新型有机-无机杂化钙钛矿的合成与自旋器件研究
发布时间：2021-01-29 09:40
自旋电子学器件可以提高传统电子器件的效率并赋予它们新功能,成为当前的研究前沿。有机自旋电子学的研究受到了材料发展的制约,设计并合成具有明确结构和优良自旋调控特性的新型功能材料成为有机自旋电子学研究的重要挑战。有机-无机杂化钙钛矿结构整合了有机材料和无机材料的诸多优势,如有机材料的结构多样性、功能性,及无机材料的磁性、高载流子迁移率,使其成为设计并合成新型功能材料的理想平台。然而,基于钙钛矿结构的磁性材料以及与自旋相关的器件探索尚处于起步阶段。本论文以面向未来自旋电子学研究所需的功能材料为目标,设计合成了一系列新型二维有机-无机杂化钙钛矿铁磁体材料,并探索其在各种器件中的应用。通过精准调控有机铵离子、金属离子和卤素的的种类,探究了这些材料的白光发射、热致变色、手性、铁磁性和铁磁共振等性能。进一步,制备了场效应晶体管、光探测器和自旋器件,获得了良好的器件性能。本论文为利用钙钛矿结构创造新型功能材料,特别是热致变色铁磁体、手性铁磁体提供了新的策略,为进一步开发应用于自旋电子学的磁性材料奠定基础。论文主要内容如下:第一章:对有机-无机杂化钙钛矿材料的发展历史、分类以及组成进行了综述与探讨。重点...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：195 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
a.CaTiO3结构示意图b.有机-无机杂化钙钛矿结构示意图c.金属有机骨架钙钛矿结构示意图[1]
兰州大学博士学位论文新型有机-无机杂化钙钛矿的合成与自旋器件研究3卤化物钙钛矿基于两个关键的组成成分：无机层及其改性和有机阳离子的多样性。基于这两种异相组分的混合，无论是通过合成上的操作(有机阳离子或无机元素的混排)，或是运用外部刺激(温度或者压力)，构筑出晶体学天然的量子阱结构，这也赋予其优异的物理特性。基于有机-无机杂化钙钛矿自旋电子学也逐步建立[14-20]。总之，有机-无机杂化钙钛矿材料已经在电子学、光电子学和自旋电子学等领域获得了长足的发展。有机-无机杂化钙钛矿也是创造新性能和研究构效关系的理想体系。图1-2三维、二维、一维和零维钙钛矿结构关系示意图[10]1.2有机-无机杂化钙钛矿的分类1.2.1三维钙钛矿三维有机-无机杂化钙钛矿的结构通式是ABX3，由二价B位阳离子的简单立方排列组成，桥连卤素离子创建一个通过角共享八面体的三维阴离子框架。体积小的一价A位阳离子占据立方八面体腔，确保电荷平衡。如图1-3所示。类似于氧化钙钛矿的情况，金属卤化物八面体可以相互旋转或倾斜，可以利用氧化钙钛矿中已经建立了术语来描述导致的晶格。A位点一般被小体积的碱金属离子，如：K+、Rb+、Cs+占据，也可以是小体积的有机阳离子，如：甲铵、甲眯，这时候形成的是有机-无机杂化钙钛矿结构。
oldschmidt容差因子模型[25]，也就是离子半径满足公式：+=√2(+)。如果要形成三维钙钛矿，那么，0.8≤t≤1.0，离子半径如表1-1所示。除了离子半径的限制，电荷平衡是必须要实现的。也就是：如果“A”是一价的，“X”是卤素，那么“B”必须是二价(B位点的典型离子还可以包含：Ca2+、Eu2+、Yb2+。)。“B”位点的离子也可以是平均是二价（由等数目的一价和三价离子构成），如CsAuI3，其中，Au为一价和三价，更加具体的表述为Cs2Au(I)Au(III)I6。近期的一个实验工作CsTlF3是一种棕色粉末，结构是双钙钛矿[26]。图1-3三维有机-无机杂化钙钛矿结构示意图1.2.2二维钙钛矿二维杂化钙钛矿结构类型和连接模式类似于他们的三维同类物，二维杂化钙钛矿遵循决定钙钛矿晶体生长的立体化学规则。如图1-4所示，实验上观测到三种八面体连接模式：角共享(Corner-sharing)、边共享(Edge-sharing)和面共享(Face-sharing)。实际晶体中，有时还包含两种结构方式的结合。[27-28]二维有机-无机杂化钙钛矿主要类别由角共享八面体组成，这些二维杂化钙钛矿又进一步分为三类：沿着母体三维结构的特定平面(hkl)进行的晶体层的切割方向，分为(100)取向、(110)取向和(111)取向三种结构。在这三类中，(100)取
本文编号：3006674
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：195 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
a.CaTiO3结构示意图b.有机-无机杂化钙钛矿结构示意图c.金属有机骨架钙钛矿结构示意图[1]
兰州大学博士学位论文新型有机-无机杂化钙钛矿的合成与自旋器件研究3卤化物钙钛矿基于两个关键的组成成分：无机层及其改性和有机阳离子的多样性。基于这两种异相组分的混合，无论是通过合成上的操作(有机阳离子或无机元素的混排)，或是运用外部刺激(温度或者压力)，构筑出晶体学天然的量子阱结构，这也赋予其优异的物理特性。基于有机-无机杂化钙钛矿自旋电子学也逐步建立[14-20]。总之，有机-无机杂化钙钛矿材料已经在电子学、光电子学和自旋电子学等领域获得了长足的发展。有机-无机杂化钙钛矿也是创造新性能和研究构效关系的理想体系。图1-2三维、二维、一维和零维钙钛矿结构关系示意图[10]1.2有机-无机杂化钙钛矿的分类1.2.1三维钙钛矿三维有机-无机杂化钙钛矿的结构通式是ABX3，由二价B位阳离子的简单立方排列组成，桥连卤素离子创建一个通过角共享八面体的三维阴离子框架。体积小的一价A位阳离子占据立方八面体腔，确保电荷平衡。如图1-3所示。类似于氧化钙钛矿的情况，金属卤化物八面体可以相互旋转或倾斜，可以利用氧化钙钛矿中已经建立了术语来描述导致的晶格。A位点一般被小体积的碱金属离子，如：K+、Rb+、Cs+占据，也可以是小体积的有机阳离子，如：甲铵、甲眯，这时候形成的是有机-无机杂化钙钛矿结构。
oldschmidt容差因子模型[25]，也就是离子半径满足公式：+=√2(+)。如果要形成三维钙钛矿，那么，0.8≤t≤1.0，离子半径如表1-1所示。除了离子半径的限制，电荷平衡是必须要实现的。也就是：如果“A”是一价的，“X”是卤素，那么“B”必须是二价(B位点的典型离子还可以包含：Ca2+、Eu2+、Yb2+。)。“B”位点的离子也可以是平均是二价（由等数目的一价和三价离子构成），如CsAuI3，其中，Au为一价和三价，更加具体的表述为Cs2Au(I)Au(III)I6。近期的一个实验工作CsTlF3是一种棕色粉末，结构是双钙钛矿[26]。图1-3三维有机-无机杂化钙钛矿结构示意图1.2.2二维钙钛矿二维杂化钙钛矿结构类型和连接模式类似于他们的三维同类物，二维杂化钙钛矿遵循决定钙钛矿晶体生长的立体化学规则。如图1-4所示，实验上观测到三种八面体连接模式：角共享(Corner-sharing)、边共享(Edge-sharing)和面共享(Face-sharing)。实际晶体中，有时还包含两种结构方式的结合。[27-28]二维有机-无机杂化钙钛矿主要类别由角共享八面体组成，这些二维杂化钙钛矿又进一步分为三类：沿着母体三维结构的特定平面(hkl)进行的晶体层的切割方向，分为(100)取向、(110)取向和(111)取向三种结构。在这三类中，(100)取
本文编号：3006674
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