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钙钛矿量子点敏化稀土离子掺杂碲酸盐玻璃近红外发光性能研究

摘要

钙钛矿量子点（PQDs）因其出色的光电特性，如大吸收截面、高光致发光量子产

率（PLQY）、窄线宽等，在基础研究和商业应用中都受到了极大的关注。将全无机铯铅

卤（CsPbX：X=Cl、Br、I）PQDs嵌入到结构致密、性能稳定的无机惰性玻璃基体中，

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即制备“钙钛矿量子点复合玻璃”，不但可以巧妙的解决钙钛矿量子点稳定性差的缺点，

还保留了钙钛矿材料量子点优异的发光性能，这为开发综合性能优异的光学材料和器件

提供了一种思路。目前，钙钛矿量子点复合玻璃的研究主要围绕其可见光发光性能和在

可见光波段的应用，如可见光发光二极管（LED）和激光器，缺少在近红外波段的研究。

本论文从玻璃组成和制备工艺优化入手，选择与CsPbBr3PQDs折射率高度匹配的碲酸

盐玻璃作为基质玻璃，在优化量子点发光性能和玻璃机械性能的基础上，进一步利用

CsPbBr3PQDs对稀土离子（Nd3+、Er3+）近红外发光的敏化效应，将钙钛矿量子点复合

玻璃发光波段拓展到近红外范围，并开展了其在近红外发光二极管（LED）和光放大器

方面的应用研究，具体如下：

1.采用AgCl作为成核剂，在碲酸盐玻璃中实现了CsPbBr3PQDs的均匀可控生长，

避免了聚集现象，获得了具有高光学透过率的钙钛矿量子点复合玻璃。研究发现，Ag

掺杂和玻璃结构对CsPbBr3PQDs复合玻璃的PLQY有重要影响。第一性原理计算和透

射电镜测试表明，提升PLQY的主要原因是AgCl作为成核剂促进了CsPbBr3PQDs的

生长。

2.探讨了CsPbBr3PQDs复合碲酸盐玻璃的光稳定性、水稳定性以及温度变化对其

光学性质的影响。材料在光和水的作用下表现出了优异的稳定性。综合应用原位变温测

试，包括X射线衍射、X射线能谱、拉曼、透过和折射率，研究了样品的热致变色机

理。不含CsPbBr3PQDs的碲酸盐玻璃表现出可逆的热致暗化行为，而CsPbBr3PQDs

复合碲酸盐玻璃则表现出可逆的热致漂白行为。

3.制备了CsPbBr3PQDs和Nd3+共掺的碲酸盐玻璃，观察到了CsPbBr3PQDs对

Nd3+近红外发光的敏化效应。通过稳态光谱和时间分辨光谱确定了CsPbBr3PQDs向

Nd3+的能量传递机制。基于CsPbBr3PQDs和Nd3+共掺的碲酸盐玻璃，构建了荧光转换

型近红外LED（pc-LED），该pc-LED表现出较好的光电转换效率和输出功率。借助

CsPbBr3PQDs在可见光波段强吸收与太阳光谱大范围重叠的优势，实现了太阳光泵浦

Nd3+近红外1064nm的净增益。

哈尔滨工程大学博士学位论文

4.制备了CsPbBr3PQDs和Er3+共掺的碲酸盐玻璃光纤，观察到了CsPbBr3PQDs

对Er3+近红外发光的敏化效应。碲酸盐玻璃丰富的局部配位环境有助于Er3+电子能级的

非均匀展宽，同时，较低的声子能量有利于提高Er3+的近红外发光效率。采用低成本的

白光LED泵浦，实现了Er3+掺杂光纤在S+C+L+U超宽带净增益。

综上，论文研究将钙钛矿量子点复合玻璃发光波段拓展到近红外，研究成果为开发

综合性能优异的近红外发光材料和光学器件提供了新的思路，同时也为近红外夜视成

像、大容量宽带光通信和激光等领域提供了有应用前景的候选材料。

关键词：钙钛矿量子点;碲酸盐玻璃；近红外发光；能量传递

钙钛矿量子点敏化稀土离子掺杂碲酸盐玻璃近红外发光性能研究

Abstract

PerovskiteQuantumDots(PQDs)havegarneredimmenseattentioninbothfundamental

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