純有機長餘輝複合材料及其製備方法

2023-10-10 23:02:49 2

純有機長餘輝複合材料及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種純有機長餘輝複合材料及其製備方法，屬於發光材料【技術領域】。解決了現有技術中長餘輝發光材料製備工藝複雜、製備過程存在潛在毒性以及製備原料稀缺的問題。本發明的方法是在惰性氣氛下，在200-400℃熱解乙二胺四乙酸二鈉2-4h，得到黑色蓬鬆固體，然後將黑色蓬鬆固體超聲溶解，離心去除黑色沉澱，取上層棕黃色清液，即為碳納米點的水溶液，最後將碳納米點的水溶液與聚乙烯醇水溶液充分混合，乾燥後，即得到純有機長餘輝複合材料。本發明的複合材料餘輝衰減時間可達數秒，無毒，生物相容性好，能夠應用於生物醫藥領域。
【專利說明】純有機長餘輝複合材料及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於發光材料【技術領域】，具體涉及一種純有機長餘輝複合材料及其製備方法。
【背景技術】
[0002]長餘輝發光材料是指在激發光照射停止後仍能發光，並具有較長餘輝時間的材料。現有的長餘輝發光材料包括放射線激髮型和硫化物型。放射線激髮型是以摻入材料內的放射物質發出的輻射能量為激發源，激發發光中心而發光，這類材料由於含有放射性物質而對環境和人類健康有害，已被大部分國家明令禁止使用；硫化物型包括ZnS、CaS等，但這類材料由於在水分和紫外線的作用下容易水解或光解，所以化學性能相對而言不太穩定，使用壽命較短。
[0003]目前應用最廣的長餘輝發光材料是以鋁酸鹽陶瓷材料為基質，以稀土材料為形成發光中心和陷阱中心的摻雜元素製備的，該材料克服了硫化物型材料壽命短的技術問題，具有良好的夜間顯示功能，添加粘接材料後，可以製成各種形式的夜間顯示或裝飾器件。但這種長餘輝材料不溶於水，製備器件時，需要經過特殊處理，並分散到有機溶劑中，工藝較為複雜，處理過程中產生的有機溶劑揮發物存在一定毒性。此外，其採用稀土材料作為摻雜元素，造成了非可再生資源的消耗。
[0004]碳材料是一種綠色、 環保、儲量豐富、可再生的材料。碳納米點由於具有化學穩定性、無光閃爍、耐光漂、無毒、優異的生物相容性等諸多獨特的優點而受到越來越多的關注(LuminescentCarbonNanodots:EmergentNanolights, SheilaN.Baker, GaryA.Baker,Angew.Chem.1nt.Ed.，2010,49,6726)。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是解決現有長餘發光輝材料製備工藝複雜、製備過程存在潛在毒性以及製備原料稀缺的問題，本發明提供一種純有機長餘輝複合材料及其製備方法。
[0006]本發明的純有機長餘輝複合材料的製備方法，包括以下步驟:
[0007](I)惰性氣氛下，在200-400°C熱解乙二胺四乙酸二鈉2_4h，得到黑色蓬鬆固體；
[0008](2)將黑色蓬鬆固體超聲溶解，離心去除黑色沉澱，取上層棕黃色清液，即為碳納米點的水溶液；
[0009](3)將碳納米點的水溶液與聚乙烯醇水溶液充分混合，得到混合溶液，混合溶液乾燥後，即得到純有機長餘輝複合材料；
[0010]所述混合溶液中碳納米點與聚乙烯醇的質量比為1:50-1:500。
[0011]優選的是，所述離心轉速為3000-10000rpm，離心時間為10_20min。
[0012]優選的是，所述乾燥溫度為60_90°C。
[0013]本發明還提供上述純有機長餘輝複合材料的製備方法製備的純有機長餘輝複合材料。[0014]本發明的有益效果:
[0015](1)本發明通過高溫熱解乙二胺四乙酸二鈉提純得到被氧化的碳納米顆粒，製備的碳納米顆粒表面具有豐富的碳氧鍵，使其具有高光致發光量子效率和單線態-三線態系間穿越概率，和聚乙烯醇複合後，材料餘輝衰減時間可達數秒，無毒，生物相容性好，能夠應用於生物和醫學等方面；
[0016](2)本發明的製備工藝簡單、無毒環保，克服了現有技術使用稀土造成的不可再生資源的消耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發明實施例1的碳納米點的透射電子顯微鏡圖；
[0018]圖2為本發明實施例1的碳納米點水溶液、複合材料的螢光光譜圖以及複合材料的磷光光譜圖。
[0019]圖3為本發明實施例1製備的複合材料的磷光時間分辨譜圖。
【具體實施方式】
[0020]純有機長餘輝複合材料的製備方法，包括以下步驟:
[0021](1)惰性氣氛下，在200-400°C熱解乙二胺四乙酸二鈉2_4h，得到黑色蓬鬆固體；
[0022](2)將黑色蓬鬆固體超聲溶解，離心3000-10000rpm，離心時間10_20min，去除黑色沉澱，取上層棕黃色清液，即為碳納米點的水溶液，其中，碳納米點的表面被部分氧化，具有豐富的碳氧鍵；
[0023](3)將碳納米點的水溶液與聚乙烯醇水溶液充分混合，得到混合溶液，混合溶液中，碳納米點與聚乙烯醇的質量比為1:50-1:500，將混合溶液60-90°C乾燥後，即得到純有機長餘輝複合材料。
[0024]本實施方式中，碳納米點的水溶液濃度為2mg/ml，聚乙烯醇水溶液濃度10wt%。
[0025]本發明還提供上述製備方法製備的純有機長餘輝複合材料。
[0026]下面結合實施例及附圖進一步說明本發明。
[0027]實施例1
[0028]將裝有1.6克乙二胺四乙酸的坩堝放入管式爐中，在氮氣氣氛、400°C下保持4h，乙二胺四乙酸二鈉完全熱解，得到黑色蓬鬆固體；將該黑色蓬鬆固體通過超聲輔助溶於80ml水中，再離心(9500rpm，IOmin)去除大顆粒，得到棕黃色水溶液，即提純得到碳納米點的水溶液；配置質量分數為10wt%的聚乙烯醇水溶液，將Iml濃度為2mg/ml的碳納米點水的溶液和5ml聚乙烯醇水溶液充分混合，得到混合溶液，混合溶液於60°C乾燥，即得到純有機長餘輝複合材料。
[0029]將實施例1製備的複合材料用紫外燈(波長為365nm)照射，觀察可發出冷白光，關掉紫外燈後仍有持續數秒的綠光，說明實施例1製備的複合材料具有長餘輝性質。
[0030]圖1為實施例1製備的碳納米點的水溶液乾燥後得到的碳納米點的透射電子顯微鏡圖，從圖1中可以看出，碳納米點的平均粒徑在5nm ;圖2為實施例1的碳納米點水溶液、複合材料的螢光光譜圖以及複合材料的磷光光譜圖，其中，曲線I為碳納米點水溶液的螢光光譜圖，曲線2為複合材料的螢光光譜圖，曲線3為複合材料的磷光光譜圖，從圖2中可以看出，複合材料的磷光發光覆蓋400-600nm範圍，峰位在500nm，圖3為實施例1的複合材料的磷光時間分辨譜圖，從圖3中可以看出，實施例1製備的複合材料發光持續時間長達4s。
[0031]實施例2
[0032]將裝有1.6克乙二胺四乙酸的坩堝放入管式爐中，在氮氣氣氛、200°C下保持2h，乙二胺四乙酸二鈉完全熱解，得到黑色蓬鬆固體；將該黑色蓬鬆固體通過超聲輔助溶於80ml水中，再離心(3000rpm，20min)去除大顆粒，得到棕黃色水溶液，即提純得到碳納米點的水溶液；配置質量分數為10wt%的聚乙烯醇水溶液，將Iml濃度為2mg/ml的碳納米點水溶液和Iml聚乙烯醇水溶液充分混合，得到混合溶液，混合溶液於90°C乾燥，即得到純有機長餘輝複合材料。
[0033]將實施例2製備的複合材料用紫外燈(波長為365nm)照射，觀察可發出冷白光，關掉紫外燈後仍有持續數秒的綠光，說明實施例2製備的複合材料具有長餘輝性質。
[0034]實施例3
[0035]將裝有1.6克乙二胺四乙酸的坩堝放入管式爐中，在氮氣氣氛、300°C下保持3h，乙二胺四乙酸二鈉完全熱解，得到黑色蓬鬆固體；將該黑色蓬鬆固體通過超聲輔助溶於80ml水中，再離心(5000rpm，IOmin)去除大顆粒，得到棕黃色水溶液，即提純得到碳納米點的水溶液；配置質量分數為10wt%的聚乙烯醇水溶液，將Iml濃度為2mg/ml的碳納米點水溶液和IOml聚乙烯醇水溶液充分混合，得到混合溶液，混合溶液於80°C乾燥，即得到純有機長餘輝複合材料。
[0036]將實施例3製備的 複合材料用紫外燈(波長為365nm)照射，觀察可發出冷白光，關掉紫外燈後仍有持續數秒的綠光，說明實施例3製備的複合材料具有長餘輝性質。
[0037]顯然，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於所述【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。
【權利要求】
1.純有機長餘輝複合材料的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)惰性氣氛下，在200-400°C熱解乙二胺四乙酸二鈉2-4h，得到黑色蓬鬆固體； (2)將黑色蓬鬆固體超聲溶解，離心去除黑色沉澱，取上層棕黃色清液，即為碳納米點的水溶液； (3)將碳納米點的水溶液與聚乙烯醇水溶液充分混合，得到混合溶液，混合溶液乾燥後，即得到純有機長餘輝複合材料； 所述混合溶液中碳納米點與聚乙烯醇的質量比為1:50-1:500。
2.根據權利要求1所述的純有機長餘輝複合材料的製備方法，其特徵在於，所述離心轉速為3000-10000rpm，離心時間為10_20min。
3.根據權利要求1所述的純有機長餘輝複合材料的製備方法，其特徵在於，所述乾燥溫度為60-90°C。
4.權利要求1- 3任何一項所述的純有機長餘輝複合材料的製備方法製備的純有機長餘輝複合材料。
【文檔編號】C09K11/65GK103694994SQ201410012241
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】趙東旭, 鄧業浩, 王飛, 申德振 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所