浓度依赖荧光可调固态红光碳量子点及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种浓度依赖荧光可调固态红光碳量子点及其制备方法，是以间苯三酚为碳源，乙二胺为氮源，硼酸为硼源，在水与N,N‑二甲基甲酰胺的混合溶液中常压加热反应制备得到的碳量子点。本发明专利技术制备得到了一种在固态下具有明亮红色荧光的、在不同浓度溶液中具有不同发光颜色的碳量子点，其独特的浓度依赖荧光可调特性，使其适合于作为荧光发光材料用于制备多色发光二极管。

Concentration dependent fluorescence tunable solid red light carbon quantum dots and their preparation

【技术实现步骤摘要】
浓度依赖荧光可调固态红光碳量子点及其制备方法
本专利技术属于荧光发光材料
，涉及一种碳量子点，特别是涉及一种能在固态下发射红色荧光及不同浓度液态下发射多色荧光的碳量子点材料，以及该碳量子点的制备方法。
技术介绍
当材料进入纳米尺度范围时，将会具有量子尺寸效应、表面效应等特性，从而表现出与普通材料迥异的物理化学性能。碳纳米材料形态多样且具备优异的导电性、良好的生物相容性、稳定的化学性能和大的比表面积等优势，在纳米电子学、光学、催化化学、生物医学及传感器等领域中得到广泛应用。碳量子点(carbonquantumdots，CQDs)泛指一种粒径小于10nm、具有类石墨晶型结构的新型荧光碳纳米材料，是以碳为基本骨架、表面含有大量含氧基团的单分散类球形纳米颗粒，2004年由Scrivens课题组在单壁碳纳米管的提纯过程中首次获得，后受到研究者的广泛追捧。相较于传统化学荧光物质，碳量子点作为纳米荧光材料具有其特有的优势，包括高的亮度和光稳定性、优秀的溶剂分散性及生物相容性、荧光发射光谱一定程度上可控、激发光谱宽且连续等。作为一种新兴的荧光粉，碳量子点已经被广泛应用在生物医学、光电器件、防伪、喷墨打印等领域。然而，大多数碳量子点仅在溶液中具有明亮的荧光，干燥形成薄膜或固态粉末时，会发生显著的荧光猝灭，其荧光强度急剧衰减甚至消失。如，Yuan等(YuanF,YuanT,SuiL,etal.EngineeringtriangularcarbonquantumdotswithunprecedentednarrowbandwidthemissionformulticoloredLEDs[J].Naturecommunications,2018,9(1):1-11.)以间苯三酚为原料，通过溶剂热法合成的多色碳量子点，其液态下的荧光量子产率高达54～72%，但粉末由于荧光猝灭，未检测到荧光。这一缺点严重阻碍了要求碳量子点具备固态发光的领域，如光电器件、指纹识别等领域的应用。因此，有效制备具有固态发光的碳量子点，就成为目前亟待解决的重要问题。此外，目前能够制备的固态荧光碳量子点也多为短波长发射，如Jiang等(JiangBP,YuYX,GuoXL,etal.White-emittingcarbondotswithlongalkyl-chainstructure:Effectiveinhibitionofaggregationcausedquenchingeffectforlabel-freeimagingoflatentfingerprint[J].Carbon,2018,128:12-20.)以含长链烷基的Tween80为单一原料，通过一步法合成CDs，其固态粉末的发光波长440nm，荧光量子产率仅为2.0%。而红光区域的固态发射更是鲜有报道。同时，多数碳量子点的荧光并不随浓度的改变而变化，从而造成其在多色发光二极管显示领域的应用受到很大的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种浓度依赖荧光可调固态红光碳量子点，以及该碳量子点的制备方法，本专利技术制备的碳量子点在固态下能够发射明亮的红色荧光，在溶液状态下基于不同浓度的溶液发射从蓝到红的多色荧光。本专利技术所述的浓度依赖荧光可调固态红光碳量子点是以间苯三酚为碳源，乙二胺为氮源，硼酸为硼源，以N,N-二甲基甲酰胺或水与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液作为溶剂介质，常压下加热反应制备得到的碳量子点。本专利技术制备的碳量子点为红色粉末状，激发光照射下能够发射红色荧光，发射峰位于623～640nm。进而，本专利技术提供了一种所述浓度依赖荧光可调固态红光碳量子点的制备方法，是将原料间苯三酚、乙二胺和硼酸分散于溶剂介质N,N-二甲基甲酰胺或水与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液中，常压下微波加热进行反应，得到浓度依赖荧光可调固态红光碳量子点。本专利技术上述制备方法中，所述原料间苯三酚、乙二胺和硼酸的摩尔比优选为1∶0.025～0.225∶0.025～0.25。其中，本专利技术上述制备方法中使用的溶剂介质中，其N,N-二甲基甲酰胺的体积百分含量优选为5～100%，相应地，水的体积百分含量为0～95%。进一步地，上述制备方法中，所述的微波加热优选采用功率250～600W的微波进行加热。更进一步地，所述微波加热反应的时间优选为8～15min。进而，本专利技术还可以采用超声分散的手段，将所述原料加速分散或溶解在所述混合溶液中。本专利技术针对碳量子点固态粉末易发生团聚引起荧光猝灭，以及多数固态荧光碳量子点的发光集中在短波长的状况，以间苯三酚、乙二胺和硼酸为原料，采用微波法制备得到了一种固态红光碳量子点，其不仅实现了固态发光，克服了以往碳量子点固态下容易团聚引起的荧光猝灭，而且在固态下发射长波长的红色荧光，可以满足多数场合的需求。同时，本专利技术还意外的发现，本专利技术制备的固态红光碳量子点在溶液中随着浓度的不同，可以发射具有逐渐红移的从蓝到红的不同颜色的多色荧光，具有浓度依赖性，荧光颜色可调。基于本专利技术制备浓度依赖荧光可调固态红光碳量子点的上述性能特点，可以以其作为荧光发光材料应用于发光
一方面，可以以本专利技术所述的浓度依赖荧光可调固态红光碳量子点作为荧光粉，应用于发光二极管的制备中。更具体地，可以以本专利技术所述的浓度依赖荧光可调固态红光碳量子点作为荧光粉，与其他短波长荧光粉复合，应用于白光发光二极管的制备。例如，以固态红光碳量子点作为荧光粉，结合短波长的蓝光和绿光荧光粉构成三基色复合荧光粉，与紫外芯片结合后，可以制备得到白光发光二极管。另一方面，还可以将所述固态红光碳量子点以不同浓度分散到固化剂中，分别制备出不同颜色的荧光薄膜，以其结合芯片后制备多色发光二极管。由于本专利技术固态红光碳量子点的独特浓度依赖荧光多色发光特性，拓展了其在多色发光二极管显示领域的应用。附图说明图1是实施例1制备浓度依赖荧光可调固态红光碳量子点的TEM照片。图2是实施例1固态红光碳量子点的粒径分布图。图3是实施例1固态红光碳量子点的拉曼光谱图。图4是实施例1固态红光碳量子点的光电子能谱图。图5是实施例1固态红光碳量子点的红外光谱图。图6是实施例1固态红光碳量子点在日光灯和365nm紫外灯照射下的实物图。图7是实施例1固态红光碳量子点在不同激发波长下的荧光光谱图。图8是实施例1固态红光碳量子点的色坐标图。图9是不同浓度碳量子点二甲基亚砜溶液在日光灯和365nm紫外灯照射下的实物图。图10不同浓度碳量子点二甲基亚砜溶液在365nm激发下的归一化荧光光谱图。图11是不同浓度碳量子点二甲基亚砜溶液的色坐标图。图12是实施例2固态红光碳量子点在365nm激发波长下的荧光光谱图。图13是实施例2固态红光碳量子点的色坐标图。图14是实施例3固态红光碳量子点在365nm激发波长下的荧光光谱图。图15是实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种浓度依赖荧光可调固态红光碳量子点，是以间苯三酚为碳源，乙二胺为氮源，硼酸为硼源，以N,N-二甲基甲酰胺或水与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液为溶剂介质，常压下加热反应制备得到的碳量子点，所述碳量子点在激发光照射下能够发射红色荧光，发射峰位于623～640nm。/n

【技术特征摘要】
1.一种浓度依赖荧光可调固态红光碳量子点，是以间苯三酚为碳源，乙二胺为氮源，硼酸为硼源，以N,N-二甲基甲酰胺或水与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液为溶剂介质，常压下加热反应制备得到的碳量子点，所述碳量子点在激发光照射下能够发射红色荧光，发射峰位于623～640nm。


2.权利要求1所述浓度依赖荧光可调固态红光碳量子点的制备方法，是将原料间苯三酚、乙二胺和硼酸分散于溶剂介质N,N-二甲基甲酰胺或水与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液中，常压下微波加热进行反应，得到浓度依赖荧光可调固态红光碳量子点。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所述原料间苯三酚、乙二胺和硼酸的摩尔比为1∶0.025～0.225∶0.025～0.25。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所述溶剂介质中N,N-二甲基甲酰胺的体积百分含量为5～10...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永珍，王军丽，郑静霞，李强，刘旭光，许并社，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14