这一个被纯化且多孔化的硅颗粒,CH3NH3PbBr3和 CsPbBr3飞米线热导率

这一个被纯化且多孔化的硅颗粒,CH3NH3PbBr3和 CsPbBr3飞米线热导率。这一个被纯化且多孔化的硅颗粒,CH3NH3PbBr3和 CsPbBr3飞米线热导率。现代工程与应用科学学院朱嘉教授课题组在有机-无机杂化型钙钛矿纳米线制备及其光电器件应用的研究中取得进展,该成果Direct
Conversion of Perovskite Thin Films into Nanowires with Kinetic Control
for Flexible Optoelectronic Devices
于2016年1月22日发表在《纳米快报》(Nano Lett., 2016, 16 , pp 871–876)。

这一个被纯化且多孔化的硅颗粒,CH3NH3PbBr3和 CsPbBr3飞米线热导率。这一个被纯化且多孔化的硅颗粒,CH3NH3PbBr3和 CsPbBr3飞米线热导率。这一个被纯化且多孔化的硅颗粒,CH3NH3PbBr3和 CsPbBr3飞米线热导率。这一个被纯化且多孔化的硅颗粒,CH3NH3PbBr3和 CsPbBr3飞米线热导率。南京大学朱嘉教授课题组与美国范德堡大学Prof. Deyu Li
合作在金属-卤素钙钛矿纳米线热传输性质研究中取得新进展,近期以《Cation
Dynamics Governed Thermal Properties of Lead Halide Perovskite
Nanowires》在线发表在Nano Letters 上。(DOI:
10.1021/acs.nanolett.7b04437)

这一个被纯化且多孔化的硅颗粒,CH3NH3PbBr3和 CsPbBr3飞米线热导率。这一个被纯化且多孔化的硅颗粒,CH3NH3PbBr3和 CsPbBr3飞米线热导率。这一个被纯化且多孔化的硅颗粒,CH3NH3PbBr3和 CsPbBr3飞米线热导率。现代工程与应用科学学院朱嘉教授课题组在硅纯化领域进一步取得进展,同时实现对低纯硅源的纯化和多孔化,并成功应用在能源存储领域,该研究成果(Simultaneous
Purification and Perforation of Low-Grade Si Sources for Lithium-Ion
Battery Anode)发表在《纳米快报》(DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b03932)。

这一个被纯化且多孔化的硅颗粒,CH3NH3PbBr3和 CsPbBr3飞米线热导率。这一个被纯化且多孔化的硅颗粒,CH3NH3PbBr3和 CsPbBr3飞米线热导率。这一个被纯化且多孔化的硅颗粒,CH3NH3PbBr3和 CsPbBr3飞米线热导率。众所周知,有机-无机杂化型钙钛矿材料具有许多优点,例如良好的吸光性,较长的载流子扩散距离以及简单的制作工艺。基于这些特点,钙钛矿材料被广泛应用于光电子器件上并获得了快速的发展,成为国内外广泛研究的热点。相比于当下钙钛矿材料主要应用形式—-薄膜,钙钛矿纳米线具备其特有优势:例如,更充分的光吸收和更优越的机械性能,但近年来钙钛矿纳米线的制备工艺相对较少并且远不如薄膜制备技术成熟。

这一个被纯化且多孔化的硅颗粒,CH3NH3PbBr3和 CsPbBr3飞米线热导率。金属-卤素钙钛矿材料作为新兴的功能材料,
在光电子器件,如高效率的太阳能电池,高品质激光及发光二极管方面展现出很大的潜力,而其纳米线结构在各项应用中也表现出独特的优势。尽管钙钛矿材料光电子特性已经被广泛研究,但其热物理性质的深入研究仍然欠缺,却对其各类光电器件的散热及稳定性产生直接影响。此外,由于这种材料潜在具有较高的塞贝克系数与较低热导率,其在热电能量转化中也具有发展潜力。因此,研究金属-卤素钙钛矿纳米结构的热学性质是目前关注的焦点之一,具有重要意义。

图片 1

这一个被纯化且多孔化的硅颗粒,CH3NH3PbBr3和 CsPbBr3飞米线热导率。为解决以上问题,该课题组找到一种获得钙钛矿纳米线的简易方法:利用不良溶剂和良溶剂的混合溶液,再加上简单的旋涂操作,可以将易于制备的钙钛矿薄膜转变为钙钛矿纳米线。通过调节不良溶剂与良溶剂的比例和匀胶机的转速,还可对纳米线直径大小以及尺寸分布进行良好的控制。由此形成的纳米线可以进一步应用在柔性的光电子器件上,显示出良好的机械稳定性。

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微米级硅颗粒纯化与多孔化的示意图

该方法简单易行,可以与传统薄膜方法直接嫁接,从而实现大规模的纳米线生产,也为其他材料(有机,无机,有机-无机杂化)纳米线的制备提供了新思路。该论文的通讯作者是南京大学现代工程与应用科学学院朱嘉教授,第一作者是现代工程与应用科学学院一年级博士生朱鹏臣同学。实验过程中,物理学院王振林教授和邓昱教授,现代工程与应用科学学院鲁振达教授给予了大力的支持。
该研究成果得到了国家重点基础研究项目,国家自然科学基金创新群体项目和江苏省优势学科建设项目的资助。

图一. CH3NH3PbI3, CH3NH3PbBr3和 CsPbBr3纳米线热导率

众所周知,硅是信息科学和能源科学的一种重要材料,在电子器件集成电路,太阳能电池和锂离子电池等领域都有广泛的应用。不同的应用对硅纯度有不同要求,比如电子级和太阳能级硅纯度分别为99.99999999%和99.9999%,锂离子电池对硅纯度要求为99%。目前主要的生产工艺,包括改良西门子工艺和硅烷热分解生产多晶硅工艺,都涉及到高温高压以及对HCI和H2的大量消耗,工艺复杂,成本很高。

图片 3

基于上述背景,朱嘉教授课题组利用悬空热桥方法系统测试了CH3NH3PbI3,
CH3NH3PbBr3和 CsPbBr3三种钙钛矿纳米线的热导率。测试结果展示出在35 K到325
K的测试温度区间内,三种材料随温度变化的热导率
。通过实验数据与理论分析,可以发现它们的热传输特性受到阳离子动力学控制。一方面,由于有机阳离子的作用,使得CH3NH3PbBr3结构内无序度增加,其热导率与CsPbBr3相比受到显著抑制。另一方面,两种有机-无机杂化钙钛矿相比,
在低温区CH3NH3PbBr3结构内受阳离子动力学影响具有更高的无序度,使其在低温区热导率更低;而在高温区热导率受阳离子动力学影响减弱,由于CH3NH3PbI3更低的声速度与较高倒逆散射率,使其在高温区热导率更低。此项工作揭示了三种钙钛矿纳米线的本征热传输机理,对理解同类材料热学性质以及构建高性能器件具有重要意义。

该课题组着眼于工业生产中的低纯度硅源,通过球磨和金属辅助化学刻蚀的方法,将微米级颗粒暴露在酸性溶液中,发生的化学刻蚀能够将低纯度硅中的杂质去除,将硅纯度从83.4%提升到99.4%,同时化学刻蚀将微米级硅颗粒变成多孔状。这些被纯化且多孔化的硅颗粒,运用在锂离子电池的负极方面,能够缓解其在嵌锂时发生的体积膨胀,获得了很好的循环及倍率性能。

钙钛矿纳米线形成示意图

课题组博士生王毓熙,朱鹏臣和硕士生林仁兴为文章共同第一作者,南京大学朱嘉教授和范德堡大学
Prof. Deyu Li
为文章的共同通讯作者。纳米加工与表征中心王前进老师给予该工作很大帮助。这一工作还受到国家重点基础研究计划,国家自然科学基金委群体及面上项目,中央高校基本科研业务费专项基金,江苏省优势学科等项目的支持。

整个过程简便且大大降低了成本,为大规模生产硅颗粒,制备硅负极提供了新思路,并且也为硅在光伏,热电领域的制备合成提供了新方法。该论文的通讯作者是南京大学现代工程与应用科学学院朱嘉教授,第一作者是现代工程与应用科学学院硕士研究生金艳同学,该研究成果得到了国家重点基础研究项目,国家自然科学基金创新群体项目和江苏省优势学科建设项目资助。朱嘉教授课题组自成立以来,围绕着工业粗硅的再利用展开了一系列研究,结果已陆续发表在PNAS,
Nano Letters等国际主流期刊上,受到业内的广泛关注。

(现代工程与应用科学学院 科学技术处)

(现代工程与应用科学学院 科学技术处)

( 现代工程与应用科学学院 科学技术处)

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