一种石墨烯量子点荧光薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯量子点荧光薄膜及其制备方法，是先以氧化石墨烯在溶剂DMF中进行溶剂热反应，反应产物中加入氧化剂过氧化氢继续进行溶剂热反应，制备得到高荧光量子产率的石墨烯量子点溶液，再以浓度不小于2mg/ml的石墨烯量子点DMF或水溶液与硅烷化偶联剂KH‑792混合成膜，制备得到石墨烯量子点荧光薄膜。本发明专利技术制备的石墨烯量子点荧光薄膜具有高的荧光量子产率和高热稳定性，可以发射明亮的黄色荧光，适合应用于激光二极管照明中。

A graphene quantum dot fluorescent film and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯量子点荧光薄膜及其制备方法
本专利技术属于荧光发光材料
，涉及一种石墨烯量子点荧光薄膜，特别是涉及一种具有高的荧光量子产率和高热稳定性的发射黄色荧光的石墨烯量子点薄膜材料，以及该石墨烯量子点薄膜材料的制备方法。
技术介绍
激光二极管白光照明技术具有长寿命、高效率、低能耗等优点，目前已实现了小规模的商业化应用。该技术通常是利用高效率的蓝光半导体激光器激发黄光荧光粉，通过蓝光与黄光的复合实现白光照明。然而，由于激光二极管具有较高的能量且光束集中，激光光源照射到荧光粉表面后会产生大量的热，导致荧光粉迅速衰减，进而引发荧光猝灭现象(罗智田.基于半导体激光器的汽车前照灯白光光源研究[D].电子科技大学,2014.)，故与半导体激光器匹配使用的荧光粉必须具有较高的热稳定性。当前，应用于激光二极管照明的荧光粉主要是稳定性较好的稀土掺杂荧光粉。但是由于受稀土价格昂贵且资源紧缺、不可再生等限制，亟待开发一种新型的高热稳定性的荧光粉来代替稀土荧光粉。2015年，Chen等(ChenB,FengJ.[J].TheJournalofPhysicalChemistryC,2015,119(14):7865-7872.)利用蓝光碳点结合镧系复合物，在400nm激光照射下得到色坐标为（0.31，0.32）的白光激光二极管，开创了以碳点作为荧光粉应用于激光照明的先河。然而，虽然其荧光粉的整体稳定性得到了提高，但所结合的镧系元素依然属于价格昂贵、资源紧缺的稀土元素。因此，如何仅利用碳点作为荧光粉应用于激光二极管照明，就成为了目前的研究关键。石墨烯量子点(Graphenequantumdots，GQDs)作为一种碳点，是由横向尺寸小于10nm的石墨烯纳米片构成的一种新型荧光碳纳米材料，具有低毒环保、生物相容性好、化学惰性高、发光波长可调以及稳定性好等优点，相对较大的sp2共轭导致其具有较好的晶化程度和较高的热稳定性。因此，将石墨烯量子点分散在成膜剂中制成荧光薄膜，应用于激光照明中，可以有效降低激光照明的成本，对推动高能效高质量白光激光器产业化的发展具有重大的科学意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种石墨烯量子点荧光薄膜及其制备方法，本专利技术制备的石墨烯量子点荧光薄膜具有高的荧光量子产率和高热稳定性，可以发射明亮的黄色荧光，适合应用于激光二极管照明中。本专利技术所述的石墨烯量子点荧光薄膜是以浓度不小于2mg/ml的高荧光量子产率石墨烯量子点的DMF或水溶液与硅烷化偶联剂N-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(KH-792)混合成膜，制备得到的石墨烯量子点荧光薄膜。其中，所述的高荧光量子产率石墨烯量子点是先以氧化石墨烯在溶剂DMF中进行溶剂热反应，反应产物中再加入氧化剂过氧化氢继续进行溶剂热反应，制备得到的高荧光量子产率的石墨烯量子点溶液。本专利技术以氧化石墨烯为原料，DMF为溶剂，过氧化氢为氧化剂，采用两步溶剂热法制备得到了高荧光量子产率的石墨烯量子点。其中，溶剂DMF不仅可以切割剥离氧化石墨烯，使其成为粒径尺寸较小的石墨烯量子点，同时还可以起到很好的氮元素掺杂作用；而在添加有过氧化氢的溶剂热反应中，由于过氧化氢的氧化作用，大大提高了石墨烯量子点的荧光量子产率(Quantumyield，QY)。基于本专利技术上述两步溶剂热法制备的石墨烯量子点溶液在紫外激发光照射下，能够发射明亮的绿色荧光。经测量计算，本专利技术制备的石墨烯量子点溶液的荧光量子产率高于45%，可以满足激光二极管发光器件的需求。进而，虽然本专利技术所述石墨烯量子点在溶液状态下具有高的荧光量子产率，但将其除去溶剂后，得到的黄褐色的石墨烯量子点固体粉末在激发光照射下却不发射荧光。以所述高荧光量子产率的石墨烯量子点的DMF或水溶液与KH-792混合成膜，利用石墨烯量子点的激发依赖性质并根据内滤光效应，使得制备的石墨烯量子点荧光薄膜在紫外激发光照射下，可以发射明亮的黄光。本专利技术还有趣地发现，上述石墨烯量子点荧光薄膜在紫外激发光照射下发射黄色荧光的现象，是建立在使用浓度不低于2mg/ml的高浓度石墨烯量子点溶液与KH-792混合成膜的前提下的。而当采用小于2mg/ml的低浓度石墨烯量子点溶液与KH-792改性成膜时，得到的荧光薄膜在紫外激发光照射下，发出的却是蓝色荧光。同时，由于本专利技术使用的成膜剂KH-792在与石墨烯量子点的成膜过程中发生水解反应而产生二氧化硅，这也大大提高了荧光薄膜的热稳定性，以更适合应用于高能量的激光二极管发光器件。进而，本专利技术还提供了一种所述能够发射黄色荧光的石墨烯量子点荧光薄膜的制备方法。1）将氧化石墨烯粉末溶解在溶剂DMF中，于反应釜内密闭加热进行第一次溶剂热反应，反应完成后得到淡黄色溶液。该淡黄色溶液在紫外激发光照射下发射蓝色荧光。2）向上述溶液中滴加过氧化氢，于反应釜内密闭加热进行第二次溶剂热反应，反应完成后得到淡黄色的石墨烯量子点溶液。所述石墨烯量子点溶液在紫外激发光照射下发射绿色荧光。3）将上述石墨烯量子点溶液减压蒸馏去除大部分溶剂DMF后，置于透析袋中，以去离子水进行透析提纯，经冷冻干燥得到石墨烯量子点黄褐色粉末。4）以DMF或水溶解上述石墨烯量子点粉末，得到浓度不小于2mg/ml的石墨烯量子点溶液，再加入硅烷偶联剂KH-792，滴入模具中固化得到石墨烯量子点荧光薄膜。所述荧光薄膜在紫外激发光照射下发射黄色荧光。具体地，本专利技术上述制备方法中，所述两次溶剂热反应都是在180～220℃条件下进行的。更具体地，优选控制所述第一次溶剂热反应在200～220℃下进行5～8h，第二次溶剂热反应在180～220℃下进行3～6h。本专利技术上述制备方法中，优选将氧化石墨烯溶解在DMF中，得到浓度为4～10mg/mL的氧化石墨烯DMF溶液。进而，本专利技术上述制备方法中，用于制备石墨烯量子点荧光薄膜所用的石墨烯量子点与KH-792的质量比优选为1∶(0.3～0.6)。更进一步地，本专利技术经过减压蒸馏后，在剩余的石墨烯量子点DMF溶液中加入不少于5倍于剩余DMF体积的去离子水进行稀释后，装入透析袋中以去离子水进行透析。优选地，所述透析袋的截留分子量为500Da。对本专利技术制备的能够在紫外激发光照射下发射黄色荧光的石墨烯量子点荧光薄膜进行热重分析测试，荧光薄膜被加热至380℃时的分解率小于4%，具有较高的热稳定性。因此，本专利技术制备的黄色荧光石墨烯量子点荧光薄膜适合应用于激光二极管发光器件中，作为高效、稳定的荧光转换材料，与蓝光半导体激光器复合，以形成白光激光二极管发光器件。附图说明图1是石墨烯量子点溶液在日光灯和365nm紫外灯照射下的实物图片。图2是石墨烯量子点溶液的荧光发射图谱。图3是石墨烯量子点溶液的QY测定图。图4是石墨烯碳量子点粉末的TEM照片。图5是氧化石墨烯和石墨烯量子点的XPS对比图。图6是石墨烯量子点的XRD图谱。图7是石墨烯量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯量子点荧光薄膜，是以浓度不小于2mg/ml的高荧光量子产率石墨烯量子点的DMF或水溶液与硅烷化偶联剂KH-792混合成膜，制备得到的石墨烯量子点荧光薄膜，其中，所述的高荧光量子产率石墨烯量子点是先以氧化石墨烯在溶剂DMF中进行溶剂热反应，反应产物中再加入氧化剂过氧化氢继续进行溶剂热反应，制备得到的高荧光量子产率的石墨烯量子点溶液。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯量子点荧光薄膜，是以浓度不小于2mg/ml的高荧光量子产率石墨烯量子点的DMF或水溶液与硅烷化偶联剂KH-792混合成膜，制备得到的石墨烯量子点荧光薄膜，其中，所述的高荧光量子产率石墨烯量子点是先以氧化石墨烯在溶剂DMF中进行溶剂热反应，反应产物中再加入氧化剂过氧化氢继续进行溶剂热反应，制备得到的高荧光量子产率的石墨烯量子点溶液。


2.权利要求1所述石墨烯量子点荧光薄膜的制备方法，所述方法为：
1）将氧化石墨烯粉末溶解在溶剂DMF中，于反应釜内密闭加热进行第一次溶剂热反应，得到淡黄色溶液；
2）向上述溶液中滴加过氧化氢，于反应釜内密闭加热进行第二次溶剂热反应，得到淡黄色的石墨烯量子点溶液；
3）将上述石墨烯量子点溶液减压蒸馏去除大部分溶剂DMF后，置于透析袋中，以去离子水进行透析提纯，经冷冻干燥得到石墨烯量子点黄褐色粉末；
4）以DMF或水溶解上述石墨烯量子点粉末，得到浓度不小于2mg/ml的石墨烯量子点溶液，再加入硅烷偶联剂KH-792，滴入模具中固化得到石墨烯量子点荧光薄膜。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是两次溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永珍，何品一，郑静霞，刘兴华，肖斌，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