Advanced Functional Materials:喷墨打印制备准二维钙钛矿复合材料

钙钛矿材料因其优异的光学性能,包括可调谐的带隙和高效的发光性能,成为显示和照明的理想候选材料。但钙钛矿对水、氧和紫外光极为敏感,导致了钙钛矿的快速降解和发光减弱,这限制了其应用和发展。准二维钙钛矿是由二维钙钛矿掺杂在三维钙钛矿中形成的。由于其中引入了疏水性的阳离子,准二维钙钛矿相比三维钙钛矿表现出更好的稳定性。另外,将钙钛矿复合薄膜封装在聚合物中,通过聚合物的隔离也可以获得高的水氧稳定性。因此,准二维钙钛矿通过聚合物包覆以提高稳定性在光电应用方面具有巨大的潜力。

喷墨打印技术是将墨水在喷头处喷射成稳定的墨滴,精准滴落在基板上,进而形成所需图案。近年来,喷墨打印技术因其无接触、直接书写等优点而倍受青睐。目前,喷墨打印技术已经被应用于溶液加工电子产品的制造,如导电电路、太阳能电池器件、可穿戴电子器件等。

南方科技大学孙小卫教授,王恺副教授和吉林大学李光玉教授及其团队将喷墨打印技术与钙钛矿材料制备相结合,利用喷墨打印技术将钙钛矿前驱体墨水印刷在不同聚合物基底上,利用溶剂对聚合物的溶胀作用,通过调整墨水成分,在高分子内原位生长出具有高亮度、高稳定性且波长与图案像素尺寸精确可调的准二维钙钛矿。其中,基于聚氯乙烯的准二维钙钛矿复合材料的最佳量子产率可达65%以上,并且表现出优异的防潮性、耐磨损,耐光照射性和耐各种溶液的化学侵蚀。相关结果发表在 Advance Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201910817)。

本研究中采用原位喷墨打印准二维钙钛矿技术实现的高精度图案复合材料薄膜将非常有希望应用于平板显示领域,有望大幅度降低4K和8K显示技术中的光转换膜的成本。

相关工作得到国家科技部,国家自然科学基金,广东省科技厅和自然科学基金,和深圳市科创委的资助。