可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于磷光材料及信息加密技术领域，具体涉及一种可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜及其制备方法与应用。为解决现有技术中磷光材料无法通过可见光激发、磷光寿命短的问题，本发明专利技术以聚乙烯醇作为碳源前驱体，无水乙二胺作为交联剂，加入反应溶剂后在高温条件下反应形成所述氮掺杂碳点(N

【技术实现步骤摘要】
可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于磷光材料及信息加密
，具体涉及一种可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]长寿命的室温磷光(RTP)是由激发能的积累和通过三重态逐渐发射引起的，是一种迷人的光学现象，在激发光源停止后，发射可以持续数秒，数分钟甚至数小时。在初期阶段，磷光仅在低温下可见，这严重限制了磷光的实际应用。随后，大量的RTP材料被研究出来，由于其持续发光，相当大的斯托克斯位移和高信噪比而引起了人们的兴趣，使其在装饰饰品，紧急标牌，光电器件，生物成像，数字加密等不同领域的应用具有高度的灵活性。
[0004]在各种RTP材料中，有机RTP系统已成为一个热门的研究领域，在短短几年内取得了快速进展。到目前为止，已经公布了许多与有机RTP材料有关的开创性方法，其中一些方法表现出不同的色度、提高的量子产率和延长的寿命。然而，由于吸收带有限，大多数有机RTP系统需要使用波长低于380nm的高能紫外线(UV)激发照明，以将电子从基态激发到激发态。高能紫外线源可能对人类构成重大风险，其严格标准限制了其在民用环境中的广泛使用。相比之下，可见光对人类健康的毒性较低，增强了深入生物样本进行分析和成像的能力，并为实际应用提供了更大的便利。部分现有技术中虽然公开了有机RTP磷光体被证明可以通过可见光实现激发，但是它们的衰变寿命仍被限制在毫秒范围内。此外，有机RTP材料的光学不稳定性、大量试剂支出和严格的合成要求相关的缺点给研究人员带来不可避免的困境。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜及其制备方法与应用。本专利技术以聚乙烯醇作为碳源前驱体，无水乙二胺作为交联剂，加入反应溶剂后在高温条件下反应形成所述氮掺杂碳点(N
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CDs)，将N
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CDs加入到聚乙烯醇水溶液中制备可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜。本专利技术提供的可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜(N
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CDs@PVA薄膜)可以实现可见光激发且寿命可调，与有机金属配合物材料相比，具有简便、快速、无金属、寿命长、经济有效、低毒等优点。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、将聚乙烯醇与无水乙二胺溶解于去离子水中，进行水热反应，得到棕色悬浮液，向棕色悬浮液中加入丙酮后离心去除沉淀，离心得到的透明溶液在去离子水中进一步
用透析膜纯化，得到氮掺杂碳点溶液；
[0009]S2、将氮掺杂碳点溶液加入到聚乙烯醇溶液中，超声后的混合溶液加热，获得所述可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜。
[0010]第二方面，本专利技术提供了一种可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜，由如第一方面所述的可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜的制备方法获得。
[0011]第三方面，本专利技术提供了第二方面所述的可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜在防伪安全领域和/或光学信息存储领域的应用。
[0012]上述本专利技术的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：
[0013]1.本专利技术提供的可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜(N
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CDs@PVA薄膜)，在399nm激发时在496nm处表现出荧光发射峰(寿命为4.59ns)。N
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CDs@PVA薄膜在417nm的最佳激发下，在558nm处显示出磷光发射最大值。N
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CDs@PVA薄膜磷光寿命可以通过改变激发波长从0.12秒调整到2.1秒。当在420nm激发时，2.1秒的磷光寿命比现有技术可见光激发的RTP系统的寿命长得多。
[0014]2.本专利技术的可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜的制备以聚乙烯醇作为碳源前驱体，无水乙二胺作为交联剂，以水作为溶剂。其制备工艺简单快速、操作方便、产率高；制备工艺汇总不需要复杂昂贵的设备，成本较低，并且在制备工程中不产生其他有害物质，易于实现工业化生产。
附图说明
[0015]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0016]图1为实施例1所制备的氮掺杂碳点溶液PL光谱的归一化激发(Ex)和发射(Em)；
[0017]图2为实施例1所制备的氮掺杂碳点溶液的Map图谱；
[0018]图3为实施例1所制备的氮掺杂碳点溶液在激发波长为394nm时的PL衰减曲线；
[0019]图4为对比例1所制备的CDs@PVA和实施例1所制备的N
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CDs@PVA的归一化吸收光谱。；
[0020]图5为实施例1所制备N
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CDs@PVA在环境条件下荧光的归一化激发(FL(ex))和发射(FL)光谱和磷光的的归一化激发(RTP(ex))和发射(RTP)光谱；
[0021]图6为实施例1所制备的N
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CDs@PVA在激发波长为399nm时的荧光衰减曲线。；
[0022]图7为实施例1所制备的N
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CDs@PVA在不同激发波长下的磷光衰减曲线。；
[0023]图8为实施例1所制备的N
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CDs@PVA的归一化吸收(Abs)、RTP激发(RTP(ex))光谱和WLED灯的PL光谱(WLED)；
[0024]图9为实施例1所制备的N
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CDs@PVA在420nm激发下的RTP强度随时间和可变光圈的变化曲线；
[0025]图10为实施例1所制备的N
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CDs@PVA在420nm激发下的RTP强度随时间和激发时间的变化曲线；
[0026]图11为实施例1所制备的N
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CDs@PVA在不同气氛下的PL和RTP强度；
[0027]图12为实施例1所制备的N
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CDs的透射电子显微镜图；
[0028]图13为实施例1所制备的N
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CDs的AFM图谱；
[0029]图14为实施例1所制备的N
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CDs的XRD图谱；
[0030]图15为实施例1所制备的N
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CDs和N
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CDs@PVA的红外光谱图；
[0031]图16为实施例1所制备的N
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CDs和N
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CDs@PVA的X射线电子能谱的全谱图和高分辨率的C1s、N 1s和O1s图谱；
[0032]图17为实施例1所制备的N
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CDs和N
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将聚乙烯醇与无水乙二胺溶解于去离子水中，进行水热反应，得到棕色悬浮液，向棕色悬浮液中加入丙酮后离心去除沉淀，离心得到的透明溶液在去离子水中进一步用透析膜纯化，得到氮掺杂碳点溶液；S2、将氮掺杂碳点溶液加入到聚乙烯醇溶液中，超声后的混合溶液加热，获得所述可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，无水乙二胺与水的体积比为1:19
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21，无水乙二胺与聚乙烯醇的比例为1mL:1g。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述水热反应的温度为219
‑
221℃，所述水热反应的时间为5.9
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6.1h。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中乙二胺与步骤S2中聚乙烯醇溶液中的聚乙烯醇的比例为1mL:8.9
‑
9.1g。5.如权利要求1所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子飞，周恒，金姗，李杰，徐彬，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学山东省科学院，
类型：发明
国别省市：