利用噴墨打印技術(shù)制備用于圖案化應(yīng)用的鈣鈦礦納米復(fù)合材料熒光微陣列

近年來，鈣鈦礦材料在背光、色彩轉(zhuǎn)換和使用溶液工藝制造的防偽標(biāo)簽等應(yīng)用中展現(xiàn)出了廣闊的前景。然而，由于那些材料具有不可控制的形態(tài)并形成大晶體的趨勢，它們不能用于不連續(xù)的微型化，這對于實(shí)際的光電應(yīng)用是至關(guān)重要的。因此，在福州大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的“Fluorescent Microarrays of in Situ Crystallized Perovskite Nanocomposites Fabricated for Patterned Applications by Using Inkjet Printing”這項(xiàng)研究中，結(jié)合添加聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的效果，精確控制噴墨打印技術(shù)以及使用后處理程序，原位制備了具有理想形態(tài)的結(jié)晶鈣鈦礦-PVP納米復(fù)合材料微陣列。鈣鈦礦前體的粘度隨添加PVP而增加，從而消除了引起咖啡環(huán)效應(yīng)的向外毛細(xì)流動。另外，由于在PVP中存在與C=O基團(tuán)的金屬鍵，并且這種聚合物的空間受限，因此制備了受PVP覆蓋且尺寸分布均勻的CsPbBr₃納米晶體。所印刷的圖案在宏觀上顯示出極好的均質(zhì)性，在微觀上顯示出高再現(xiàn)性。此外，這些圖案在周圍環(huán)境中是不可見的，與柔性基板兼容，且生產(chǎn)成本低廉，表明該技術(shù)在防偽標(biāo)簽等應(yīng)用中具有廣闊的發(fā)展?jié)摿Α?/span>

幾十年來，固溶處理的不連續(xù)微型化在全彩色顯示器、彩色繪畫、安全標(biāo)簽、微透鏡，以及生物和化學(xué)分析中的普遍應(yīng)用受到人們廣泛研究。噴墨打印、無接觸式無掩模能夠與多種基材兼容的材料有效技術(shù)是這種微小型化的**選擇，這歸因于其具有控制尺寸和位置的先進(jìn)能力以及其對預(yù)先設(shè)計的圖案的可靠再現(xiàn)性。盡管噴墨打印是有前途的，但相對流體動力學(xué)和干燥過程帶來了一定的挑戰(zhàn)，例如需要多種功能組件，其中可印刷油墨是必不可少的部分。近年來，金屬鹵化物鈣鈦礦因其令人印象深刻的光電性能和便捷的溶液可加工性而在太陽能電池領(lǐng)域取得了巨大成功，并已擴(kuò)展到包括發(fā)光二極管，光電探測器，激光器和安全標(biāo)簽在內(nèi)的各種應(yīng)用中。因此，噴墨印刷和鈣鈦礦材料的組合是已經(jīng)存在的。

對于圖案化熒光應(yīng)用，本文提出了一種簡便的策略，可以通過噴墨印刷來制備不連續(xù)的點(diǎn)構(gòu)成的原位結(jié)晶鈣鈦礦納米復(fù)合材料的微型陣列。其中重點(diǎn)介紹了鈣鈦礦前體油墨中的長鏈聚乙烯吡咯烷酮（PVP）添加劑，該添加劑可實(shí)現(xiàn)可再現(xiàn)的球形帽點(diǎn)形態(tài)和優(yōu)選的鈣鈦礦結(jié)晶。此類墨水的粘度隨添加PVP而增加，從而消除了引起咖啡環(huán)效應(yīng)的向外毛細(xì)流動。此外，由于在PVP中具有與C＝O基團(tuán)的金屬鍵和這種聚合物的空間限制，可以形成被PVP覆蓋并顯示出均勻的尺寸分布的調(diào)節(jié)的CsPbBr₃納米顆粒。在紫外線的刺激下，這些CsPbBr₃/PVP納米復(fù)合材料發(fā)出明亮的綠光，其熒光峰集中在519 nm處，半峰全寬為18 nm，具有窄的全寬度?；谶@種策略，可以輕松制作出任何精心設(shè)計的圖案。

▲ 圖1 描述了使用噴墨印刷技術(shù)制備的鈣鈦礦納米復(fù)合材料的原位結(jié)晶過程。主要的步驟是通過將溴化銫（CsBr），溴化鉛（PbBr₂）和PVP添加到二甲亞砜（DMSO）的溶劑中來制備用于噴墨打印的前體墨水。然后，通過配備有直徑為60μm壓電驅(qū)動噴墨噴嘴的高精度打印機(jī)（MicroFab Jetlab Ⅱ）在驅(qū)動電壓波形的刺激下將預(yù)制備的墨水噴墨印刷在基板上。結(jié)果如下圖所示，所印刷的圖案在宏觀上顯示出極好的均質(zhì)性，在微觀上顯示出高再現(xiàn)性。此外，它們在周圍環(huán)境中是不可見的，與柔性基板兼容，并且制造成本低廉，表明該技術(shù)為防偽標(biāo)簽等應(yīng)用帶來了希望。

參考文獻(xiàn)：

[1] Y. Liu, F.S Li, L.C. Qiu, et al. Fluorescent Microarrays of in Situ Crystallized Perovskite Nanocomposites Fabricated for Patterned Applications by Using Inkjet Printing [J]. ACS Nano, 19 (2013) 2042-2049.

論文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.8b08582