碳基水凝膠納米油墨的合成及其熒光性能.pdf

1、近年來，隨著一維碳納米管、二維石墨烯等碳納米材料取得突破性進展，零維的碳量子點成為碳材料大家族另一個研究熱點。熒光碳量子點作為一種新型的熒光材料，由于其優(yōu)越的光學性能、化學穩(wěn)定性、低毒性、良好的生物相容性等優(yōu)點，使其在生物成像、傳感和光電器件等領域有著廣泛的應用前景。
　　然而，由于碳量子點在干燥或聚集態(tài)易發(fā)生較強的熒光猝滅，限制了碳量子點在固態(tài)熒光器件的應用。為了保持碳量子點在固態(tài)器件的穩(wěn)定性，碳量子點需進一步與基質材料復合。聚

2、(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)是一種對溫度具有獨特響應的智能水凝膠，在最低臨界溶解溫度(LCST)32℃附近會發(fā)生體積相變，是碳量子點復合基質材料的一種理想選擇，將其與碳量子點復合，賦予熒光碳量子點溫敏特性的同時而不改變其熒光性能，這種兼具熒光性和溫敏性的復合材料有望應用于新一代的溫敏熒光標記領域。
　　本文成功制備了具有藍色熒光的碳量子點(CND)，并通過丙烯酰胺（PAAm）的交聯(lián)作用將其與PNIPAM復合，成功制備具有

3、半貫穿網絡結構的碳基水凝膠納米油墨(PAAm/PNIPAM-CND hydrogels nano ink)。該油墨的熒光強度和光學透過率對外界溫度(20-55℃)具有響應性并重復可逆。此外，該熒光油墨不僅可以涂覆在不同的基底材料上，而且可以通過凹版印刷技術印制出不同圖案，并在紫外燈下發(fā)射藍色熒光，有望成為一種新型的熒光智能油墨。本論文的主要工作和結論如下:
　　1.采用熱解法和水熱法制備了具有藍色熒光的碳量子點，并通過X射線衍射技

4、術(XRD)、拉曼光譜(Raman)、X射線電子能譜(XPS)、透射電鏡(TEM)、熒光光譜(PL)等檢測方法對其進行表征分析。結果顯示，熱解法制備的碳量子點的熒光產率為6-8％，熒光光譜分析顯示，360nm激發(fā)波激發(fā)下，碳量子點在420nm處發(fā)射較強的藍色熒光，并具有明顯的激發(fā)波長依賴的發(fā)光特性。XPS結果分析表明，碳量子點表面有C-OH，C-O-C和C=O官能團，這些官能團可能是導致其熒光發(fā)射的原因。水熱法合成的碳量子點，平均粒徑為

5、3.4nm，360nm激發(fā)波激發(fā)下，在443nm處發(fā)射較強的藍色熒光，熒光量子產率增至60％，通過元素和表面官能團分析知，高熒光產率可能是由于胺基的引入，改變了碳量子點的表面狀態(tài)而導致的。對比這兩種碳量子點的微觀結構和光學性能發(fā)現:量子限制效應和表面缺陷是誘發(fā)碳量子點熒光發(fā)射的主要因素，其中表面缺陷對碳量子點的熒光特性起決定性作用。
　　2.采用乳液聚合法制備溫敏性水凝膠PNIPAM，并將其與碳量子點通過丙烯酰胺(PAAm)交聯(lián)復

6、合，制備具有半貫穿網絡結構的碳基水凝膠納米油墨(PAAm/PNIPAM-CND hydrogels nano ink)。利用溫敏性復合凝膠在不同環(huán)境溫度下聚集態(tài)和化學微環(huán)境的變化，為碳量子點創(chuàng)造一種獨特的可控復合狀態(tài)。結果顯示，制備的碳基水凝膠納米油墨的熒光強度對外界溫度的變化(20-55℃)具有響應性并重復可逆，即外界溫度的升高或降低，熒光強度隨之降低或升高。對碳基水凝膠納米油墨進行加熱冷卻循環(huán)實驗，其熒光光譜在加熱冷卻循環(huán)前后并沒有