一種蛋白石結(jié)構(gòu)或反蛋白石結(jié)構(gòu)碳點(diǎn)光子晶體的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及功能性蛋白石結(jié)構(gòu)或反蛋白石結(jié)構(gòu)碳點(diǎn)光子晶體制備。更具體地，設(shè) 及一種有光子帶隙調(diào)制光限幅及防偽性能的蛋白石結(jié)構(gòu)或反蛋白石結(jié)構(gòu)碳點(diǎn)光子晶體的 制備方法及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著人們對(duì)碳材料微觀尺寸和表面修飾的調(diào)控，制備出了一種新型的碳 發(fā)光材料，即碳點(diǎn)。碳點(diǎn)主要分為石墨締量子點(diǎn)、碳納米點(diǎn)和聚合物點(diǎn)。不同組成形式的碳 點(diǎn)實(shí)際應(yīng)該略有差別。但是總體來說，碳點(diǎn)具有W下共同的優(yōu)良性質(zhì)。碳點(diǎn)制備方法簡(jiǎn)單， 原料易得，從而使生產(chǎn)成本大大降低。碳點(diǎn)不僅具有優(yōu)良的發(fā)光性質(zhì)，還具有獨(dú)特的雙光子 吸收和上轉(zhuǎn)換巧光的能力。其具有良好的生物相容性和低毒性，結(jié)合其良好的發(fā)光性質(zhì)可 W應(yīng)用在生物細(xì)胞成像。W石墨締量子點(diǎn)為組成的碳點(diǎn)，由于石墨締的反飽和吸收特性，因 而具有光限幅的行為，可W很好的應(yīng)用在激光防護(hù)材料領(lǐng)域?？傮w來說，碳點(diǎn)在能源相關(guān)器 件、環(huán)境相關(guān)應(yīng)用、生物相關(guān)領(lǐng)域W及復(fù)合材料相關(guān)領(lǐng)域。
[0003] 光子晶體是指介電常數(shù)(折射率)不同的材料在空間周期性排列構(gòu)成的。光子晶體 最本質(zhì)的特征是光子禁帶和光子局域。光子禁帶可W控制光在其中的傳播，而且缺陷態(tài)的 引入可W影響光子禁帶的性質(zhì)，是光電集成、光子集成、光通信的一種關(guān)鍵性基礎(chǔ)材料。目 前光子晶體的應(yīng)用主要在光子晶體光纖、光子晶體激光器、光子晶體發(fā)光二極管和光子晶 體高性能反射鏡。
[0004] 將碳點(diǎn)和光子晶體結(jié)合，使碳點(diǎn)由之前的液態(tài)轉(zhuǎn)變成了具有了周期性結(jié)構(gòu)的固 態(tài)，更有利于后處理。不同的周期性結(jié)構(gòu)具有不同的光子帶隙。碳點(diǎn)作為一種光電材料，具 有光子帶隙后就具有了調(diào)控光的性質(zhì)。將碳點(diǎn)和光子晶體結(jié)合制備出不同帶隙的碳點(diǎn)光子 晶體，不僅很好的繼承了碳點(diǎn)原有的優(yōu)良性質(zhì)，同時(shí)通過光子晶體帶隙的調(diào)控，使碳點(diǎn)光子 晶體表現(xiàn)出相較于碳點(diǎn)更加優(yōu)良的性質(zhì)，如巧光性能的增強(qiáng)，增強(qiáng)光電化學(xué)過程中的電子 轉(zhuǎn)移效率等。目前，已有的碳點(diǎn)光子晶體研究中，化η Feng等人利用碳點(diǎn)光子晶體表面涂 上BiV〇4來增強(qiáng)光電化學(xué)反應(yīng)中氨氣量的產(chǎn)生;Fan化eqiong等人利用碳點(diǎn)光子晶體為犧 牲模板，促進(jìn)金增強(qiáng)表面拉曼散射。但是，目前還未有將碳點(diǎn)和光子晶體結(jié)合來制備具有光 子帶隙調(diào)制光限幅性能W及防偽性能材料的相關(guān)報(bào)道。
[0005] 因此，需要提供一種具有光子帶隙調(diào)制光限幅及防偽性能的蛋白石結(jié)構(gòu)或反蛋白 石結(jié)構(gòu)碳點(diǎn)光子晶體的制備方法及應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種具有光子帶隙調(diào)制光限幅及防偽性能的蛋白石 結(jié)構(gòu)或反蛋白石結(jié)構(gòu)碳點(diǎn)光子晶體的制備方法。
[0007] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種具有光子帶隙調(diào)制光限幅及防偽性能的蛋白 石結(jié)構(gòu)或反蛋白石結(jié)構(gòu)碳點(diǎn)光子晶體的應(yīng)用。
[0008] 本發(fā)明結(jié)合碳點(diǎn)和光子晶體的性質(zhì)，制備了具有光子帶隙調(diào)制光限幅及防偽性能 的蛋白石結(jié)構(gòu)或反蛋白石結(jié)構(gòu)的碳點(diǎn)光子晶體。即通過不同帶隙的碳點(diǎn)光子晶體實(shí)現(xiàn)了對(duì) 其光限幅行為的調(diào)控從而使其可W作為不同用途的激光防護(hù)材料。并且在碳點(diǎn)光子晶體制 備過程中通過微加工的手段將其圖案化，利用其在不同激發(fā)光下顯示不同顏色的特性，可 W很好的應(yīng)用在防偽圖案領(lǐng)域。
[0009] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0010] -種具有光子帶隙調(diào)制光限幅及防偽性能的蛋白石結(jié)構(gòu)或反蛋白石結(jié)構(gòu)碳點(diǎn)光 子晶體的制備方法，所述制備方法為W聚苯乙締微球?yàn)樵喜捎秘Q直沉積法組裝光子晶體 模板，然后采用犧牲模板法制備反蛋白石結(jié)構(gòu)的碳點(diǎn)光子晶體;或者是在合成二氧化娃微 球的過程中加入碳點(diǎn)溶液，制備出不同粒徑的含有碳點(diǎn)的二氧化娃微球，然后采用豎直沉 積法組裝成蛋白石結(jié)構(gòu)的碳點(diǎn)光子晶體。
[0011] 優(yōu)選地，所述聚苯乙締微球具有核殼結(jié)構(gòu)，W聚苯乙締為核，W聚(丙締酸-甲基丙 締酸甲醋)為殼。具有軟殼硬核的微球在組裝過程中，更有利于緊密的排列，從而形成質(zhì)量 更好的光子晶體膜。否則，光子晶體膜排列的不緊密，從而影響反蛋白石結(jié)構(gòu)碳點(diǎn)光子晶體 的制備質(zhì)量。
[0012] 優(yōu)選地，所述聚苯乙締微球的粒徑范圍為150-300nm。利用該粒徑范圍的聚苯乙締 微球，可W組裝成可見光范圍內(nèi)不同帶隙的光子晶體膜，從而制備不同帶隙的反蛋白石結(jié) 構(gòu)碳點(diǎn)光子晶體。微球的粒徑過大或是過小，不僅難于組裝，也會(huì)造成組裝的光子晶體膜 的帶隙不合適。
[0013] 優(yōu)選地，所述核殼結(jié)構(gòu)的聚苯乙締微球的制備主要采取乳液聚合的方法，具體制 備方法為：
[0014] 80-100體積份水中加入0.8-1.2質(zhì)量份的甲基丙締酸甲醋，0.8-1.2質(zhì)量份的丙締 酸和17-21質(zhì)量份的苯乙締，隨后加入乳化劑十二烷基苯橫酸鋼0-0.004質(zhì)量份(其濃度低 于臨界膠束濃度)和緩沖劑碳酸氨鋼0.5-0.55質(zhì)量份得到反應(yīng)液;將反應(yīng)液保持60-80°C 0.5-2小時(shí)，然后加入0.45-0.5質(zhì)量份的過硫酸錠水溶液，連續(xù)攬拌條件下于70-90°C反應(yīng) 10-15h，即可制備得到具有核殼結(jié)構(gòu)的聚苯乙締微球。
[0015] 優(yōu)選地，所述反蛋白石結(jié)構(gòu)的碳點(diǎn)光子晶體的制備方法，包括如下具體步驟：
[0016] 1)將聚苯乙締微球通過豎直沉積法在恒溫恒濕箱中組裝成光子晶體模板；
[0017] 2)將光子晶體模板用等離子體技術(shù)處理20-120S;
[0018] 3)將碳點(diǎn)溶液均勻滴加到光子晶體模板表面;所述碳點(diǎn)溶液的體積百分比為20-80% ;所述碳點(diǎn)溶液中的溶劑為乙醇或者乙酸乙醋。
[0019] 4)將滴加碳點(diǎn)溶液后的光子晶體模板放置在冰箱冷藏室1 -化；
[0020] 5)之后放置于50-80°C的烘箱中8-30h;
[0021] 6)用四氨巧喃浸泡溶解光子晶體模板，得到不同帶隙的反蛋白石結(jié)構(gòu)的碳點(diǎn)光子 晶體。
[0022] 優(yōu)選地，步驟1)中，豎直沉積法組裝光子晶體膜的具體過稱為:將聚苯乙締乳液加 水稀釋到半透明，然后將超親水固體基材豎直放置于聚苯乙締乳液中，20-80°C下恒溫，20-80%濕度下恒濕，至乳液完全蒸發(fā)，聚苯乙締微球即可在固體基材表面自組裝成光子晶體 膜。
[0023] 優(yōu)選地，所述超親水固體基材是指水與固體基材表面的接觸角小于10°的固體基 材;所述固體基材選自普通玻璃、石英片或者娃片。利用超親水固體基材，有利于聚苯乙締 微球在其表面組裝成高質(zhì)量的光子晶體膜。從而有利于反蛋白石結(jié)構(gòu)碳點(diǎn)光子晶體的制 備。
[0024] 優(yōu)選地，步驟3)中，碳點(diǎn)溶液要充分的滲透到光子晶體模板中，W確保反蛋白石結(jié) 構(gòu)碳點(diǎn)光子晶體的形成。
[0025] 優(yōu)選地，碳點(diǎn)溶液濃度不能過大，通常采用純碳點(diǎn)和乙醇體積比1:1。
[0026] 優(yōu)選地，所制備的碳點(diǎn)光子晶體厚度要薄，使激光可W透過。
[0027] 進(jìn)一步地，在將碳點(diǎn)溶液均勻滴加到光子晶體模板表面之前，將娃柱模板加在光 子晶體模板表面，然后再將碳點(diǎn)溶液均勻滴加到娃柱模板和光子晶體模板之間的縫隙中， 即可制備圖案化的反蛋白石結(jié)構(gòu)的碳點(diǎn)光子晶體;所述娃柱模板凸出來的部分經(jīng)過疏水處 理，凹進(jìn)去的部分經(jīng)過親水處理。在制備反蛋白碳點(diǎn)光子晶體的過程中，用W掩模板做出的 親疏水處理過的娃柱為模板，將制備的碳點(diǎn)光子晶體圖案化。之后分別用375、480和560皿 的光激發(fā)，可W使其發(fā)出不同顏色的巧光。
[0028] 優(yōu)選地，所述含有碳點(diǎn)的二氧化娃微球的具體制備方法為：
[0029] 將含有3-10質(zhì)量份的水和0.5-2質(zhì)量份的氨的乙醇溶液加到反應(yīng)器中，保持20-30 °0并攬拌;含有正娃酸乙醋的乙醇溶液和碳點(diǎn)溶液加入到上述反應(yīng)器中，同時(shí)保持在整個(gè) 體系中正娃酸乙醋的濃度為0.2-0.25mol/l;攬拌2-3小時(shí)，離屯、洗涂即得到含有碳點(diǎn)的二 氧化娃微球。
[0030] 本發(fā)明還公開了一種采用上述制備方法制備得到的蛋白石結(jié)構(gòu)或反蛋白石結(jié)構(gòu) 碳點(diǎn)光子晶體在利用光子帶隙調(diào)制光限幅領(lǐng)域及制備防偽圖案領(lǐng)域中的應(yīng)用。
[0031] 本發(fā)明W蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體為模板，通過犧牲模板法制備不同帶隙的反蛋白石 結(jié)構(gòu)碳點(diǎn)光子晶體或是通過含有碳點(diǎn)的二氧化娃微球采用豎直沉積法制備不同帶隙的蛋 白石結(jié)構(gòu)碳點(diǎn)光子晶體。不同帶隙的碳點(diǎn)光子晶體有不同的光子帶隙調(diào)制光限幅的行為。 同時(shí)用不同波段的光激發(fā)碳點(diǎn)光子晶體，會(huì)發(fā)出不同波段的巧光。利用運(yùn)個(gè)性能，制備圖案 化的碳點(diǎn)光子晶體，可W很好的用于防偽圖案領(lǐng)域。
[0032] 具體地，本發(fā)明的制備反蛋白石結(jié)構(gòu)碳點(diǎn)光子晶體的方法是：（1)將不同粒徑 (200-300nm)的聚苯乙締微球通過豎直沉積法在恒溫恒濕箱中（溫度：20-80°C、濕度：20-80%)組裝成帶隙在500-750nm左右的光子晶體膜；（2)將不同帶隙巧00-750nm)的光子晶體 模板用plasma處理60s; (3)將碳點(diǎn)溶液(體積比純碳點(diǎn)：乙醇= 1:1)均勻的滴加到光子晶體 模板表面；（4)放置在冰箱冷藏室數(shù)小時(shí)；（5)放置于50-80°C的烘箱中24h; (6)用四氨巧喃 浸泡溶解光子晶體模板，得到不同帶隙(400-700nm)的反蛋白石結(jié)構(gòu)的碳點(diǎn)光子晶體。
[0033] 進(jìn)一步地，制備圖案化的反蛋白石結(jié)構(gòu)碳點(diǎn)光子晶體，具體步驟是：（1)將不同粒 徑（200-300nm)粒徑的聚苯乙締微球通過豎直沉積法在恒溫恒濕箱中（溫度：20-80°C、濕 度:20-80%)組裝成帶隙在500-750nm左右的光子晶體膜；（2)將不同帶隙（500-750皿)的