一種水溶性熒光碳納米粉末的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種水溶性熒光碳納米粉末的制備方法，在每20ml的水中添加分子量為1000-2000的聚乙烯醇1-2g，氫氧化鈉0.1-0.2g，攪拌均勻，然后將上述溶液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，在200-250℃下反應(yīng)3-24小時(shí)，然后使反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，得到棕色水溶液，最后將溶液純化、干燥、研磨，得到固體熒光粉末。本發(fā)明制備的熒光粉不含昂貴的稀土元素，制備方法簡(jiǎn)單，產(chǎn)率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。無論是固體粉末還是液體都可以發(fā)光，可在LED等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。并且，通過添加不同的調(diào)色劑，如高錳酸鉀等，可以得到不同顏色的熒光粉。
【專利說明】一種水溶性熒光碳納米粉末的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料領(lǐng)域，具體是一種水溶性熒光碳納米粉末的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)《2013-2017年中國(guó)LED照明產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》分析認(rèn)為，LED照明市場(chǎng)一直被認(rèn)為是LED最重要、最具發(fā)展前景的應(yīng)用?？傮w來看，宏觀環(huán)境對(duì)于LED照明應(yīng)用的發(fā)展非常有利。其中，白光照明一般采用藍(lán)色LED芯片及黃色熒光粉的復(fù)合來實(shí)現(xiàn)，而傳統(tǒng)的熒光粉一般均含有昂貴且珍貴的稀土資源如釹，銪，鍶等，不僅生產(chǎn)成本高,還浪費(fèi)了寶貴的稀土資源。
[0003]近年來，一種新型熒光碳納米材料受到廣泛關(guān)注。此類碳納米材料具有優(yōu)良的熒光性能，如不發(fā)生光漂白、發(fā)射波長(zhǎng)可調(diào)、無閃爍等。此外，這類材料具有良好的水溶性，毒性低，生物相容性好以及廉價(jià)易得等特點(diǎn)，有望取代傳統(tǒng)的含重金屬元素鎘等的半導(dǎo)體量子點(diǎn)，在材料科學(xué)、生物化學(xué)、LED照明等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。雖然目前已經(jīng)有很多熒光碳納米材料的制備方法，例如:中國(guó)專利一種具有熒光性質(zhì)的水溶碳納米粒子材料的制備方法，發(fā)明人為劉陽、李海濤、康振輝、何小蝶、黃慧，申請(qǐng)?zhí)?201010604137.X;中國(guó)專利一種可控制備熒光碳點(diǎn)的方法，發(fā)明人為龐代文、包蕾、張志凌、田智全，申請(qǐng)?zhí)?201110356592.7 ; 中國(guó)專利一種熒光碳量子點(diǎn)、制備方法及其應(yīng)用，發(fā)明人為陳蘇、郭新、余子夷、周進(jìn)，申請(qǐng)?zhí)?201110288860.6等40余個(gè)。但是，目前制備的熒光碳納米材料干燥后均不能發(fā)光，這大大阻礙了其在更多領(lǐng)域中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)的熒光粉含稀土資源而新型熒光碳納米材料干燥后不能發(fā)光的問題，提供了一種不含昂貴的稀土元素且干燥后可以發(fā)光的水溶性熒光碳納米粉末，產(chǎn)率高，樣品制備及處理步驟簡(jiǎn)單，易于操作。
[0005]本發(fā)明包括以下步驟:
1)每20ml的水中，添加分子量為1000-2000的聚乙烯醇l_2g，氫氧化鈉0.1-0.2g，攪拌均勻；
2)將上述溶液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，在200-250°C下反應(yīng)3-24小時(shí)，然后使反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，得到棕色水溶液；
3)將溶液純化、干燥、研磨，得到固體熒光粉末。
[0006]所述的純化過程為首先以每分鐘10000轉(zhuǎn)以上的速度離心5-15分鐘，然后用3000Da以上的透析袋在水中透析3-4天，每10-14小時(shí)更換一次水。
[0007]所述的干燥和研磨過程分別在真空干燥箱和研缽中完成。
[0008]進(jìn)一步改進(jìn),步驟2)中，當(dāng)反應(yīng)爸反應(yīng)10-14小時(shí)時(shí)，向溶液中添加調(diào)色劑，再反應(yīng)10-14小時(shí)后使反應(yīng)釜自然冷卻到室溫,得到變色水溶液。
[0009]本發(fā)明有益效果在于:1、本發(fā)明制備的熒光粉不含昂貴的稀土元素，無論是固體粉末還是液體都可以發(fā)光，可在LED等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0010]2、制備方法簡(jiǎn)單，產(chǎn)率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0011]3、通過添加不同的調(diào)色劑，如高錳酸鉀等，可以得到不同顏色的熒光粉。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1 (a)為本發(fā)明制備的水溶性熒光碳納米粉末的透射電子顯微鏡圖像。
[0013]圖1(b)為本發(fā)明制備的水溶性熒光碳納米粉末的高分辨透射電子顯微鏡圖像。
[0014]圖2為本發(fā)明制備的碳納米材料水溶液的熒光光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0016]實(shí)施案例1:
稱取聚乙烯醇Ig溶解于20mL水中；稱取氫氧化鈉0.1g加入到上述聚乙烯醇溶液中，用磁力攪拌子攪拌均勻。將上述溶液轉(zhuǎn)移到40毫升聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，在250°C條件下反應(yīng)24小時(shí)。使反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，得到棕色的碳點(diǎn)水溶液。
[0017]采用高速離心 機(jī)在10000轉(zhuǎn)/分鐘下離心10分鐘，除去較大的顆粒；用3000Da透析袋進(jìn)行透析3天，除去未反應(yīng)的物質(zhì)及雜質(zhì)離子。將純化后的溶液倒入瓷質(zhì)盤子中，放入真空干燥箱進(jìn)行干燥。然后將干燥的固體進(jìn)行研磨，得到細(xì)小的熒光粉材料約0.57g，產(chǎn)率接近60%。
[0018]制備的材料的水溶液和固體粉末均能發(fā)出黃綠色熒光。碳量子點(diǎn)溶液具有熒光激發(fā)依懶性，當(dāng)激發(fā)波長(zhǎng)小于400nm時(shí)，發(fā)射峰位置不變；隨著激發(fā)波長(zhǎng)的增大，熒光發(fā)射峰從520nm開始逐漸降低，當(dāng)激發(fā)波長(zhǎng)大于420nm時(shí)，熒光強(qiáng)度急劇降低。
[0019]實(shí)施案例2:
稱取聚乙烯醇2g溶解于20mL水中；稱取氫氧化鈉0.2g加入到上述聚乙烯醇溶液中，用磁力攪拌子攪拌均勻。將上述溶液轉(zhuǎn)移到40毫升聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，在250°C條件下反應(yīng)3小時(shí)。使反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，得到棕色的碳點(diǎn)水溶液。
[0020]采用高速離心機(jī)在15000轉(zhuǎn)/分鐘下離心5分鐘，除去較大的顆粒；用3000Da透析袋進(jìn)行透析3天，除去未反應(yīng)的物質(zhì)及雜質(zhì)離子。將純化后的溶液倒入瓷質(zhì)盆子中，放入真空干燥箱進(jìn)行干燥。然后將干燥的固體進(jìn)行研磨，得到細(xì)小的熒光固體粉末。
[0021]制備的材料的水溶液和固體粉末均能發(fā)出橙黃色熒光。碳量子點(diǎn)溶液具有熒光激發(fā)依懶性，當(dāng)激發(fā)波長(zhǎng)小于400nm時(shí)，發(fā)射峰位置不變；隨著激發(fā)波長(zhǎng)的增大，熒光發(fā)射峰從550nm開始逐漸降低，當(dāng)激發(fā)波長(zhǎng)大于420nm時(shí)，熒光強(qiáng)度急劇降低。
[0022]實(shí)施案例3:
稱取聚乙烯醇1.5g溶解于20mL水中；稱取氫氧化鈉0.15g加入到上述聚乙烯醇溶液中，用磁力攪拌子攪拌均勻。將上述溶液轉(zhuǎn)移到40毫升聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼水熱反應(yīng)釜中，在250°C條件下反應(yīng)12小時(shí)。使反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，得到棕色的碳點(diǎn)水溶液。
[0023]采用高速離心機(jī)在10000轉(zhuǎn)/分鐘下離心15分鐘，除去較大的顆粒；用3000Da透析袋進(jìn)行透析4天，除去未反應(yīng)的物質(zhì)及雜質(zhì)離子。向醇化的溶液中加入Ig高錳酸鉀粉末，在50°C下反應(yīng)12小時(shí)，重復(fù)上述純化步驟，得到棕色溶液。制備的材料的水溶液和固體粉末均能發(fā)出綠色熒光且具有熒光激發(fā)依懶性。
[0024]本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通 技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種水溶性熒光碳納米粉末的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)每20ml的水中，添加分子量為1000-2000的聚乙烯醇l_2g，氫氧化鈉0.1-0.2g，攪拌均勻； 2)將上述溶液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，在200-250°C下反應(yīng)3-24小時(shí)，然后使反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，得到棕色水溶液； 3)將溶液純化、干燥、研磨，得到固體熒光粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水溶性熒光碳納米粉末的制備方法，其特征在于:所述的純化過程為首先以每分鐘10000轉(zhuǎn)以上的速度離心5-15分鐘，然后用3000Da以上的透析袋在水中透析3-4天，每10-14小時(shí)更換一次水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水溶性熒光碳納米粉末的制備方法，其特征在于:所述的干燥和研磨過程分別在真空干燥箱和研缽中完成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的水溶性熒光碳納米粉末的制備方法，其特征在于:步驟2)中，當(dāng)反應(yīng)釜反應(yīng)10-14小時(shí)時(shí)，向溶液中添加調(diào)色劑，再反應(yīng)10-14小時(shí)后使反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，得到變色水溶液。
【文檔編號(hào)】C09K11/65GK103950913SQ201410125018
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】曾海波, 劉妍利, 李曉明 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)