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化學所發展無機鈣鈦礦單晶氣相圖案化方法并制備高性能器件

2020-04-08 化學研究所
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  無機鈣鈦礦材料在太陽能電池、發光二極管、光電探測器、激光等諸多領域得到了廣泛的研究。目前,無機鈣鈦礦單晶的制備方法主要有氣相生長法和溶液生長法。氣相生長技術容易實現高質量單晶的制備,但由于氣相外延過程中的隨機成核和晶格不匹配問題,在氣相體系中實現鈣鈦礦結晶位點、晶體形貌和晶體尺寸的控制成為一個難題,這也是可控制備高性能鈣鈦礦集成光電器件的巨大挑戰。

  最近,在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的大力支持下,中科院化學研究所綠色印刷重點實驗室宋延林課題組與光化學重點實驗室趙永生課題組合作,針對氣相生長體系中鈣鈦礦隨機成核和晶格不匹配問題,創新性地將打印制備的晶種模板引入到鈣鈦礦氣相生長體系,并提出了一種利用晶種模板可控外延生長無機鈣鈦礦單晶的方法(如圖)。研究人員首先通過噴墨打印的方法在疏水基材上制備了鈣鈦礦晶種,然后將生長有晶種的模板引入到鈣鈦礦氣相生長體系。研究發現,晶種模板的引入可以有效地抑制鈣鈦礦晶體在氣相外延過程中的隨機成核和晶格不匹配問題,從而實現具有規則晶體形貌的鈣鈦礦單晶的可控氣相圖案化。通過調控氣相生長時間,可以實現對鈣鈦礦單晶尺寸的有效調控。該方法制備的無機鈣鈦礦單晶具有較高的結晶質量,可直接用于制備高性能硅基激光器和光電探測器。該研究為高質量無機鈣鈦礦單晶的可控氣相制備提供了一種新途徑,對制備高性能鈣鈦礦集成光電器件具有重要意義。

  研究成果發表于近日出版的先進材料Adv. Mater. 2020, doi: 10.1002/adma.201908006上。通訊作者是宋延林和趙永生,第一作者是谷振坤和周忠豪。

無機鈣鈦礦單晶的氣相圖案化制備

打印 責任編輯:葉瑞優

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