化學相變法製備鈣鈦礦周期性納米結構

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鈣鈦礦是一種具有廣闊應用前景的光電半導體材料，可用於製備高效太陽能電池、發光二極體、激光器、光探測器以及晶體管。眾說周知，鈣鈦礦光電器件的性能與其薄膜的晶體質量有著密切關係。正因為如此，至今仍有很多研究專註於如何製備高質量的鈣鈦礦薄膜以期獲得高性能的鈣鈦礦光電器件。然而，少有關於鈣鈦礦周期性納米結構製備的文獻報道。例如，人們發展了聚焦離子束刻蝕的方法來製備周期性納米結構的CH3NH3PbBr3，然而該方法容易破壞鈣鈦礦的晶體性以及光學性能。那麼，有沒有一種方法可以製備出高質量的鈣鈦礦周期性納米結構呢？

圖1. 化學相變法製備鈣鈦礦周期性納米結構的示意圖

最近，香港大學蔡植豪團隊提出一種新型的化學相變法來製備鈣鈦礦周期性納米結構（圖1）。該方法是基於如下化學反應（反應1）：固態的鈣鈦礦（CH3NH3PbI3）與氣態的甲胺（CH3NH2）反應生成液態的中間體（CH3NH3PbI3?CH3NH2），該液態中間體可以複製聚二甲基硅氧烷（PDMS）上的周期性納米結構；通過退火處理，液態的中間體又轉變成固態的鈣鈦礦，同時也保留了聚二甲基硅氧烷上的周期性納米結構。利用該方法可以製備不同周期的鈣鈦礦周期性納米結構（圖2）。

圖2. 化學相變法處理前的鈣鈦礦薄膜的掃描電鏡截面圖（A）和俯視圖（D），735 nm周期的鈣鈦礦周期納米結構的掃描電鏡截面圖（B）和俯視圖（E），1500 nm周期的鈣鈦礦周期納米結構的掃描電鏡截面圖（C）和俯視圖（F）。

該團隊還發現通過這種化學相變法製得的鈣鈦礦周期性納米結構具有比相變前平面結構更好的結晶性和光學性質。此外，基於鈣鈦礦周期性納米結構發光二極體的量度大約是化學相變法處理前鈣鈦礦薄膜器件的兩倍。這一結果發表在Advanced Functional Materials上。

該論文作者為：Jian Mao, Wei E. I. Sha, Hong Zhang, Xingang Ren, Jiaqing Zhuang, Vellaisamy A. L. Roy, Kam Sing Wong, Wallace C. H. Choy

Novel Direct Nanopatterning Approach to Fabricate Periodically Nanostructured Perovskite for Optoelectronic Applications,

Adv. Funct. Mater.,2017,27, 1606525, DOI: 10.1002/adfm.201606525

蔡植豪教授簡介

蔡植豪博士（Prof./Dr. Wallace C.H. Choy），英國薩里大學取得博士學位，現任香港大學教授/博士生導師；美國學會會士(OSA Fellow)，美國電機及電子學工程師學會高級會員(IEEE Senior member)和英國特許工程師(CEng)；多年從事半導體光電子器件的理論與實驗研究，曾先後在加拿大國家研究中心、美國伊利諾斯大學、美國加州矽谷的日本富士通化合物半導體公司工作。

蔡植豪教授在香港大學電子工程系主要從事有機小分子/聚合物、鈣鈦礦、其他半導體薄膜太陽能電池以及發光二極體研究，還包括納米材料與器件等材料的生長、器件製備及其光電特性等研究；到目前為止，在光電材料與器件方面發表論文175篇；曾訪問加州大學洛杉磯分校、德累斯頓技術大學、劍橋大學Cavendish Lab；蔡植豪博士根據湯姆森路透的基本科學指標（ESI），2014、2015及2016被認定為前1％引用最多的科學家(Top 1% most cited scientist)；Nature Publishing Group-Scientific Reports、IOP Journal Physics D的編委會成員、IEEE Photonics Journal的高級主編、OSA Journal of the Optical Society of America B的專題主編。

http://www.x-mol.com/university/faculty/41616

近期新增期刊

Journal of Membrane Science;

Bioconjugate Chemistry;Carbon;

ChemPlusChem;Advanced Science;

Food Hydrocolloids;Food Chemistry

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