摘要
半导体材料的荧光特性是众多功能器件的基础，这些器件包括背光型发光二极管、闪烁体基电离辐射探测器、激光器等。它们在众多重大的军事和民用领域都有极其重要的应用，尤其是光学成像、图像显示、光通讯、环境监控、生物传感等。随着商业成熟的半导体材料进入技术瓶颈期，开发储量丰富、制备简易、性能优异的新型半导体材料并探索其荧光特性应用成为近些年来一个热门的研究方向。自从Miyasaka等人在2006年和2009年将金属卤化物钙钛矿材料应用到染料敏化太阳能电池中之来，这种新型半导体材料不仅在光伏和光电领域取得了极大的进步，其荧光特性也吸引了广泛的关注。金属卤化物钙钛矿材料是直接带隙半导体，具有光吸收系数高、荧光效率高、色纯度高、禁带宽度大范围可调等优点，且采用低成本的液相方法即可制备高质量产物。其中，二维金属卤化物钙钛矿（包括具有二维形貌的非层状金属卤化物钙钛矿和具有二维晶体结构的层状金属卤化物钙钛矿），不仅具有高度可调的光学性能，而且具备更加优异的稳定性，因此已经成为金属卤化物钙钛矿大家庭中迈向实际应用的领头羊。本学位论文首先提出了两种室温液相合成二维层状卤化物钙钛矿纳米片的方法，一种是过饱和析晶法，利用过饱和结晶析出的方法生成二维层状卤化物钙钛矿；另一种是水相合成方法，利用水充当反溶剂促进试剂共结晶析出二维层状卤化物钙钛矿。同时结合β射线闪烁体的基本原理，展示了二维层状卤化物钙钛矿在β型高能射线探测中的独特优势和应用。随后介绍了一种具有红-绿双色荧光的二维层状卤化物钙钛矿掺杂体系，并展示了其在背光型白光型发光二极管中的应用。进一步地，介绍了一种合成二维非层状卤化物钙钛矿的模板法，并展示了二维非层状卤化物钙钛矿产物在高清显示发光二极管中的应用。主要研究成果如下： （1）两种制备二维层状卤化物钙钛矿的低温液相方法。一种是过饱和析晶法，即利用离子平衡，营造有机阳离子过量的液相环境，以促使二维层状卤化物钙钛矿过饱和析出。同时引入原位超声处理促进二维层状卤化物钙钛矿的溶解-再结晶过程，以提高产物的结晶性；另一种方法是水相合成法。直接将水作为反溶剂，促进卤化铅盐和卤化有机盐的共结晶析出，生成二维层状卤化物钙钛矿。同时详细介绍了水相合成对二维层状卤化物钙钛矿组分的要求，并展示了该方法在大批量合成方面的优势。 （2）基于二维层状卤化物钙钛矿的β射线闪烁体。介绍了β射线与闪烁体的相互作用基本原理，并以此为基础展示了其在β射线探测中的独特优势。相比于三维卤化物钙钛矿，二维层状卤化物钙钛矿中引入了大尺寸有机阳离子，使其富含C、H、N轻元素，从而极大地抑制了由弹性散射造成的背散射损耗，提高了β粒子的俘获效率。相比于商业化的有机闪烁体，二维层状卤化物钙钛矿闪烁体展现出良好的耐热性和辐射稳定性，分解温度达到300℃，在经历10kGy的辐射剂量之后没有出现闪烁回滞。同时拥有低的探测极限（0.1mCi），高的出光率和弱的余晖效应。 （3）一种蓝光可激发的红-绿双发射锰掺杂二维层状卤化物钙钛矿体系。其中绿光来自二维层状卤化物钙钛矿母体，而红光来自Mn掺杂中心。通过改变Mn掺杂浓度，可以改变红-绿两种光的强度比，从而改变体系整体的色调。通过优化，该双发射荧光粉可以表现出理想的黄光，并与商业InGaN蓝光芯片相结合时可以实现CIE色坐标在（0.33,0.33），且色温小于4000K的暖白光二极管。同时，得益于二维层状卤化物钙钛矿良好的稳定性，该发光二极管在长时间工作后依然保持良好的发光性能。 （4）一种可控合成二维非层状卤化物钙钛矿的模板法。首先介绍了模板法的基本方案和原理：通过室温液相方法合成了结晶性良好、形貌规则的二维层状卤化物钙钛矿作为模板，随后通过离子交换反应，将铯离子（Cs+）或者甲醚离子（FA+）与该模板中的有机阳离子交换，即可获得保留有二维形貌的非层状金属卤化物钙钛矿纳米片。然后，展示了该方法在背光显示发光二极管中的应用，通过该方法合成的二维FAPbBr3纳米片具有纯正的绿光（525nm~535nm），并且能实现荧光峰位的精细调控，使其逼近ITU Rec.2020标准规范的理想绿光。
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