doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-5-896-902


УДК 535.372

Исследование спектрально-люминесцентных свойств квантовых точек CsPb(BrCl)3 во фторфосфатных стеклах

Макурин А.А., Колобкова Е.В.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:
Макурин А.А., Колобкова Е.В. Исследование спектрально-люминесцентных свойств квантовых точек CsPb(BrCl)3 во фторфосфатных стеклах // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22, № 5. С. 896–902. doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-5-896-902


Аннотация
Предмет исследования. В рамках научного проекта «Исследование спектрально-люминесцентных свойств квантовых точек CsPb(BrCl)3 во фторфосфатных стеклах» синтезированы и исследованы квантовые точки CsPbX3 (X = Br, Cl). Методика исследования. Исследование спектров поглощения выполнено с помощью двулучевого спектрофотометра Perkin Elmer lambda 650. Для получения спектров люминесценции использован спектрофлуориметр Perkin Elmer LS50B. Изучены температурные зависимости спектров люминесценции посредством оригинальной установки, включающей спектрофлуориметр, многомодовое оптическое волокно, криостат и температурную приставку. Возбуждающий свет от лампы спектрофлуориметра фокусировался на входной канал оптического волокна. После выхода из канала излучение собиралось линзой, в фокусе которой находился образец, закрепленный в термостате. Люминесценция образца собиралась в обратном направлении с выводом на приемник спектрофлуориметра, который соединен с компьютером. Термостат, в свою очередь, был подключен к криогенной приставке «Variable Temperature Cell», позволяющей регулировать температуру в пределах от 74 до 472 К. Основные результаты. Показано, что при увеличении времени термообработки образцов происходит рост квантовых точек, что приводит к уменьшению ширины запрещенной зоны вследствие квантово-размерного эффекта. При замене в CsPbBr3 брома на хлор были получены смешанные нанокристаллы CsPb(BrCl)3, что привело к сдвигу полос поглощения и люминесценции в коротковолновую область. Таким образом, выбирая различные лиганды для CsPbX3 (X = Br, Cl), изменяя их соотношение и условия термообработки, можно перестроить длину волны люминесценции в широкой области видимого диапазона. Исследование зависимости ширины запрещенной зоны от температуры наглядно показало влияние фазовых переходов. Определена последовательность фазовых переходов для различных химических составов, а именно, был обнаружен вклад введения хлора в изменение температурной зависимости ширины запрещенной зоны в диапазоне от 180 до 400 К. Предположено, что основными причинами тушения люминесценции выше 300 К являются фазовые переходы. Практическая значимость. В результате доказано, что фторфосфатное стекло — химически устойчивая среда для защиты квантовых точек от внешних воздействий. В работе получена возможность создания стабильных люминофоров, новых лазерных сред и люминесцирующих покрытий как белого света, так и во всем видимом диапазоне.

Ключевые слова: квантовые точки, смешанные нанокристаллы, фторфосфатное стекло, анионное замещение, квантово-размерный эффект, температурный сдвиг запрещенной зоны, фазовые переходы в кристаллах

Список литературы
  1. Kolobkova E.V., Kuznetsova M.S., Nikonorov N.V. Perovskite CsPbX3 (X=Cl, Br, I) Nanocrystals in fluorophosphate glasses // Journal of Non-Crystalline Solids. 2021. V. 563. P. 120811 https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2021.120811
  2. Kovalenko M.V., Protesescu L., Bodnarchuk M.I. Properties and potential optoelectronic applications of lead halide perovskite nanocrystals // Science. 2017. V. 358. N 6364. P. 745–750. https://doi.org/10.1126/science.aam7093
  3. Yuan X., Ji S., De Siena M.C., Fei L., Zhao Z., Wang Y., Li H., Zhao J., Gamelin D.R. Photoluminescence temperature dependence, dynamics, and quantum efficiencies in Mn2+-doped CsPbCl3 perovskite nanocrystals with varied dopant concentration // Chemistry of Materials. 2017. V. 29. N 18. P. 8003–8011. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.7b03311
  4. Ai B., Liu C., Wang J., Xie J., Han J., Zhao X. Precipitation and optical properties of CsPbBr3 quantum dots in phosphate glasses // Journal of the American Ceramic Society. 2016. V. 99. N 9. P. 2975–2877. https://doi.org/10.1111/jace.14400
  5. Di X., Hu Z., Jiang T., He M., Zhou L., Xiang W., Liang X. Use of long-term stable CsPbBr3 perovskite quantum dots in phospho-silicate glass for highly efficient white LEDs // Chemical Communications. 2017. V. 53. N 80. P. 11068–11071. https://doi.org/10.1039/C7CC06486A
  6. Ye Y., Zhang W.C., Zhao Z.Y., Wang J., Liu C., Deng Z., Zhao X., Han J. Highly luminescent cesium lead halide perovskite nanocrystals stabilized in glasses for light-emitting applications // Advanced Optical Materials. 2019. V. 7. N 9. P. 1801663. https://doi.org/10.1002/adom.201801663
  7. Shao G., Liu S., Ding L., Zhang Z., Xiang W., Liang X. KxCs1−xPbBr3 NCs glasses possessing super optical properties and stability for white light emitting diodes // Chemical Engineering Journal. 2019. V. 375. P. 122031. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122031
  8. Fu Y., Zhu H., Stoumpos C.C., Ding Q., Wang J., Kanatzidis M.G., Zhu X., Jin S. Broad wavelength tunable robust lasing from single-crystal nanowires of cesium lead halide perovskites (CsPbX3, X = Cl, Br, I) // ACS Nano. 2016. V. 10. N 8. P. 7963–7972. https://doi.org/10.1021/acsnano.6b03916
  9. Wang D., Wu D., Dong D., Chen W., Hao J., Qin J., Xu B., Wang K., Suna X. Polarized emission from CsPbX3 perovskite quantum dots // Nanoscale. 2016. V. 8. N 22. P. 11565–11570. https://doi.org/10.1039/C6NR01915C
  10. Liu P., Chen W., Wang W., Xu B., Wu D., Hao J., Cao W., Fang F., Li Y., Zeng Y., Pan R., Chen S., Cao W., Sun X.W., Wang K. Halide-rich synthesized cesium lead bromide perovskite nanocrystals for light-emitting diodes with improved performance // Chemistry of Materials. 2017. V. 29. N 12. P. 5168–5173. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.7b00692
  11. Mei A., Li X., Liu L., Ku Z., Liu T., Rong Y., Xu M., Hu M., Chen J., Yang Y., Grätzel M., Han H. A hole-conductor–free, fully printable mesoscopic perovskite solar cell with high stability // Science. 2014. V. 345. P. 295–298. https://www.science.org/doi/10.1126/science.1254763
  12. Lv L., Xu Y., Fang H., Luo W., Xu F., Liu L., Wang B., Zhang X., Yang D., Hu W., Dong A. Generalized colloidal synthesis of high-quality, two-dimensional cesium lead halide perovskite nanosheets and their applications in photodetectors // Nanoscale. 2016. V. 8. N 28. P. 13589–13596. https://doi.org/10.1039/C6NR03428D
  13. ЗдобноваТ.А., ЛебеденкоЕ.Н., ДеевС.М. Квантовыеточкидлямолекулярнойдиагностикиопухолей// Acta Naturae. 2011. V. 3. N 1(8). P. 30–49.
  14. Ai B., Liu C., Deng Z., Wang J., Han J., Zhao X. Low temperature photoluminescence properties of CsPbBr3 quantum dots embedded in glasses // Physical Chemistry Chemical Physics. 2017. V. 19. N 26. P. 17349–17355. https://doi.org/10.1039/C7CP02482G
  15. Saran R., Heuer-Jungemann A., Kanaras A.G., Curry R.J. Giant bandgap renormalization and exciton–phonon scattering in perovskite nanocrystals // Advanced Optical Materials. 2017. V. 5. N 17. P. 1700231. https://doi.org/10.1002/adom.201700231
  16. Nedelcu G., Protesescu L., Yakunin S., Bodnarchuk M.I., Grotevent M.J., Kovalenko M.V. Fast anion-exchange in highly luminescent nanocrystals of cesium lead halide perovskites (CsPbX3, X = Cl, Br, I) // Nano Letters. 2015. V. 15. N 8. P. 5635–5640. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5b02404
  17. Mannino G., Deretzis I., Smecca E., La Magna A., Alberti A., Ceratti D., Cahen D. Temperature-dependent optical band gap in CsPbBr3, MAPbBr3, and FAPbBr3 single crystals // Journal of Physical Chemistry Letters. 2020. V. 11. N 7. P. 2490–2496. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c00295
  18. Carabatos-Nédelec C., Oussaïd M., Nitsch K. Raman scattering investigation of cesium plumbochloride, CsPbCl3, phase transitions // Journal of Raman Spectroscopy. 2003. V. 34. N 5. P. 388–393. https://doi.org/10.1002/jrs.1005


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2022 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика