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摘 要

与单光子泵浦发光不同，多光子发光介质必须通过吸收两个及两个以上光子来实现。从实际应用和理论基础的角度上来说，多光子泵浦发光是实现光的频率上变频的一种更加具有前景的方法。铅卤钙钛矿具有光吸收范围广、发光可调等优良特性，同时溴基钙钛矿还具有良好的非线性效应。与此同时，碳点作为一类由十纳米以下的超细尺寸定义的碳纳米粒子，显示出可调的光学特性，在显示和诊断领域具有广阔的应用前景。本课题利用溶液法合成溴基钙钛矿-碳量子点复合结构，通过结构及光致发光特性研究复合体系中的载流子输运特性，旨在通过为实现溴基钙钛矿-碳量子点复合结构双光子吸收、激发和应用提供实验依据。

关键词：多光子 钙钛矿 碳量子点 非线性反应

Quantum Luminescence of Brominated Perovskite-Carbon Induced by Two Photons

Abstract

Different from single photon pumping, multiphoton luminescent medium must absorb two or more photons. From the perspective of practical application and theoretical basis, multiphoton pumped luminescence is a more promising method to realize the frequency up conversion of light. Lead halide perovskite has many excellent properties, such as wide light absorption range, adjustable light emission, and bromine perovskite also has good nonlinear effect. At the same time, as a kind of carbon nanoparticles defined by the ultra-fine size of less than ten nanometers, carbon dots show tunable optical properties and have a broad application prospect in the field of display and diagnosis. In this thesis, the bromine perovskite-carbon dots composite structure is synthesized by solution method, and the carrier transport characteristics in the composite system are studied through structure and photoluminescence characteristics. The purpose is to provide experimental basis for realizing the two-photon absorption, excitation and application of the bromine perovskite-carbon dots composite structure.

Key words: multiphoton; perovskite carbon; quantum dot; nonlinear reaction

目 录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1双光子技术与应用 1

1.2钙钛矿材料及其双光子效应 3

1.3碳量子点及其双光子效应 5

1.4 溴基钙钛矿-碳量子点复合材料在双光子激发条件下的研究潜力与可行性 7

第二章 材料制备与表征 9

2.1实验步骤及方法 9

2.2实验仪器 12

第三章 溴基钙钛矿-碳量子点复合材料发光特性 13

3.1 MAPbBr₃-CQD的结构表征 13

3.2 MAPbBr₃-CQD的荧光寿命 14

3.3 结果及讨论 15

第四章 总结与展望 17

参考文献 18

致谢 20

第一章 绪论

卤化铅钙钛矿材料作为近年来一种在光学领域备受关注的新兴材料，得益于其极佳的光学特性和光学领域的广泛应用，有着极佳的研究潜力与实用价值。^[1]与此同时，碳量子点作为一种同样有着优异光学性质的碳基零维材料，也具备着有待发掘的光学特性与性质。并且这两种材料都表现出在多光子激发条件下产生独特发光特性的性质，因此本课题便以此为着手点，制作出溴基钙钛矿-碳量子点复合材料，在双光子诱导的条件下，研究复合结构的发光特性，以此来更一步挖掘溴基钙钛矿-碳量子点的光学性质。

本次研究的课题是双光子诱导下的溴基钙钛矿-碳量子点发光研究，其研究目的是探究在双光子激发的条件下，制作溴基钙钛矿-碳量子点的复合材料，并探究该材料的发光特性。钙钛矿材料具有非常优良的光学特性，在实用中经常将其用于太阳能电池的制备，并且已经有相关研究表明钙钛矿材料在结合碳量子点之后光学特性会进一步增强，其实用性和发光特性也有了更大的发展潜力和研究动力。并且溴基钙钛矿和碳量子点在双光子诱导下都有其特别的反应，双光子诱导对于溴基钙钛矿材料和碳量子点而言都是一个具有研究价值的前置条件，这可能会让本课题中的溴基钙钛矿-碳量子点的发光具有特别的收获，最终的结果可能对有机无机杂化钙钛矿材料有更深一步的理解，并且对增强这类材料的发光特性有新的突破，并由此具有更大的实用特性。

1.1双光子技术与应用

双光子技术是基于多光子激发理论提出的新型光子技术，目前以双光子技术为代表的多光子技术已经在生活和医学成像、单分子检测、三维信息存储、微加工等多个领域展现出了广阔的发展前景^[2]。

1. b.

图1.a. aie材料实现1300nm近红外ii区激发的双光子活体成像b. 双光子荧光共聚焦显微镜^[14]

从光学应用的角度，与单光子泵浦相比，多光子发光介质波长在近红外区，必须通过同时吸收两个或两个以上的光子来实现。从理论的角度来说，多光子泵浦可以更加有效地促进相干光频率的转换，除此以外，多光子泵浦可以有效抑制由于表面缺陷引起的非辐射复合。在实践应用当中，多光子泵浦激光发射的近红外激发波长使其能够更加广泛地应用于光通信系统以及生物和非线性光学应用^[3]。

双光子技术的原理，以荧光分子为例：荧光分子同时接受两个光子（这两个光子的频率相同），荧光分子因此被激发到高能级，产生自发跃迁后辐射出荧光光子。基于这种原理，可使用双光子激发材料，材料在接收高能激发后会产生光子跃迁，并且根据材料的不同，往往会展现出不同的发光效应；除此以外，受双光子激发的材料通常在产生光子跃迁以外，多余的能量也会产生其他效果，比如热效应，又或者是通过双光子激发后材料中的电子交换来研究材料的特性，双光子激发的这些性质为双光子技术提供了广泛的应用前景^[4]。由于双光子技术的研究潜力和广泛的应用范围，近年来基于双光子激发或诱导的实验已然成为该领域的热门，由于初始激发能级的区别，在双光子诱导下的材料往往会显现出与单光子激发诱导相差甚远的性质和变化，而这种不同往往会使得材料显现出更加具有发展潜力的特点，再结合本课题中的溴基钙钛矿和碳量子点等都在双光子激发的条件下显现出特别的性质，这让本次实验的研究更具研究价值和意义。并且就在最近，韩国首尔延世大学已经完成了双光子激发下芘衍生物的对称性依赖分子内电荷转移动力学研究，原本这项研究仅限于单光子允许状态，其原因是双光子吸收的选择规则不同于单光子吸收的选择规则，双光子激发的激发态动力学与单光子激发的激发态动力学明显不同，在该实验中，研究人员通过选择具有大的热塑性弹性体横截面积的实验物来进行研究，这些实验物所具有的系统非常适合他们的研究并对避免了一些难题的产生^[5]。因此，在本课题中，实验物的载体选择也是非常重要的一个环节，需要对钙钛矿和碳量子点有完美的兼容性，同时满足双光子激发条件。

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