一种FA基钙钛矿单晶的制备方法及FA基钙钛矿单晶与流程

本发明涉及钙钛矿材料应用，更具体的是涉及一种fa基钙钛矿单晶的制备方法。

背景技术：

1、金属卤化物钙钛矿具有x射线吸收强、产品迁移寿命大、易于合成等独特优势，可用于科学研究、无损产品检测、医学成像等领域，在x射线检测中具有很大的潜力。特别是三维金属卤化物钙钛矿材料，由于其易制备和较长的载流子扩散长度的特点而成为新兴的研究材料。然而，三维金属卤化物钙钛矿材料中存在离子迁移，对于三维金属卤化物钙钛矿材料制备的x射线探测器而言，其中离子迁移严重影响了x射线探测器的探测性能。

2、钙钛矿材料含有较多氢原子的a位阳离子可以提高离子迁移活化能，从而有效抑制离子迁移。与钙钛矿材料中常用的ma+阳离子相比，fa+阳离子含有更多的氢原子，在环境中更稳定。此外，在相同电场条件下，碘基钙钛矿材料一般比溴基钙钛矿材料具有更好的x射线探测性能。现有专利公开如下技术：

3、公开号为cn114639784a，专利名称为“一种表面钝化抑制离子迁移的钙钛矿晶片x射线探测器及其制备方法”的专利公开了如下内容：乙二胺二氢碘酸盐掺入甲胺铅碘中，利用真空热压的方法将其制成晶片，获得结构为au/晶片/au的基于乙二胺二氢碘酸盐钝化晶片表面/晶界缺陷的x射线探测器器件。本发明引入的乙二胺二氢碘酸盐提供了额外的i离子，可填补甲胺铅碘中卤化物的空位，从而抑制了晶界中的离子迁移，钝化了钙钛矿晶界。本发明制备得到的x射线探测器离子迁移活化能增加，在高偏压下电流保持稳定。

4、上述专利的表面钝化广泛应用于钙钛矿多晶薄膜，其原理是在钙钛矿上形成薄层，以钝化表面缺陷并抑制离子迁移，虽然上述专利和现有技术中的fapbi3基钙钛矿材料应该具有优异的x射线探测性能，但是存在制备工艺复杂及适用性低的问题。更为关键的是，现有的fapbi3基钙钛矿材料的立方光活性晶相(α-fapbi3)在室温下会转变为六方非光活性晶相(δ-fapbi3)，这限制了fapbi3基钙钛矿材料在x射线检测中的研究，高效稳定的fapbi3基钙钛矿材料必须抑制这种晶相的转变。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了解决现有fapbi3基钙钛矿材料中的立方光活性晶相(α-fapbi3)在室温下会转变为六方非光活性晶相(δ-fapbi3)的技术问题,本发明提供一种fa基钙钛矿单晶的制备方法。

2、本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供一种具有高稳定性的前驱体溶液，包括如下步骤：

4、s1、原材料的准备：准备二甲胺氢碘酸盐、甲脒氢碘酸盐、碘化铅以及γ-丁内酯；

5、s2、第一溶液的制备：将步骤s1中的二甲胺氢碘酸盐加入γ-丁内酯，获得第一溶液；

6、s3、第二溶液的制备：将甲脒氢碘酸盐和碘化铅溶于步骤s2中得到的第二溶液中，然后将得到的第二溶液用磁子搅拌，获得澄清无色的第三溶液；

7、s4、前驱体溶液的制备：用过滤膜过滤步骤s3得到的第三溶液，获得可用于生长fa基钙钛矿单晶的前驱体溶液；

8、在步骤s5中，将前驱体溶液置于烘箱中，生长得到fa基钙钛矿单晶。

9、在步骤s6中，将块状单晶进行研磨，获得多晶粉末。

10、具体来说，二甲胺氢碘酸盐(dmai)结构中含有更多的氢键，在fapbi3基钙钛矿材料的立方光活性晶相(α-fapbi3)中取代fa，得到fadmapbi3材料，有利于在室温下稳定fapbi3基钙钛矿材料中的立方光活性晶相(α-fapbi3)，抑制离子迁移，提高fapbi3基钙钛矿材料制备的x射线探测器的稳定性。

11、另外，甲脒氢碘酸盐(fai)具体情况如下：分子式：c2h5in2；分子量：171.97g/mol；纯度：98％；熔点：335℃；cas编号：879643-71-7。

12、二甲胺氢碘酸盐(dmai)的具体情况如下，分子式：c2h8in；分子量：172.99g/mol；纯度：98％；熔点：153.0～157.0℃；cas编号：51066-74-1。

13、在一个实施方式中，在步骤s1中，二甲胺氢碘酸盐的纯度≥95％，甲脒氢碘酸盐的纯度≥95％，碘化铅的纯度≥95％，γ-丁内酯的纯度≥95％。

14、在一个实施方式中，在步骤s2中，取步骤s1中的γ-丁内酯10ml、二甲胺氢碘酸盐0.104g～0.145g，将二甲胺氢碘酸盐溶于γ-丁内酯中，配置成第一溶液。

15、在一个实施方式中，在步骤s3中，将1.399g～2.099g甲脒氢碘酸盐和4.1104g～6.166g碘化铅溶于10ml第一溶液中，配置成第二溶液。

16、在一个实施方式中，在步骤s3中，将步骤s3得到的第二溶液用磁子搅拌至少24小时，获得澄清无色的第三溶液。

17、在一个实施方式中，在步骤s4中，用厚度为0.22μm～0.45μm的ptfe过滤膜过滤第三溶液，获得可用于生长fa基钙钛矿单晶的具有高稳定性的前驱体溶液。

18、在一个实施方式中，在步骤s5中，将前驱体溶液置于烘箱中，每天以恒定的升温梯度的升温至设定温度，生长得到fa基钙钛矿单晶。

19、在一个实施方式中，将前驱体溶液置于50℃的烘箱中，然后以5℃/day的升温速率升温至115℃，生长得到fa基钙钛矿单晶。

20、在一个实施方式中，将生长得到fa基钙钛矿单晶命名为：fadma sc

21、在一个实施方式中，将块状单晶进行研磨，获得多晶粉末，命名为：fadma scpowders

22、本发明的第二个方面是根据上述一种fa基钙钛矿单晶的制备方法，制备得到fapbi3基钙钛矿材料。

23、本发明的有益效果如下：

24、1、二甲胺氢碘酸盐(dmai)结构中含有更多的氢键，在fapbi3基钙钛矿材料的立方光活性晶相(α-fapbi3)中取代fa，得到fadmapbi3材料，有利于在室温下稳定fapbi3基钙钛矿材料中的立方光活性晶相(α-fapbi3)，抑制离子迁移，提高fapbi3基钙钛矿材料制备的x射线探测器的稳定性。

25、2、通过该方法制备的fadmapbi3材料具有优异的长期辐照稳定性。

技术特征：

1.一种fa基钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种fa基钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，二甲胺氢碘酸盐的纯度≥95％，甲脒氢碘酸盐的纯度≥95％，碘化铅的纯度≥95％，γ-丁内酯的纯度≥95％。

3.根据权利要求1所述的一种fa基钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，取步骤s1中的γ-丁内酯10ml、二甲胺氢碘酸盐0.104g～0.145g，将二甲胺氢碘酸盐溶于γ-丁内酯中，配置成第一溶液。

4.根据权利要求1所述的一种fa基钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，在步骤s3中，将1.399g～2.099g甲脒氢碘酸盐和4.1104g～6.166g碘化铅溶于10ml第一溶液中，配置成第二溶液。

5.根据权利要求1所述的一种fa基钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，在步骤s3中，将步骤s3得到的第二溶液用磁子搅拌至少24小时，获得澄清无色的第三溶液。

6.根据权利要求1所述的一种fa基钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，在步骤s4中，用厚度为0.22μm～0.45μm的ptfe过滤膜过滤第三溶液，获得可用于生长fa基钙钛矿单晶的前驱体溶液。

7.根据权利要求1所述的一种fa基钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，在步骤s5中，将前驱体溶液置于烘箱中，每天以恒定的升温梯度的升温至设定温度，生长得到fa基钙钛矿单晶。

8.根据权利要求7所述的一种fa基钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，将前驱体溶液置于50℃的烘箱中，然后以5℃/day的升温速率升温至115℃，生长得到fa基钙钛矿单晶。

9.根据权利要求7所述的一种fa基钙钛矿单晶的制备方法，其特征在于，将生长得到fa基钙钛矿单晶命名为：fadma sc。

10.一种fa基钙钛矿单晶，其特征在于，根据权利要7至9中任一项所述一种fa基钙钛矿单晶的制备方法，制备得到fa基钙钛矿单晶。

技术总结
本发明公开了一种FA基钙钛矿单晶的制备方法及FA基钙钛矿单晶，涉及钙钛矿材料应用技术领域，包括S1、准备二甲胺氢碘酸盐、甲脒氢碘酸盐、碘化铅以及γ‑丁内酯；S2、将步骤S1中的二甲胺氢碘酸盐加入γ‑丁内酯，获得第一溶液；S3、将甲脒氢碘酸盐和碘化铅溶于步骤S2中得到的第二溶液中，然后将得到的第二溶液用磁子搅拌，获得澄清无色的第三溶液；S4、用过滤膜过滤步骤S3得到的第三溶液，获得可用于生长FA基钙钛矿材料的具有高稳定性的前驱体溶液，S5、在烘箱中，生长得到FA基钙钛矿单晶；S6、将得到的块状单晶进行研磨，获得多晶粉末；本发明DMA结构中含有更多的氢键，在α‑FAPbI<subgt;3</subgt;钙钛矿材料中取代FA，有利于在室温下稳定α相，抑制离子迁移，提高FAPbI<subgt;3</subgt;基钙钛矿材料的X射线探测器的稳定性。

技术研发人员：赵一英,蒋伟,李海宾,刘丹
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院材料研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16