一种制备均匀尺寸甲胺铅卤钙钛矿纳米晶的装置的制作方法

本实用新型属于光电子材料制备技术领域，具体涉及一种制备均匀尺寸甲胺铅卤钙钛矿纳米晶的装置。

背景技术：

钙钛矿晶体材料具有价格低廉、光学带隙可调、电荷传输性能优异等特性，正成为新一代革命性的半导体光电材料。随着研究的不断发展，钙钛矿材料的量子产率已经超过90％。材料合成的快速发展促进了其在光电子器件上的应用，包括太阳能电池、发光二极管、光电探测器和晶体管等。在各种类型的钙钛矿材料中，卤素钙钛矿纳米晶体在光电子领域的表现尤为突出，CH3NH3PbX3(X＝Br,I)钙钛矿纳米晶体便是其中之一。

溶液中结晶析出是钙钛矿纳米晶体的常见制备方法之一。这种方法相对于其他的制备方法(如热注入法，铝模板法)可以简单经济的制备钙钛矿纳米晶体，而无需苛刻的制备条件。但是传统的溶液中结晶析出的制备过程中，在宏观尺寸下由于烧杯、烧瓶等间歇式批次反应器中结晶过程的传质和传热的高度不均匀性，导致生成的纳米晶颗粒分布不均匀。在后续分离提纯过程中，大量的大颗粒块体被过滤分离，这样不仅浪费了能源还造成了原料浪费和环境污染(铅具有毒性)。

因此，需要一种高效的装置去制备尺寸均匀且无原料浪费的钙钛矿纳米晶。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术存在的问题，提供了一种钙钛矿纳米晶体合成装置。

本实用新型的技术方案：

一种制备均匀尺寸甲胺铅卤钙钛矿纳米晶的装置，该装置包括反应室3、毛细喷射管1和反溶剂通道；所述的毛细喷射管1同轴设置于反应室3中，且尾部固定于反应室3的一端，用于向反应室3中喷射前驱体溶液；反应室3的中段设置反溶剂入口2，反溶剂入口2与反应室3之间通过反溶剂通道实现连通，用于向反应室3中注入反溶剂；反应室3的另一端设置反溶剂出口4，用于输出产品。

所述毛细喷射管1的喷嘴直径为10um～1000um。

一种制备均匀尺寸甲胺铅卤钙钛矿纳米晶的方法，步骤如下：利用蠕动泵向毛细喷射管1中注入前驱体溶液，由毛细喷射管1向反应室3中喷射前驱体溶液。同时反溶剂通过蠕动泵从反溶剂入口2注入，并经过反溶剂通道进入反应室3中，为前驱体溶液提供结晶环境；反应产物由反溶剂出口4排出。由于毛细喷射管1的尺寸在微米级别，前驱体体的快速传质传热特性使得整个反应室3的晶体处于相似的成核与生长环境。而连续流动的反溶剂相和前驱液相保证了结晶合成过程的连续稳定，合成的钙钛矿纳米晶的尺寸均匀且无需任何提纯处理，产率为100％。

本实用新型的有益效果：本实用新型的装置充分利用微流体的高效传质传热的特性，克服了宏观批次式反应器的缺点，实现了尺寸均匀的甲胺铅卤钙钛矿纳米晶的直接合成，避免了传统制备提纯过程中的资源浪费和环境污染。同时本装置设计简洁，易于实现工业化，从而为大量生产高质量的甲胺铅卤钙钛矿纳米晶奠定了基础。

附图说明

图1为装置的功能组成示意图；

图2为用装置制备的经典的CH3NH3PbBr3纳米晶的荧光发射光谱谱图；

图3为用装置制备的改变卤素原子比的甲胺铅卤钙钛矿纳米晶的荧光发射光谱谱图。

图中：1毛细喷射管；2反溶剂入口；3反应室；4反溶剂出口。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本实用新型的具体实施方式。

一种制备均匀尺寸甲胺铅卤钙钛矿纳米晶的装置，该装置包括反应室3、毛细喷射管1和反溶剂通道；所述的毛细喷射管1同轴设置于反应室3中，且尾部固定于反应室3的一端，用于向反应室3中喷射前驱体溶液；反应室3的中段设置反溶剂入口2，反溶剂入口2与反应室3之间通过反溶剂通道实现连通，用于向反应室3中注入反溶剂；反应室3的另一端设置反溶剂出口4，用于输出产品。

利用以上装置制备均匀尺寸甲胺铅卤钙钛矿纳米晶的方法，步骤如下：

(1)前驱液准备

以DMF为溶剂的前驱液：

向0.0178g的CH3NH3Br与0.0735g的PbBr2中加入5mL的DMF溶剂，然后加入20uL的正辛胺与0.5mL温度为40℃的油酸。超声处理10min使所有固体完全溶解。

以THF为溶剂的前驱液：

(1.1)向0.0022g的CH3NH3Br与0.0091g的PbBr2中加入10mL的THF溶剂，然后加入75uL的正辛胺与1mL温度为40℃的油酸，超声处理4min。

(1.2)向0.0254g的CH3NH3I与0.0918g的PbI2中加入4mL的THF溶剂，然后加入30uL的正辛胺与0.4mL温度为40℃的油酸，超声处理15min。

(2)经典CH3NH3PbBr3的合成

毛细喷射管1的管径固定为50um，将上述以DMF为溶剂的前驱体溶液使用蠕动泵驱动以2uL/min的流量喷射入反应室3，接着使用蠕动泵将反溶剂甲苯以400uL/min的流量通入反应室3。待系统稳定后即可接收产品。

(3)不同发射波长钙钛矿纳米晶的合成

毛细喷射管1的管径固定为50um，将上述以THF为溶剂的两种前驱体溶液以不同体积比混合。具体7种比例VBr:VI＝(1:0；13:1；10:1；8:1；7:1；4:1；3:2)。使用蠕动泵驱动以4uL/min的流量喷射入反应室3，接着使用蠕动泵将反溶剂甲苯以400uL/min的流量通入反应室3。待系统稳定后即可接收产品。