《微反應系統內無機鹵化鈣鈦礦納米晶的制備研究》圍繞微反應器內鈣鈦礦納米晶的規(guī)�；苽�、穩(wěn)定性提升、生長規(guī)律探究等方面展開論述，通過設計搭建液滴流微反應器平臺、優(yōu)化前驅體與配體用量，實現了鉛基鹵化鈣鈦礦納米晶的高產率制備。借助配體工程，獲得在空氣、極性溶劑和高溫下穩(wěn)定的鈣鈦礦納米晶。在液滴流微反應器的基礎上，通過模塊升級搭建具有在線檢測功能與遠程控制功能的微反應系統，并圍繞鉍基鹵化鈣鈦礦的制備展開
初步探究。
《微反應系統內無機鹵化鈣鈦礦納米晶的制備研究》可供化學工程與材料科學領域的高等院校師生和科研院所研究人員及相關技術人員閱讀參考。
獲評清華大學優(yōu)秀博士學位論文，全流程式講述微反應系統的設計與構建，抽絲剝繭式分析鈣鈦礦納米晶的優(yōu)化與表征。
作為耿宇昊的本科班主任和博士生導師，我很高興能在正文開始之前向各位讀者介紹這位優(yōu)秀的學者和她的學術著作。耿宇昊于2013年考入清華大學化學工程系，2015年正式加入我的課題組開展學術研究，2022年取得博士學位。從在微流控設備內制備簡單的液滴到自主設計微反應系統合成性能優(yōu)異的納米材料，耿宇昊也從一位熱忱懵懂的大學生成長為一位掌握著堅實的理論基礎和化工專業(yè)知識，具備獨立開展科研工作能力的博士。
這篇博士論文，《微反應系統內無機鹵化鈣鈦礦納米晶的制備研究》，以無機鈣鈦礦納米晶為研究對象，以微反應系統為研究平臺，發(fā)展了用于探究納米晶生長機理、優(yōu)化納米晶穩(wěn)定性能和實現納米晶規(guī)�；苽涞奈⒎磻夹g。鈣鈦礦納米晶體是一類尺寸在納米尺度，表現出量子限域效應的半導體材料。由于其具有優(yōu)異的光致發(fā)光與光電轉換特性，在發(fā)光器件、太陽能電池、光電器件等領域備受關注，具有很好的產業(yè)化應用潛力。自20世紀90年代以來，微流控和微反應器技術被越來越多地應用到生物醫(yī)藥檢測、精細化學品合成與先進材料制備等領域，具有傳統釜式反應器無法比擬的優(yōu)勢。此前，本課題組長期從事微化工過程與多相微流控技術研究，致力于多相微分散體系的傳遞與反應過程基礎及其應用研究，對多種類型的反應過程，如磺化、霍夫曼重排、環(huán)氧化、硝化等，在反應機理及反應特點等方面具有深入的理解和豐富的研究經驗。先進技術與創(chuàng)新材料的結合，勢必會帶來引人矚目的研究成果。
本論文的創(chuàng)新性成果主要體現在三個方面。在工藝創(chuàng)新方面，基于液滴流微反應器實現了無鉛鈣鈦礦納米晶的規(guī)�；苽洹Ｔ撐⒎磻髌脚_對于高溫熱注入法和配體輔助再沉淀法均具有兼容性，并從鉛基鹵化鈣鈦礦的制備推廣到無鉛鹵化鈣鈦礦的制備。該微反應器可實現高產率、多種鹵素組成鈣鈦礦納米晶的連續(xù)制備，為鈣鈦礦納米晶的規(guī)�；苽涮峁┝诵路椒�。在性能優(yōu)化方面，基于配體工程制備得到了本征穩(wěn)定與環(huán)境穩(wěn)定的鈣鈦礦納米晶。針對最不穩(wěn)定的銫鉛碘鈣鈦礦納米晶，使用雙堿性配體協同的方式提升其穩(wěn)定性。兼具高穩(wěn)定性與優(yōu)異光學性能的鉛鹵鈣鈦礦納米晶被用于制備廣色域的光致發(fā)光LED燈泡，為新一代QLED顯示器的發(fā)展奠定了基礎。在裝置開發(fā)與機理探究方面，基于具有在線熒光檢測功能的微反應系統探究納米晶的生長規(guī)律，自主設計并搭建了具有原位檢測功能與遠程控制功能的微反應系統，可以檢測到鈣鈦礦納米晶秒級生長階段的熒光光譜，并對納米晶的快速生長規(guī)律給出解釋。對揭示低對稱性晶型的鈣鈦礦納米晶生長機理、發(fā)展微反應系統的自動化與智能化做出了有效探索。
誠然，本論文中的研究工作并不止步于此，優(yōu)秀的課題為團隊中的其他研究生留下了進一步的探索空間。這個過程正體現了學術研究和團隊工作的魅力在代際的積累中不斷拓寬認知的邊界與應用的領域。最后，希望讀者在翻閱此書的過程中也能有所收獲，并享受充滿未知與挑戰(zhàn)的學術之旅。
徐建鴻
2023年于清華園
耿宇昊，現在新加坡南洋理工大學材料科學與工程學院開展博后工作，獲清華大學紫荊學者計劃支持。清華大學化學工程系2013級本科，2017級博士，2022年獲得工學博士學位。
第1章 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 鹵化鈣鈦礦納米晶簡介 2
1.2.1 鹵化鈣鈦礦納米晶的性質與結構 3
1.2.2 鹵化鈣鈦礦納米晶的釜式制備方法 10
1.2.3 鹵化鈣鈦礦納米晶形貌與組成調控策略 15
1.2.4 鹵化鈣鈦礦納米晶的應用進展與挑戰(zhàn) 20
1.3 鹵化鈣鈦礦納米晶穩(wěn)定性探究 24
1.3.1 鹵化鈣鈦礦納米晶的不穩(wěn)定性因素 24
1.3.2 鹵化鈣鈦礦納米晶穩(wěn)定性提升策略 29
1.4 基于微反應系統的鈣鈦礦納米晶體制備 34
1.4.1 微反應系統的組成與加工方法 34
1.4.2 微反應系統用于制備鈣鈦礦納米晶的研究進展 37
1.4.3 結合機器學習的微反應系統制備鈣鈦礦納米晶研究進展 40
1.5 關鍵科學問題和本書研究框架 43
第2章 微反應器內規(guī)�；苽滗C鉛鹵鈣鈦礦納米晶體 46
2.1 實驗方法 46
2.1.1 實驗試劑 46
2.1.2 材料表征方法 47
2.1.3 液滴流微反應器設計與流型觀測 50
2.1.4 實驗操作 53
2.2 三元銫鉛鹵鈣鈦礦納米晶制備與表征 55
2.3 CsPbBr3納米晶在液滴流微反應器內的生長規(guī)律探究 62
2.4 全可見光譜發(fā)光的銫鉛鹵鈣鈦礦納米晶體制備及器件化應用 65
2.5 小結 69
第3章 配體工程提高鉛鹵鈣鈦礦納米晶穩(wěn)定性及應用探究 70
3.1 實驗方法 71
3.1.1 實驗試劑 71
3.1.2 表征手段 71
3.1.3 分子模擬計算 72
3.1.4 反應器設計與實驗操作 72
3.2 以APTES為配體的鉛鹵鈣鈦礦納米晶制備 75
3.3 CsPbI3納米晶的配體優(yōu)化 83
3.4 配體優(yōu)化后納米晶穩(wěn)定性表征 88
3.5 全光譜穩(wěn)定鉛鹵鈣鈦礦納米晶制備及器件化應用 95
3.5.1 全光譜鉛鹵鈣鈦礦納米晶制備 95
3.5.2 穩(wěn)定鈣鈦礦納米晶用于制備LED器件 97
3.6 小結 98
第4章 原位檢測微反應系統搭建及納米晶生長過程監(jiān)測 100
4.1 引言 100
4.2 設計思路與系統構建 101
4.2.1 系統設計思路 101
4.2.2 系統硬件搭建 102
4.2.3 程序設計與實現 110
4.3 鉛鹵鈣鈦礦納米晶生長過程監(jiān)測 116
4.3.1 合成方法選擇 116
4.3.2 裝置穩(wěn)定性監(jiān)測 121
4.3.3 微反應器內配體輔助再沉淀法生長過程監(jiān)測 124
4.4 小結 132
第5章 鉍基鹵化鈣鈦礦納米晶制備與表征初探 133
5.1 引言 133
5.2 實驗部分 135
5.2.1 實驗試劑 135
5.2.2 表征手段 135
5.2.3 微反應器設計 136
5.3 結果與討論 136
5.3.1 納米晶配體用量優(yōu)化 136
5.3.2 微反應器制備鉍基鹵化鈣鈦礦與表征 139
5.4 小結 148
第6章 結論 149
6.1 主要結論 149
6.2 主要創(chuàng)新點 151
6.3 展望 152
參考文獻 153
在學期間完成的相關學術成果 171
附錄 A 實驗操作數據與圖表 173
附錄 B 程序框圖與代碼 180
致謝 187
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