基于納升級液滴流的微反應器平臺為鈣鈦礦納米晶的規(guī)模化生產奠定基礎

鉛基鹵化鈣鈦礦納米晶具有高光致發(fā)光量子產率、窄半峰寬和寬發(fā)光色域的優(yōu)勢，是眾多領域中的理想光電材料。但是，傳統(tǒng)的釜式制備方法得到的鈣鈦礦納米晶具有質量不穩(wěn)定、單批次產量少等問題，限制了鈣鈦礦納米晶的市場化應用。

近日，清華大學化工系徐建鴻教授在SCIENCE CHINA Materials雜志發(fā)表研究論文，通過設計基于納升級液滴流的微反應器平臺用于合成全可見光譜發(fā)光的銫鉛鹵鈣鈦礦納米晶體，為鈣鈦礦納米晶的規(guī)?；a奠定基礎。

圖1 用于合成鈣鈦礦納米晶的納升級液滴流微反應器平臺示意圖

通過優(yōu)化前驅體種類，使用溶解度更高的醋酸銫代替碳酸銫作為銫源前驅體，解決了微反應器內較高濃度前驅體常溫進料堵塞通道的難題。此外，利用納升級液滴的限域反應特性，強化前驅體的混合，并限制納米晶體的生長尺寸。與已報道的其他合成方法相比，該合成方法可以將前驅體濃度提高到文獻水平的3-116倍，將配體與反應物的比例降低到熱注入法的2%-50%，單次反應的理論產量提高2-61.5倍。

圖2 微反應器的有效前驅體濃度、配體-反應物比例、理論產量與其他制備方法的對比

該微反應器可精確控制納米晶體在130nL液滴內的生長過程，通過改變反應溫度和停留時間，探究了CsPbBr-?納米晶形貌和光致發(fā)光性質之間的構效關系，納米晶的量子產率最高可達87%。此外，通過在線調整PbX?前驅體的比例，可實現(xiàn)快速制備全可見光譜（406-677nm）發(fā)光的無機鉛鹵鈣鈦礦納米晶體。

圖3 該裝置可精確探究反應溫度對納米晶形貌、尺寸與光致發(fā)光性能的影響

最后，具有不同顏色發(fā)射光的鈣鈦礦納米晶被封裝在藍光LED燈帶上，組裝成可穿戴LED設備。該設備在10-100℃環(huán)境中均能保持明亮的熒光，說明該LED燈帶可以適用于高溫操作的場合。

圖4 由不同熒光顏色的鈣鈦礦納米晶制備成的彩色可穿戴LED燈帶