL/min；整过程保持氩气的通入，待控温程序走完，冷却至室温，关闭流量计、氩气瓶解压阀，及时取出样品，产率为96.5％，纯度为95.5％。
实施例8
本实施例提出一种制备CsPbBr3单晶的方法，包括以下步骤：
S1、将CsBr和PbBr2按照质量比为0.06:0.1混合并研磨均匀得到混合物；其中CsBr的质量为0.06g；
S2、将1cm×1cm的SiO2/Si基片依次放于丙酮、乙醇和超纯水中分别超声15min，总共超声45min，将混合物放入双温区管式炉的上游区，将清洗后的SiO2/Si基片放入第一石英管中，再将所述第一石英管放入所述双温区管式炉的下游区，并向双温区管式炉中通入氩气；所述混合物在双温区管式炉中反应30min得到所述CsPbBr3单晶；其中，所述上游区的温度为650℃，所述下游区的温度为350℃，所述氩气的流速为300mL/min；整过程保持氩气的通入，待控温程序走完，冷却至室温，关闭流量计、氩气瓶解压阀，及时取出样品，产率为96.4％，纯度为95.2％。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。