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研究生: 林鉦傑
Lin, Cheng-Chieh
論文名稱: 無機鈣鈦礦奈米材料CsPbI3動力學相轉變反應之探討
Kinetics and Phase Transformation Studies on Inorganic CsPbI3 Nanocrystals
指導教授: 陳家俊
Chen, Chia-Chun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 61
中文關鍵詞: 全無機鈣鈦礦奈米晶體動力學相轉變反應相轉變活化能
英文關鍵詞: phase transformation reaction, perovskite (CsPbI3) nanocrystals, perovskite photodetector
DOI URL: http://doi.org/10.6345/THE.NTNU.DC.034.2018.B05
論文種類: 學術論文
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  • 全無機鈦礦材料有高的吸收係數、直接能隙、可見光範圍的能隙與雙極性等優點,做為太陽能電池、發光二極體與光感測器元件應用都有很好的成果,成為近年來重要發光材料之一。但是在水氧環境下穩定性不佳,從原本良好光學活性立方晶系結構相轉變成幾乎沒有光學活性斜方晶系,因此本實驗利用小分子的六甲基二矽硫烷置換原本主要配體油酸,首次以動力學的觀點來探討全無機鈦礦奈米材料相轉變反應,藉由不同溫度下加入去離子水到不同配體溶液中,加速相轉變反應,並進行螢光測試來計算反應常數與反應活化能,本研究主要透過反應活化能配合X 光繞射光譜與穿透式電子顯微鏡圖證明六甲基二矽硫烷配體材料有較佳的穩定性,並可由此配體置換實驗結果推測,之所以會發生相轉變反應是由於奈米材料表面配體不穩定,使得奈米晶體變為無光學活性相,之後將兩種材料製作成光感測器元件,六甲基二矽硫烷配體CsPbI3材料元件相較於一般油酸配體有更好的穩定性表現。
    關鍵字: 全無機鈣鈦礦奈米晶體;動力學相轉變反應;相轉變活化能

    Colloidal inorganic perovskite CsPbI3 nanocrystals have attracted broad attention because their outstanding optoelectronic applications in the fabrication of solar cell, light emitting diode and photodetector devices. The remarkable optoelectronic properties of CsPbI3 nanocrystals typically observed in cubic phase. However, it undergoes rapid phase transformation from cubic to orthorhombic phase by simple moisture exposure. In this study, the cubic phase of the CsPbI3 nanocrystals well stabilized for long duration by introducing bis(trimethylsilyl)sulfide as a unique surfactant in the synthesis procedure. The reaction kinetics and phase transformation of the CsPbI3 nanocrystals were systemically investigated by in-situ photoluminescence and X-ray diffraction measurements. From activation energy study, the bis(trimethylsilyl) sulfide-CsPbI3 (TMS-CsPbI3) nanocrystals exhibits largely enhanced stability than the typical oleic acid-CsPbI3 (OA-CsPbI3) nanocrystals. Furthermore, the stability and performance of the photodetector devices fabricated with TMS-CsPbI3 nanocrystals is highly improved as compared to the OA-CsPbI3 nanocrystals. The enhanced stability of the TMS-CsPbI3 be attributed to the stronger bonding between bis (trimethylsilyl) sulfide and CsPbI3 nanocrystals.

    Keywords: phase transformation reaction , perovskite (CsPbI3) nanocrystals, perovskite photodetector

    目錄 謝誌 I Abstract III 圖表目錄 VII 第一章 緒論 1 1-1前言 1 1-2奈米材料簡介 3 1-2-1奈米材料定義 3 1-2-2奈米材料表面效應 3 1-2-3奈米材料小尺寸效應 4 1-2-4奈米材料量子侷限效應 5 1-3奈米材料結構穩定性 8 第二章 文獻回顧 10 2-1 鈣鈦礦材料簡介 10 2-2 全無機鈣鈦礦材料之應用 17 2-2-1全無機奈米鈣鈦礦材料之光感測器 17 2-2-2全無機鈣鈦礦材料之發光二極體 18 2-2-3全無機奈米鈣鈦礦材料之太陽能電池 19 2-3 改善全無機鈣鈦礦材料之相轉變 22 2-3-1配位基置換改善全無機鈣鈦礦材料相轉變 22 2-3-2高分子聚合物添加改善全無機鈣鈦礦材料相轉變 23 2-3-3金屬碘化物改善全無機鈣鈦礦材料相轉變 24 2-3-4全無機鈣鈦礦材料之相轉變反應 26 2-4 研究動機與目的 27 第三章 儀器設備 28 3-1 儀器設備原理與介紹 28 3-1-1穿透式電子顯微鏡 28 3-1-2 X-光粉末繞射儀 29 3-1-3核磁共振儀 31 3-1-4紫外光/可見光/近紅外光光譜儀 32 3-1-5螢光光譜儀 33 3-1-6時間解析螢光光譜儀 34 第四章 實驗藥品與步驟 35 4-1 實驗藥品 35 4-2 油酸界面活性劑CsPbI3 奈米晶體流程架構圖 37 4-3 硫醚添加CsPbI3 奈米晶體流程架構圖 38 4-4 合成鈣鈦礦材料CsPbI3步驟 39 4-4-1合成前驅物Cs-Oleate步驟 39 4-4-2合成CsPbI3量子點步驟 40 4-5 光感測器元件製作步驟 41 第五章 實驗結果與討論 42 5-1 全無機鈣鈦礦(CsPbI3)奈米材料相轉變反應 42 5-2 全無機鈣鈦礦(CsPbI3)奈米材料表面配體置換 45 5-3 計算CsPbI3奈米材料相轉變反應常數與反應活化能 53 5-4 CsPbI3奈米材料晶體結構與光感測器元件 55 第六章 結論 57 第七章 參考文獻 58

    第七章 參考文獻
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