最新刊期
      2024 年 第 45 卷 第 4 期

        封面文章

      • “最新研究发现，维生素C作为多功能添加剂，可显著提升纯红光铅基钙钛矿发光二极管的发光性能，有望推动其在显示领域的应用。”
        石俊俊,白雯昊,王若楠,宣曈曈,解荣军
        2024, 45(4): 525-533. DOI: 10.37188/CJL.20230334
        摘要：铅基钙钛矿发光二极管（PeLED）具有发光可调、高亮度、高效率、宽色域、低成本、可溶液加工等优点，有望应用于固态照明、超高清显示和光通讯等领域。然而，铅基钙钛矿的毒性较大，对人体和环境均有危害，不符合可持续发展理念。纯红二维苯乙基碘化锡（PEA2SnI4）钙钛矿具有超高色纯度、超宽色域（接近Rec.2020标准）、环境友好等优势，有望成为下一代显示用红色发光材料。但是，与铅基钙钛矿相比，锡基钙钛矿薄膜的生长速度较快，导致其薄膜的质量较差，并且Sn2+离子容易氧化成Sn4+，产生非辐射复合。基于PEA2SnI4制备的纯红光PeLED的发光性能较差，远落后于铅基PeLED器件。本文发现了一种维生素C多功能添加剂，可降低锡基钙钛矿结晶，从而改善薄膜质量。同时，维生素C的还原性可有效抑制Sn2+氧化成Sn4+。因此，维生素C的添加显著降低了锡基钙钛矿薄膜的陷阱密度并抑制了非辐射复合率。添加剂的协同作用显著提升了纯红光PeLED的发光性能，其最大亮度由67.6 cd/m2提高至513.6 cd/m2，最大外量子效率由0.2%提高至0.68%。该研究工作表明了基于PEA2SnI4的纯红光PeLED在显示领域的潜在应用价值，也为设计与制备高效锡基钙钛矿发光材料与器件提供了思路。  
        关键词：纯红光;钙钛矿;电致发光;发光二极管   
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        发布时间：2024-04-26

        特邀综述

      • “最新研究进展显示，长波长发射碳点在生物医学、光电子和光学器件等领域具有重要应用潜力。通过选择特定碳源和调控光学性质，可设计和合成具有深组织穿透、低自荧光和长荧光寿命等特性的碳点。”
        陈劲良,曲丹,赵雯辛,安丽,孙再成
        2024, 45(4): 534-556. DOI: 10.37188/CJL.20230335
        摘要：近年来，随着碳点在合成路线、反应机理、光学性质等方面的发展，大量的工作聚焦于红光或近红外光等长波长发射的碳点。长波长是指发射范围在600~1 800 nm的红色或近红外光谱区，相比短波长碳点，其具有深组织穿透、较小自荧光、长荧光寿命以及光损伤小等特点，能够进一步应用在生物医学治疗、光电子以及光学器件制备等领域。因此，深入探究长波长发射碳点的设计和合成对于其发展和广泛应用具有重要意义。本文综述了近年来长波长发射碳点的研究进展，从碳源选择和光学性质调控两个方面介绍了长波长发射碳点的设计与制备。选择氨基较多的脂肪族化合物和具有共轭结构的芳香化合物，以及通过调控有效共轭长度、表面修饰和杂原子掺杂等方法来调控其光学性质。最后，阐述了长波长碳点在生物医学、LED光学器件和加密防伪等一些领域的最新研究和未来的挑战。  
        关键词：长波长发射;碳点;光学性质;应用   
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        发布时间：2024-04-26

        Mini综述

      • β⁃Ga2O3的p型掺杂研究进展 增强出版 AI导读

        何俊洁,矫淑杰,聂伊尹,高世勇,王东博,王金忠
        2024, 45(4): 557-567. DOI: 10.37188/CJL.20230328
        摘要：β⁃Ga2O3具有超宽禁带宽度、高击穿场强、较高的巴利加优值等优点使其成为一种新兴半导体材料，在高功率电子器件、气体传感器、日盲紫外探测器等方面有着极大的应用潜力，但p型掺杂难的问题成为了β⁃Ga2O3发展的巨大障碍。本文首先简要概述了β⁃Ga2O3的优点，并介绍了其晶体结构和基本性质。其次，说明了β⁃Ga2O3 的本征缺陷，尤其是氧空位对导电性能的影响。然后，详细讨论了β⁃Ga2O3 p型掺杂的研究现状，包括p型掺杂困难的原因和N掺杂、Mg掺杂、Zn掺杂、其他受主元素掺杂、两种元素共掺杂以及其他方法。最后，总结并对β⁃Ga2O3未来的发展进行了展望。  
        关键词：β-Ga2O3;本征缺陷;p型掺杂;宽禁带半导体;半导体   
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        发布时间：2024-04-26

        材料合成及性能

      • 曹思骏,王忆家,安康,唐孝生,赖俊安,冯鹏,何鹏
        2024, 45(4): 568-578. DOI: 10.37188/CJL.20240009
        摘要：闪烁体发光材料广泛地应用于医疗诊断、工业安全和无损检测领域，铜基（Cu（Ⅰ））金属卤化物作为新一代高性能闪烁体发光材料受到了研究者的广泛关注。本文采用简单的反溶剂法制备了一种新型铜基闪烁体材料（C24H20P）CuI2 （C24H20P =四苯基膦）。（C24H20P）CuI2在414 nm蓝光激发下显示出黄色宽带发光，与典型硅基光敏传感器的最佳光谱响应范围一致，同时具有45.84%的高光致发光量子产率（Photoluminescence quantum yield，PLQY）和148 nm的大斯托克斯位移。高PLQY和可忽略不计的自吸收使（C24H20P）CuI2在X射线激发下表现出极佳的闪烁性能，光产额为~21 000 photons/MeV，检测限低至0.869 μGy/s，远低于射线测试标准5.5 μGy/s。此外，（C24H20P）CuI2表现出极佳的热稳定性，可耐415 ℃的高温。由于（C24H20P）CuI2优异的发光性能，可以通过将其与聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）混合制备基于（C24H20P）CuI2的柔性薄膜用于X射线成像，在射线探测与成像方面具有巨大的潜力。这项工作凸显了杂化铜基碘化物可作为非常理想的X射线闪烁体，具有无毒、成本低、光产率高和热稳定性良好的多重优点，为高性能X射线成像提供了新的可能。  
        关键词：Cu基金属卤化物;闪烁体;柔性薄膜;X射线成像   
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        发布时间：2024-04-26
      • 祝冰心,朱肖,王磊,时秋峰,郭海洁,乔建伟,崔彩娥,黄平
        2024, 45(4): 579-590. DOI: 10.37188/CJL.20240005
        摘要：通过高温固相法成功制备了一系列Ca2MgTeO6∶Bi3+，Mn4+荧光粉，对其微观结构、形貌、发光特性和温敏特性进行了表征。Ca2MgTeO6∶Bi3+，Mn4+荧光粉具有不同温度敏感性的双发射中心，分别来自于Bi3+离子3P1 →1S0跃迁和Mn4+离子的2Eg → 4A2g跃迁。由于Bi3+、Mn4+离子的发光强度随温度变化的规律不同，利用该特性进行测温研究，在200~500 K范围内，该荧光粉的最大绝对灵敏度和相对灵敏度分别达到0.027 K-1和1.83%·K-1，并且观察到荧光粉的发光颜色由橙黄色逐渐变为紫红色。实验结果表明，Ca2MgTeO6∶Bi3+，Mn4+荧光粉作为光学测温材料在温度探测方面有一定的潜力。  
        关键词：光学测温;荧光强度比;Bi3+;Mn4+;温敏特性   
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        发布时间：2024-04-26
      • 卜庆州,汪永杰,李东朔,严应菊,常瑛,相国涛,周贤菊
        2024, 45(4): 591-602. DOI: 10.37188/CJL.20240016
        摘要：近红外荧光粉转换型发光二极管（NIR pc⁃LEDs）作为一种紧凑型光源，在近红外光谱技术领域具有广泛的应用前景。然而，开发高效稳定的近红外荧光粉一直面临巨大挑战。本研究报道了一种高效且热稳定优异的Cr3+离子激活Gd3Ga5O12（GGG∶Cr）石榴石近红外荧光粉。在450 nm蓝光激发下，其近红外发射覆盖620~1 100 nm范围，最高峰位于740 nm，半高宽为97 nm，内量子效率达54.6%。同时，该荧光粉表现出优异的热稳定性，即在425 K温度时，其近红外发射光谱积分强度为室温的106%（106%@425 K），呈负热猝灭特性。此外，通过Nd3+⁃Yb3+稀土离子共掺策略，成功实现了材料近红外发射谱带的有效拓宽和热稳定性增强（115%@425 K）。最后，将目标材料与蓝光芯片结合，封装成近红外LED器件，在320 mA电流驱动下，近红外最大输出功率可达55.5 mW，光电转换效率约为6%。以上结果表明，GGG∶Cr，Nd，Yb石榴石荧光粉是一种潜在的高功率近红外LED光源用近红外发光材料。  
        关键词：铬;宽带近红外;石榴石结构;热稳定性;近红外LED   
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        发布时间：2024-04-26
      • 林易展,熊飞兵,李森林,董雪振,高默然,丘金金,周凯旋,李明明
        2024, 45(4): 603-612. DOI: 10.37188/CJL.20230330
        摘要：对在蓝宝石/石墨烯衬底上生长LED（Light⁃emitting diodes）外延的方法及其对光电性能的改善进行了探究。研究结果表明，蓝宝石/石墨烯衬底具有更低的位错密度，螺位错和刃位错比传统样品分别减少了15.3%和70.8%。拉曼测试也表明蓝宝石/石墨烯样品受到的压应力小于传统样品。元素分析结果表明，有源区量子阱生长情况较好，In和Ga元素均匀地分布在量子阱中，未发生相互扩散的情况。光电性能测试结果发现，无论是在工作电流还是饱和电流下，蓝宝石/石墨烯样品的LOP（Light output power）都大于传统样品，工作电流和饱和电流下LOP分别增加了18.4%和36.7%，并且效率下降较传统样品有所改善，相较于传统样品效率下降减少了9.9%。从变温测试结果可以得到，蓝宝石/石墨烯样品也表现出较低的热阻、结温和较小的波长偏移，其平均热阻比传统样品低了5.14 ℃/W。结果表明，在蓝宝石/石墨烯衬底上外延生长的样品对器件的光电性能和散热性能等都有较大的提升。  
        关键词：蓝宝石/石墨烯;晶体质量;效率下降;散热性能   
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        发布时间：2024-04-26

        器件制备及器件物理

      • 梁龙,郑悦婷,林立华,胡海龙,李福山
        2024, 45(4): 613-620. DOI: 10.37188/CJL.20230332
        摘要：胶体量子点材料因其优良的窄发射光谱、可调发射波长、高发光效率和优异的稳定性而被广泛研究，且同时具有溶液可加工性使得量子点发光二极管（Quantum dot light⁃emitting diode， QLED）具有广泛的适用性和应用。然而，器件自身存在的基底模式导致QLED器件大量光子被限制在内部无法利用。本文基于纳米压印工艺同时利用聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）材料本身的表面结合能开发出溶剂自浸润式纳米压印工艺，对压力依赖度低的同时简化了工艺流程，制备出高质量周期性的1.3，1，0.5 μm三种尺寸的微纳结构图案层，对红、绿、蓝三色QLED器件进行耦合实现光提取。在这种情况下，1.3 μm微纳结构耦合绿光QLED器件亮度达到715 069 cd·m-2，最大外量子效率（External quantum efficiency，EQE）和电流效率分别提升至12.5%和57.3 cd·A-1；1 μm尺寸耦合的蓝光QLED器件各电学性能提升接近200%；0.5 μm尺寸耦合红光QLED器件EQE也从17.3%提升至20.5%。并通过角分布测试，证明微纳结构不会对QLED器件发光强度造成影响，仍然接近朗伯体发射。本工作提出的溶剂自浸润式纳米压印工艺及QLED光提取方法，为QLED的性能提升提供了一条简单有效的途径。  
        关键词：量子点发光二极管;纳米压印;耦合光学性能;光学仿真   
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        发布时间：2024-04-26
      • 姜岩,高峰,李林
        2024, 45(4): 621-629. DOI: 10.37188/CJL.20240007
        摘要：目前，具有宽带⁃窄带双模探测模式的光电探测器在特殊应用中颇受欢迎，传统具有双模探测模式的光电探测器是通过在宽带光电探测器中加入不同的滤光片来实现的。然而，加装复杂的光学元件会增加光电探测器的制造成本和器件集成的复杂性。根据以上问题，我们通过简单溶液热压法制备了MAPbCl3/MAPbBr3钙钛矿单晶异质结，基于单晶异质结构筑了探测波段可调的光电探测器。当入射光由MAPbCl3单晶侧入射时，该器件仅对可见部分（400~600 nm）显示出高响应度（∼0.05 A·W-1）和高光谱抑制比（∼55），其上升时间和衰减时间分别为4.1 μs和620 μs。而当光从MAPbBr3单晶侧入射时，该器件对紫外⁃可见部分（300~600 nm）均有明显且连续的光响应。因此，我们提出的溶液热压法和单晶异质结构为制备高性能探测波长可调谐的光电探测器提供了有效的解决方案。  
        关键词：光电探测器;钙钛矿;单晶;多波段探测   
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        发布时间：2024-04-26
      • 王增将,王孝秋,朱剑锋,任檬檬,吴国光,张宝林,邓高强,董鑫,张源涛
        2024, 45(4): 630-636. DOI: 10.37188/CJL.20230326
        摘要：金刚石优异的材料特性使其在日盲紫外探测领域有很大的应用潜力。本文采用微波等离子体化学气相沉积设备在（111）晶面单晶硅衬底上沉积金刚石薄膜，并基于该薄膜采用光刻胶热解法制备石墨材料平面叉指电极MSM结构金刚石日盲紫外探测器，为全碳金刚石探测器的实现提供了新方法。结果表明，该硅基金刚石薄膜为高取向多晶薄膜，（111）晶面的XRD 2θ扫描半峰宽为0.093°，拉曼光谱金刚石特征峰峰位1 332 cm-1，半峰宽为4 cm-1，薄膜晶体质量较高；石墨电极紫外探测器在5 V偏置电压下的暗电流为2.07×10-8 A，光暗电流比为77，开关特性良好，并且石墨电极探测器具有优异的时间响应，上升时间为30 ms，下降时间为430 ms。  
        关键词：金刚石薄膜;石墨电极;日盲紫外探测器   
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        发布时间：2024-04-26
      • “最新研究进展显示，通过在萃取剂中添加乙酸胍对钙钛矿表面进行处理，可显著提升钙钛矿发光二极管的性能和稳定性。该策略有效减少了钙钛矿层表面缺陷，荧光量子产率从64%提升至79%，发光二极管最大效率达到11.66%，亮度高达1285 cd·m-2，明显优于未处理的参考器件。”
        师明明,江季,张兴旺
        2024, 45(4): 637-643. DOI: 10.37188/CJL.20230336
        摘要：金属卤化物钙钛矿材料由于具有优异的光电性质可被用于制作发光二极管，近年来备受关注。钙钛矿表面和钙钛矿/传输层的界面处存在大量的缺陷，严重影响器件的性能和稳定性，而对表/界面进行有效的钝化处理是减少界面缺陷、提升器件性能的可行途径。本文报道了一种在萃取剂中添加乙酸胍的表面处理策略，可有效地减少钙钛矿层表面缺陷，改善薄膜形貌，进而将钙钛矿薄膜的荧光量子产率从64%提升到79%。基于乙酸胍表面处理的钙钛矿薄膜制备的发光二极管，最大效率可达11.66%，最大亮度达1 285 cd·m-2，明显优于未处理的参考器件（6.69%，689 cd·m-2），同时也展现出更好的稳定性。该研究提供了一种有效的钙钛矿表面处理策略，可以提高钙钛矿发光二极管的性能和稳定性。  
        关键词：钙钛矿;发光二极管;表面处理;准二维;缺陷钝化   
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        发布时间：2024-04-26
      • “最新研究突破：采用InP/InGaAsP增益材料的超辐射发光二极管，通过优化外延结构，显著提升了光纤陀螺核心元件的性能和可靠性。”
        薛正群,王凌华,陈玉萍
        2024, 45(4): 644-650. DOI: 10.37188/CJL.20230321
        摘要：超辐射发光二极管作为光纤陀螺的核心元件，其性能直接影响光纤陀螺的精度；其中超辐射发光二极管出光功率越高，光纤陀螺接收信号信噪比越好。InP/AlGaInAs增益材料具有电子限制效率高的优点，然而由于Al元素容易氧化，面临一定的应用可靠性问题。本文采用InP/InGaAsP作为增益材料，通过在外延结构上采用宽带隙电子阻挡层来提高量子阱的电子限制效率。试验结果表明，激光芯片最大出光功率从69 mW提升至92 mW。在此基础上，通过优化材料沉积速率改善增益区和应变电子阻挡层材料质量。结果显示，激光芯片可靠性得到较为明显改善，经过1 000 h寿命老化，样品阈值和功率变化率在合格范围之内。最后，进行超辐射发光二极管芯片制备。测试表明，电子阻挡层使得室温下SLD芯片饱和出光功率从19 mW提高至24 mW，饱和工作电流也有所提高，光谱宽度达到80 nm，光谱中心波长在1 500 nm附近；芯片1 000 h寿命老化阈值和光功率变化稳定，未出现性能退化样品。  
        关键词：超辐射发光二极管;InP/InGaAsP;电子阻挡结构;材料生长速率   
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      • 陈荔丝,蓝燕婷,赵小龙,秦冬冬,张玉微,陶春兰,张保华,牛利
        2024, 45(4): 651-661. DOI: 10.37188/CJL.20240012
        摘要：基于新一代热活化延迟荧光（Thermally activated delayed fluorescence，TADF）发光材料的发光电化学池（Light⁃emitting electrochemical cells，LECs）成为新兴的研究方向而受到关注。由于TADF发光材料电荷分离态的激子属性，该类LECs器件发光光谱半峰宽往往达到100 nm以上，难以满足LEC高色纯度的需求。鉴于此，本文尝试将TADF敏化荧光（TADF⁃sensitized fluorescence，TSF）的激子管控策略应用到LECs领域当中。通过筛选合适的传输主体、TADF敏化剂、高吸光系数荧光染料和离子液体固态电解质为LEC的发光层，我们成功构建了高效TSF型的LECs器件。最终获得的TSF⁃LECs器件峰值外量子效率（The highest external quantum efficiency，EQEmax）达到3.7%，峰值亮度（The peak luminance，Lmax）达到2 285 cd·m-2。与TADF⁃LECs的参比器件相比，TSF⁃LECs器件的光谱半峰宽（Full width at half maximum，FWHM）从106 nm 降低至38 nm。本文还详细讨论了所制备TSF⁃LECs器件中的能量转移和激子损失途径。该工作为进一步优化设计TSF⁃LECs材料和器件奠定了基础。  
        关键词：发光电化学池;TADF敏化荧光;BODIPYs;热活化延迟荧光   
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      • 曹士双,王宝宁,李林
        2024, 45(4): 662-670. DOI: 10.37188/CJL.20240008
        摘要：采用水热法合成了Cu+掺杂的Cs2AgBiBr6双钙钛矿并基于其制备了太阳能电池。通过紫外⁃可见光吸收光谱、荧光发射光谱、X射线光电子能谱、单色光量子效率光谱及光电流⁃电压曲线等手段对其光电性能进行探究。研究发现，Cu+掺杂能够显著增强Cs2AgBiBr6粉末样品的光学吸收，但对于薄膜样品几乎没有效果，这是由于Cu相双钙钛矿在溶于二甲基亚砜的过程中会发生分解。实验结果表明，当Cu+掺杂量较低时，太阳能电池的光电转化效率显著提升，这是由于Cu+掺杂对Cs2AgBiBr6薄膜结晶过程的调控作用，微量Cu+掺杂能够显著降低钙钛矿薄膜的缺陷态密度。最终，基于Cu+掺杂的太阳能电池获得了最高1.93%的能量转化效率。  
        关键词：Cs2AgBiBr6;Cu+掺杂;太阳能电池;钙钛矿   
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        发布时间：2024-04-26

        理论计算及光谱分析

      • 葛晶,薛丙乾,李智彪,肖静,白西林
        2024, 45(4): 671-680. DOI: 10.37188/CJL.20240028
        摘要：抑制扭转分子内电荷转移（TICT）的形成能够显著增强发光材料的荧光强度和光稳定性，然而，目前缺乏准确预测TICT存在的方法。本文基于Kamlet⁃Taft理论，通过稳态/瞬态吸收光谱结合量化计算，对N，N⁃二甲基⁃6⁃丙酰⁃2⁃萘胺（PRODAN）在不同溶剂中的激发态动力学进行了研究。稳态光谱表明，PRODAN氢键复合物的斯托克斯红移主要依赖溶剂极性和供氢能力。瞬态吸收光谱表明，快时间τ1和τ2归属为分子内电荷转移和TICT形成过程，而慢时间τ3和τ4归属为溶剂化和荧光辐射过程。此外，结果表明极性和供氢能力的增大会加快PRODAN氢键复合物的动力学过程。计算表明，在较高极性且强供氢能力的甲醇溶剂中能形成稳定的TICT态。研究结果为荧光探针分子结构设计和溶剂选择提供了一定的指导意义。  
        关键词：扭转分子内电荷转移;激发态动力学;瞬态吸收光谱;量化计算   
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        发布时间：2024-04-26

        发光产业及技术前沿

      • 项文辞,孙浩,王思博,周慧莲,帅凌霄,叶云霞,张韵
        2024, 45(4): 681-687. DOI: 10.37188/CJL.20240010
        摘要：衬底导电性和导热性差一直是困扰生长于蓝宝石衬底上的GaN基LED的难题，利用激光剥离技术将蓝宝石衬底上的GaN基LED转移至其他衬底是解决该问题的有效方法之一。本文使用超快皮秒激光将生长于图案化蓝宝石衬底上的半极性面GaN基LED进行衬底剥离，并成功转移至Si衬底，形成垂直结构的LED器件。利用SEM测试发现，当超快激光能量密度在1.3 J/cm2附近可以有效分解蓝宝石和GaN交界层，且对器件产生最小负面损伤。拉曼光谱测试结果表明，剥离后的LED中GaN层的残余应力得到有效释放，从1.42 GPa降低为0.29 GPa。对制备的垂直结构LED进行I⁃V性能测试，5 V电压下正向电流由0.164 mA增大至0.759 mA，光致发光和电致发光性能均有增强。本文完成了蓝宝石衬底上的半极性面GaN基LED超快激光剥离的实验研究，为实现低损伤、高效率的转移技术的开发提供理论支撑，有望加速半极性面GaN基LED的发展与应用。  
        关键词：LED;超快激光;图案化蓝宝石;半极性面;氮化镓   
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        发布时间：2024-04-26

        发光学应用及交叉前沿

      • 周然锋,彭茂民,刘丽,尹小丽,彭西甜,夏虹
        2024, 45(4): 688-698. DOI: 10.37188/CJL.20230298
        摘要：以新烟碱类农药为靶标物，结合荧光传感策略构建了基于金属卤化物钙钛矿量子点CH3NH3PbBr3 （Perovskite quantum dots，PQDs）荧光探针快速检测新烟碱类农药的新方法。该方法的线性检测范围为0.0 ~ 20 mg/L，相关系数为0.993 9，检出限和定量限分别为0.17 mg/kg和0.56 mg/kg。对萝卜和香蕉样品中噻虫胺的加标回收率在79.3%~115.4%之间，日内日间相对标准偏差在3.8%~9.4%之间。该方法具有高灵敏度、高选择性和适用性，为农产品中新烟碱类农药残留的风险防控提供了一种有效的检测技术。对噻虫胺与钙钛矿量子点之间的相互作用进行了研究，结果表明，钙钛矿量子点与噻虫胺之间的相互作用是一个动态过程，噻虫胺对钙钛矿量子点的荧光猝灭方式为通过氢键或范德华力形成了新的复合物的静态猝灭。其内容可作为其他光谱分析手段的技术基础，其分析检测结果可为果蔬安全监管提供有价值的建议。  
        关键词：金属卤化物钙钛矿;量子点;快速检测;新烟碱类农药   
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        发布时间：2024-04-26
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