CN106543103B - 一种发白光的有机-无机杂化半导体材料、晶体及其制备方法和用途 - Google Patents

一种发白光的有机-无机杂化半导体材料、晶体及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种发白光的有机‑无机杂化半导体材料[C5H9–NH3]4CdBr6(其中C5H9–NH3为环戊胺阳离子)、晶体及其制备方法和用途。本发明生长出发白光的有机‑无机杂化半导体[C5H9–NH3]4CdBr6的晶体。其具有优异的发白光特性，色坐标为(0.33,0.33)，显色指数为92.5；其具有良好的半导体性能。

Description

一种发白光的有机-无机杂化半导体材料、晶体及其制备方法 和用途
技术领域
本发明涉及一种发白光的有机-无机杂化半导体材料[C5H9–NH3]4CdBr6(其中C5H9–NH3为环戊胺阳离子)、晶体及其制备方法和用途。
背景技术
白光LED是一种新型固体冷光源，与传统的白炽灯和荧光灯相比，它具有高亮度、低能耗、长寿命、重量轻、响应快、无辐射、无污染以及抗震等优点，被称为继白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯后的***光源。使用白光LED照明可以节约大量能源，少建电厂，减少CO2排放量，防止温室效应，而且不含有汞等对环境有害的重金属。所以，对白光LED的理论研究及产业化应用研究具有十分重大的意义。
传统实现白光照明主要有三种主流方式：(1)蓝光LED+黄色荧光粉，该方法成本相对较低，结构简单，但存在能量损耗,显色指数不高(70～80),色温偏高且漂移，空间色度均匀性不理想等缺点；(2)混合红，绿，蓝三种荧光粉，该方法颜色可任意调整，效率高，显色指数高(>95)，但是使用此法驱动电路复杂，颜色不均匀，成本较高，工艺性较差，色稳定性差；(3)利用UVLED激发三基色荧光粉，由荧光粉发出的光合成白光，用该方法合成的白光颜色均匀性好,显色指数高(>90)，但是需要克服较难获得高效功率型UVLED，封装材料在紫外线照射下易老化，寿命缩短，效率低等缺点。相比较而言，单一组分白光可以克服这些缺点，并且具有高的稳定性、制造工艺简单和更好的颜色再现性等优点，因此受到越来越多的重视。
同时具有发光和半导体两种性质的多功能复合材料在固态照明中占有重要的地位，与传统的白炽灯或者荧光光源相比，具有良好的电学性能的材料能够更有效的将电能转化成光能，在国际上，半导体灯取代传统的白炽灯和荧光灯被公认为如同晶体管替代电子管一样是大势所趋。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种发白光的有机-无机杂化半导体材料。
本发明的第二个目的在于提供一种发白光的有机-无机杂化半导体材料的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供一种发白光的有机-无机杂化半导体晶体。
本发明的第四个目的在于提供一种发白光的有机-无机杂化半导体晶体的制备方法。
本发明的第五个目的在于提供一种发白光的有机-无机杂化半导体的用途。
本发明的技术方案如下：
(1)一种发白光的有机-无机杂化半导体材料，所述的发白光的有机-无机杂化半导体材料的结构式为[C5H9–NH3]4CdBr6，其中，所述的C5H9–NH3为环戊胺阳离子。
(2)一种发白光的有机-无机杂化半导体材料的制备方法，其步骤如下：先称取一定量的CdCO3于烧杯中，再向烧杯中加入HBr溶液，搅拌使CdCO3完全溶解于HBr溶液中；
然后边搅拌边向上述溶液中加入环戊胺溶液，搅拌加热至澄清溶液；
最后冷却至室温，得到白色沉淀，过滤，烘干，即得所述的发白光的有机-无机杂化半导体材料；
所述的CdCO3与HBr的摩尔比为1:(2～20)；
所述的CdCO3与环戊胺的摩尔比为1:(1～4)；
所述的HBr溶液中HBr在溶液中的质量分数为40％；
所述的环戊胺溶液中环戊胺在溶液中的质量分数为99％。
(3)一种发白光的有机-无机杂化半导体材料[C5H9–NH3]4CdBr6，该晶体属于三斜晶系，空间群为单胞参数为： α＝75.164(2)，β＝76.833(3)，γ＝72.093(2)，Z＝1。
(4)一种发白光的有机-无机杂化半导体材料[C5H9–NH3]4CdBr6的晶体的制备方法：采用降温法生长所述的发白光的有机-无机杂化半导体材料[C5H9–NH3]4CdBr6的晶体，所述的降温法包括如下步骤：
(一)制备[C5H9–NH3]4CdBr6原料
先称取一定量的CdCO3放于烧杯中，再向烧杯中加入HBr溶液，使CdCO3完全溶解于HBr溶液中；
然后边搅拌边向上述溶液中加入环戊胺溶液，搅拌加热至澄清溶液；
最后冷却至室温，得到白色沉淀，过滤，烘干，即得[C5H9–NH3]4CdBr6原料。
(二)制备[C5H9–NH3]4CdBr6晶体
在烧杯中加入[C5H9–NH3]4CdBr6原料，将其溶于HBr溶液中，配成在室温下过饱和的溶液；
然后加热使其在60-65℃时处于溶解状态，密封放入60-65℃的烘箱中，以2～3℃/天的速率降温至室温，即得到所述的发白光的有机-无机杂化半导体[C5H9–NH3]4CdBr6的晶体；
步骤(一)CdCO3与HBr的摩尔比为1:(2～20)；
步骤(一)CdCO3与环戊胺的摩尔比为1:(1～4)；
步骤(一)环戊胺溶液中环戊胺在溶液中的质量分数为99％；
步骤(一)和步骤(二)的HBr溶液中HBr在溶液中的质量分数为40％。
(5)一种发白光的有机-无机杂化半导体的用途，其特点在于：所述的发白光的有机-无机杂化半导体用于制备发光二极管。
所述的发白光的有机-无机杂化半导体材料[C5H9–NH3]4CdBr6，晶体为无色块状，具有良好的稳定性，当用340nm激发光照射时，其发射谱表现为两个发射峰，分别为420nm，690nm，其色坐标(CIE)为(0.33，0.33)，与国际上规定的纯白光色坐标(0.33,0.33)相一致，其显色指数(CRI)高达92.5。
较之现有技术，本发明的有益效果在于
(1)生长出发白光的有机-无机杂化半导体[C5H9–NH3]4CdBr6的晶体。
(2)其具有优异的发白光特性，色坐标为(0.33,0.33)，显色指数为92.5；
(3)其具有良好的半导体性能。
附图说明
图1为本发明实施例1中[C5H9–NH3]4CdBr6的粉末XRD图；
图2为本发明实施例2中[C5H9–NH3]4CdBr6晶体的模拟粉末XRD图；
图3为本发明实施例3中用340nm激发光激发时[C5H9–NH3]4CdBr6晶体的发射图谱；
图4为本发明实施例3中[C5H9–NH3]4CdBr6晶体的色度图；
图5为本发明实施例4中[C5H9–NH3]4CdBr6晶体的变温I-V曲线。
具体实施方式
实施案例1
制备粉末状发白光的有机-无机杂化半导体材料。
采用溶剂挥发法合成化合物[C5H9–NH3]4CdBr6，其化学反应方程式为：
CdCO3+6HBr+4C5H9–NH2→[C5H9–NH3]4CdBr6
称取一定量的CdCO3于烧杯中，向其中加入40％的HBr溶液，使其完全溶解，加入的摩尔比为：CdCO3:HBr＝1:2，边搅拌边向上述溶液中加入环戊胺溶液，加入的摩尔比为：CdCO3:环戊胺＝1:1，搅拌加热至澄清溶液后，冷却至室温，得到白色沉淀，过滤，烘干，即可得到发白光的有机-无机杂化半导体材料[C5H9–NH3]4CdBr6。
对该粉末进行X射线粉末衍射测试，得到该化合物的粉末XRD图谱(图1)。
实施案例2
制备粉末状发白光的有机-无机杂化半导体材料。
采用溶剂挥发法合成化合物[C5H9–NH3]4CdBr6，其化学反应方程式为：
CdCO3+6HBr+4C5H9–NH2→[C5H9–NH3]4CdBr6
先称取一定量的CdCO3于烧杯中，再向烧杯中加入HBr溶液，搅拌使CdCO3完全溶解于HBr溶液中；
然后边搅拌边向上述溶液中加入环戊胺溶液，搅拌加热至澄清溶液；
最后冷却至室温，得到白色沉淀，过滤，烘干，即得所述的发白光的有机-无机杂化半导体材料；
所述的CdCO3与HBr的摩尔比为1:20；
所述的CdCO3与环戊胺的摩尔比为1:4；
所述的HBr溶液中HBr在溶液中的质量分数为40％；
所述的环戊胺溶液中环戊胺在溶液中的质量分数为99％。
实施案例3
制备粉末状发白光的有机-无机杂化半导体材料。
采用溶剂挥发法合成化合物[C5H9–NH3]4CdBr6，其化学反应方程式为：
CdCO3+6HBr+4C5H9–NH2→[C5H9–NH3]4CdBr6
先称取一定量的CdCO3于烧杯中，再向烧杯中加入HBr溶液，搅拌使CdCO3完全溶解于HBr溶液中；
然后边搅拌边向上述溶液中加入环戊胺溶液，搅拌加热至澄清溶液；
最后冷却至室温，得到白色沉淀，过滤，烘干，即得所述的发白光的有机-无机杂化半导体材料；
所述的CdCO3与HBr的摩尔比为1:10；
所述的CdCO3与环戊胺的摩尔比为1:2；
所述的HBr溶液中HBr在溶液中的质量分数为40％；
所述的环戊胺溶液中环戊胺在溶液中的质量分数为99％。
实施案例4
制备发白光的有机-无机杂化半导体材料[C5H9–NH3]4CdBr6的晶体。
采用降温法合成化合物[C5H9–NH3]4CdBr6的晶体，包括如下步骤：
在烧杯中放入实施例1-实施例3中制备的[C5H9–NH3]4CdBr6的原料，将其溶于40％的HBr溶液中，配成在室温下过饱和的溶液，加热使其在60-65℃(优选60℃)时处于溶解状态，密封放入60-65℃(优选60℃)的烘箱中，以2～3℃/天的速率降温至室温，即得到所述的发白光的有机-无机杂化半导体材料[C5H9–NH3]4CdBr6的晶体。对该晶体进行单晶X射线测试，得到单晶的X射线模拟谱图(图2)。
实施案例5
[C5H9–NH3]4CdBr6的激发光谱测试和色度图的计算，利用Edinbergh Analyticalinstrument FLS920测试获得光学信息，利用相关CIE坐标&色温&显色指数计算软件计算其色坐标和显色指数。如图3所示为本发明实施例2中[C5H9–NH3]4CdBr6晶体的发射图谱，图4为本发明实施例2中[C5H9–NH3]4CdBr6晶体的色度图。
如图所示，当用340nm激发光照射时，晶体的发射光谱有两个峰，分别为420nm，690nm，显示为白光，利用CIE坐标&色温&显色指数计算软件计算得其显色指数为92.5，色坐标为(0.33,0.33)，与纯白光(0.33,0.33)一致。
实施案例6
[C5H9–NH3]4CdBr6的变温I-V曲线的测试，在样品两面涂上银胶，利用KEITHLEY4200-SCS仪器进行测试。如图5所示为本发明实施例2中[C5H9–NH3]4CdBr6晶体的变温I-V曲线。
如图所示，分别测量了其温度为40℃，50℃，60℃，70℃，80℃，90℃，100℃时的I-V曲线，所涂银胶面积为5.1mm2,样品厚度为0.8mm。通过计算得到其在40时的电阻率为1.889*107Ω·cm,100℃时的电阻率为2.364*108Ω·cm,即在I-V曲线中斜率越大电阻率越大。
上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，本领域技术人员应该明白，凡是依据上述原理及精神在本发明基础上的改进、替代，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种发白光的有机-无机杂化半导体材料，其特征在于：所述的发白光的有机-无机杂化半导体材料的结构式为[C5H9–NH3]4CdBr6。
2.根据权利要求1所述的发白光的有机-无机杂化半导体材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，
先称取一定量的CdCO3于烧杯中，再向烧杯中加入HBr溶液，搅拌使CdCO3完全溶解于HBr溶液中；
然后边搅拌边向上述溶液中加入环戊胺溶液，搅拌加热至溶液澄清后；冷却至室温，得到白色沉淀，过滤，烘干，即得所述的发白光的有机-无机杂化半导体材料；
所述的CdCO3与HBr的摩尔比为1:(2～20)；
所述的CdCO3与环戊胺的摩尔比为1:(1～4)。
3.根据权利要求2所述的发白光的有机-无机杂化半导体材料的制备方法，其特征在于：所述的HBr溶液中HBr在溶液中的质量分数为40％；
所述的环戊胺溶液中环戊胺在溶液中的质量分数为99％。
4.根据权利要求1所述的一种发白光的有机-无机杂化半导体材料，其特征在于：所述的发白光的有机-无机杂化半导体材料是发白光的有机-无机杂化半导体晶体，它属于三斜晶系，空间群为
5.根据权利要求4所述的发白光的有机-无机杂化半导体材料，其特征在于：晶体的单胞参数为：a＝10.6818(3)b＝15.6189(4)c＝16.5803(5)α＝75.164(2)，β＝76.833(3)，γ＝72.093(2)，V＝2510.84(12)Z＝1。
6.根据权利要求4或5所述的一种发白光的有机-无机杂化半导体材料的制备方法：包括如下步骤：
(一)制备[C5H9–NH3]4CdBr6原料
先称取一定量的CdCO3于烧杯中，再向烧杯中加入HBr溶液，搅拌使CdCO3完全溶解于HBr溶液中；
然后边搅拌边向上述溶液中加入环戊胺溶液，搅拌加热至溶液澄清后；冷却至室温，得到白色沉淀，过滤，烘干，即得[C5H9–NH3]4CdBr6原料；
(二)制备[C5H9–NH3]4CdBr6晶体
在烧杯中加入[C5H9–NH3]4CdBr6原料，将[C5H9–NH3]4CdBr6原料溶于HBr溶液中，配成在室温下过饱和的溶液；
然后加热使[C5H9–NH3]4CdBr6原料在60-65℃时处于溶解状态，密封放入60-65℃的烘箱中，以2～3℃/天的速率降温至室温，即得到所述的发白光的有机-无机杂化半导体材料[C5H9–NH3]4CdBr6；
步骤(一)CdCO3与HBr的摩尔比为1:(2～20)；
步骤(一)CdCO3与环戊胺的摩尔比为1:(1～4)。
7.根据权利要求6所述的一种发白光的有机-无机杂化半导体材料的制备方法：步骤(一)环戊胺溶液中环戊胺在溶液中的质量分数为99％；
步骤(一)和步骤(二)的HBr溶液中HBr在溶液中的质量分数为40％。
8.根据权利要求4或5所述的一种发白光的有机-无机杂化半导体材料的用途，其特点在于：所述的发白光的有机-无机杂化半导体材料用于制备发光二极管。
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