室温静置法制备CsPbI3纳米晶及其在可见光通信液态发光天线中的应用研究

针对传统钙钛矿纳米晶合成方法复杂、能耗高的问题，研究人员开发了一种无需加热/搅拌的室温静置法，成功制备出具有线性/块状双形态的CsPbI3纳米晶（NCs），其光致发光量子产率（PLQY）达69.7%。通过调控反应温度可实现尺寸分布与发光特性的精准控制，并基于3D打印技术构建液态发光天线，实现18Mbps零误码率数据传输，为低成本光通信器件开发提供新思路。

　　

在光电材料领域，金属卤化物钙钛矿因其卓越的光电性能引发研究热潮，尤其是全无机钙钛矿纳米晶（NCs）凭借超高光致发光效率（PLQY）和可调发射波长，在可见光通信（VLC）、LED和激光器等应用中展现巨大潜力。然而传统热注射法需高温惰性环境，溶剂热法则依赖精密温控设备，复杂工艺制约着其商业化进程。如何开发简单、低能耗的合成方法，成为推动钙钛矿光电器件应用的关键科学问题。

针对这一挑战，研究人员创新性地提出室温静置合成策略，仅通过调控Cs₂CO₃和PbI₂的微溶解度，在无需外部能量输入条件下实现CsPbI₃ NCs的自发成核与生长。该方法突破传统合成对复杂设备的依赖，所制备NCs兼具线性（622nm发射）和块状（660nm发射）两种形态，PLQY高达69.7%。通过升高反应温度至343K，可获得尺寸均一的立方相NCs（晶面间距0.38nm），但其光稳定性仍需改善——连续405nm激光照射下PL强度逐渐衰减，反映出表面配体易脱附导致的缺陷问题。

研究团队进一步利用3D打印光固化技术构建液态发光天线，将高浓度NCs溶液封装于波导结构中。测试显示该天线在15Mbps以下传输速率可实现零误码率（BER），但受限于光子重吸收效应，实际带宽（3.7MHz）较理论值（15MHz）有所降低。这项发表于《Journal of Science: Advanced Materials and Devices》的工作，为钙钛矿光通信器件的规模化生产提供了新思路。

关键技术方法包括：1）室温静置法合成CsPbI₃ NCs；2）透射电镜（TEM）表征形貌与晶格结构；3）紫外-可见吸收光谱与PL光谱测试；4）时间分辨荧光（TRPL）分析载流子寿命；5）3D打印制备波导结构液态天线；6）网络分析仪测量通信带宽。

【结果与讨论】

1. 室温静置法制备：通过精确控制Cs₂CO₃/PbI₂在油酸-油胺体系中的微溶解平衡，48小时内观察到固液界面处橙红色NCs的渐变过程，证实低温成核的量子尺寸效应。

2. 形貌调控：TEM显示293K合成样品存在线状（长径比>5）和块状NCs混合形态，343K时则获得单一立方相结构，晶面衍射条纹证实其为(200)晶面。

3. 光学特性：PL光谱双峰特征（622nm/660nm）对应不同形貌NCs的发射，FWHM随温度升高从45nm降至38nm，反映尺寸均一性提升。

4. 通信性能：液态天线在405nm激发下实现18Mbps传输速率，眼图分析显示5Mbps时张开度达80%，但高频信号衰减明显。

该研究开创的室温静置法，不仅将钙钛矿NCs合成能耗降低90%以上，更通过液态天线设计验证了其在VLC领域的实用价值。尽管目前存在光稳定性和带宽限制，但这项技术为开发低成本、可溶液加工的光通信器件奠定了重要基础，对推动第六代移动通信（6G）可见光链路建设具有启示意义。