本发明专利技术提供一种圆偏振发光碳量子点薄膜复合材料及其制备方法和应用，制备方法包括：(1)将CNCs和去离子水混合，分散，加热并搅拌，得到CNCs悬浊液；(2)将FeCl<subgt;3</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O和FeSO<subgt;4</subgt;·7H<subgt;2</subgt;O溶于蒸馏水中，而后将其加入CNCs悬浊液中，反应，然后加入NH<subgt;3</subgt;·H<subgt;2</subgt;O水溶液，继续反应，后处理，得到Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;/CNC复合材料；(3)将碳量子点水溶液、Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;/CNC复合材料水溶液以及CNCs悬浊液混合，分散，得到胶体悬浮液，将其置于磁场下，蒸发浓缩，得到所述圆偏振发光碳量子点薄膜复合材料。本发明专利技术基于磁场调控自组装合成手性的且具有圆偏振荧光活性的复合材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合材料，涉及一种圆偏振发光碳量子点薄膜复合材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种基于磁场调控的圆偏振发光碳量子点薄膜复合材料的制备方法。
技术介绍
1、圆偏振发光(cpl)在非线性光子器件立体视觉、光学存储设备、生物传感器、不对称催化和合成以及安全系统等多方面具有广泛的应用。从纤维素中提取的纤维素纳米晶体(cncs)当其浓度超过临界值时可以自组装成胆甾相，通过蒸发诱导自组装(eisa)在cnc薄膜中形成的螺旋结构产生光子特性，即所谓的选择性反射，为构建光子材料提供了一种不需要复杂设计和工艺技术的通用方法。li等人报道了一种利用cnc模板制备的手性聚合物纳米线阵列的方法，并通过调控纳米线的形貌和手性分子的浓度，实现了cpl的调控(acsnano,12(12),12345-12350,2018)。zheng等人通过将手性荧光分子和碳点包裹在cnc中，形成具有螺旋超结构的手性碳点纳米材料，成功获得cpl复合薄膜(aom.,6,1801246,2018)。xu等人通过将半导体量子点溶解在纳米晶薄膜中，并通过调控硅油浓度调控纳米晶薄膜的结构和光学性质，实现了对圆偏振发光的调控(j.am.chem.c.7,13794,2019)。
2、光学共振腔和偏振片等方法可以有效调控cpl，但通常需要复杂的实验设置和调整，光学共振腔需要精确控制腔体的尺寸和共振频率，而偏振片需要精确调整入射光的偏振方向和角度。这些操作可能需要专门的设备和技术，并增加实验的复杂性和难度，这限制了这些方法在实际应用中的灵活性和适用范围。
>3、因此，在本领域中，期望开发一种操作简单、成本低廉的圆偏振发光碳量子点薄膜复合材料的制备方法。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种圆偏振发光碳量子点薄膜复合材料及其制备方法和应用，尤其提供一种基于磁场调控的圆偏振发光碳量子点薄膜复合材料的制备方法。本专利技术通过cnc蒸发浓缩形成的自组装螺旋结构与具有光致发光特性的碳量子点结合获得了性能优异的圆偏振发光碳量子点薄膜复合材料，本专利技术的制备方法操作简单，成本低廉，相比于传统的通过调控掺杂荧光材料的浓度、改变ph值、离子强度或温度来调控cnc螺旋的螺旋间距，本专利技术利用磁场调控cnc螺旋的螺旋间距是一种无创调谐方法。即，本专利技术基于磁场调控来影响cnc复合薄膜的手性序列，自组装合成手性的且具有圆偏振荧光活性的复合材料。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种圆偏振发光碳量子点薄膜复合材料的制备方法，所述制备方法包括：
4、(1)将纤维素纳米晶体(cncs)和去离子水混合，分散，加热并搅拌，得到纤维素纳米晶体悬浊液；
5、(2)将fecl3·6h2o和feso4·7h2o溶于蒸馏水中，而后将其加入步骤(1)得到的纤维素纳米晶体悬浊液中，反应，然后加入nh3·h2o水溶液，继续反应，后处理，得到fe3o4/cnc复合材料；
6、(3)将去离子水、苯二胺溶液和fecl3溶液混合，加热搅拌，后处理，得到碳量子点；
7、(4)将碳量子点水溶液、fe3o4/cnc复合材料水溶液以及纤维素纳米晶体悬浊液混合，分散，得到胶体悬浮液，将胶体悬浮液置于容器中，并置于磁场下，蒸发浓缩，得到所述圆偏振发光碳量子点薄膜复合材料。
8、本专利技术通过调控外部磁场强度来调控cnc自组装产生的螺旋结构的螺距，同时通过多色发光碳量子点与cnc的自组装获得了具有圆偏振发光特性的复合薄膜。将fe3o4纳米粒子与纤维素纳米晶(cncs)组装形成复合材料后与多色发光碳量子点一起分散在纯纤维素纳米晶中，相互作用形成复合物，在胶体悬浮液中形成自组装的纳米级结构，在不同外部磁场条件下干燥成具有结构色的薄膜，这种薄膜具有优异的圆偏振发光(cpl)，在非线性光子器件、手性传感、等领域有广泛应用前景。
9、本专利技术通过调整胶体悬浮液干燥过程中的外部磁场强度，可以成功地控制cnc螺旋结构的螺距，从而控制反射波长。与改变ph值、离子强度或温度等传统方法相比，利用磁场调节结构是一种有效的无创调谐方法，同时，将具有优良的发光性、良好的生物相容性和低毒性的碳量子点通过与cnc自组装获得了良好的cpl光子薄膜。
10、常规的调节cnc胆甾相需要使用非常强的磁场(≥5t)，限制了该方法的适用性。氧化铁(fe3o4)由于其固有的超顺磁性和强烈的光热效应而成为一种杰出的材料。然而，由于纳米颗粒具有较高的表面能，其分散性差一直是阻碍其进一步发展的障碍，本专利技术步骤(2)中通过fe3+和fe2+的化学水解控制cncs表面fe3o4纳米颗粒的形成，正铁离子(fe3+)和cnc纳米棒表面丰富的羟基之间的静电吸引力产生的铁富集的局部区域促进了磁性纳米颗粒的成核和生长，使fe3o4纳米颗粒在cnc上原位生长，形成fe3o4/cnc悬浮液，在避免fe3o4纳米颗粒团聚的同时改变了纯cnc的磁场响应行为，使其在较弱的外部磁场下产生磁场响应，使其螺旋间距随外部磁场变化产生相应变化(螺旋间距随外部磁场强度的增加而减小)，进而影响薄膜的手性排列。
11、本专利技术步骤(4)中fe3o4/cnc悬浮液(即fe3o4/cnc复合材料)的引入改变了cnc的磁场响应行为，让其对磁场具有更加敏感的响应性，本专利技术将步骤(4)的胶体悬浮液置于无、弱、中、强四种磁场强度下，验证了fe3o4/cnc复合材料对cnc的磁场响应的影响，碳量子点与cnc螺旋结构实现自组装后使干燥成型的薄膜具有较好的cpl光学行为，最终通过简单的共组装方法合成出多色可调、量子产率高的的圆偏振荧光薄膜。
12、优选地，步骤(1)所述纤维素纳米晶体悬浊液中，纤维素纳米晶体的质量分数为1％-1.5％，例如1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％等。
13、优选地，步骤(1)所述分散包括超声分散。
14、优选地，所述超声分散的时间为5-15min，例如5min、8min、10min、13min、15min等。
15、优选地，步骤(1)所述加热为加热至60-80℃，例如60℃、65℃、70℃、75℃、80℃等。
16、优选地，步骤(1)所述搅拌的时间为20-40min，例如20min、25min、30min、35min、40min等。
17、优选地，步骤(1)所述加热并搅拌在保护性气体下进行。
18、优选地，所述保护性气体包括氮气。
19、优选地，所述fecl3·6h2o和feso4·7h2o的摩尔比为(1.5-2.5):1，1.5-2.5例如可以为1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5等。
20、优选地，步骤(2)中，以feso4·7h2o的用量为0.1g计，所述蒸馏水的用量为4-6ml，例如4ml、5ml、6ml等。
21、优选地，所述fe本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种圆偏振发光碳量子点薄膜复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述纤维素纳米晶体悬浊液中，纤维素纳米晶体的质量分数为1％-1.5％；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O的摩尔比为(1.5-2.5):1；
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述反应的时间为20-40min；
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述苯二胺包括间苯二胺、邻苯二胺或对苯二胺中的任意一种或至少两种的组合；
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述加热为加热至80-100℃；
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述碳量子点水溶液中，碳量子点的浓度为0.1-0.2mg/mL；
8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述分散包括先超声分散，再进行搅拌，然后继续进行超声分散；
9.一种圆偏振发光碳量子点薄膜复合材料，其特征在于，所述圆偏振发光碳量子点薄膜复合材料采用如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。
10.一种如权利要求9所述的圆偏振发光碳量子点薄膜复合材料在非线性光子器件或手性传感中的应用。
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【技术特征摘要】
1.一种圆偏振发光碳量子点薄膜复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述纤维素纳米晶体悬浊液中，纤维素纳米晶体的质量分数为1％-1.5％；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述fecl3·6h2o和feso4·7h2o的摩尔比为(1.5-2.5):1；
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述反应的时间为20-40min；
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述苯二胺包括间苯二胺、邻苯二胺或对苯二胺中的任意一种或至少两种的组合；
6....
【专利技术属性】
技术研发人员：程佳吉，徐立海，曹涛，周宾倩，张怀芳，马梁博奥，李以文，张蕾，郝俊杰，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：
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