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荧光碳点的多色调控及性能研究认领

作者：

赵康旭

学位授予单位：

武汉理工大学

摘要：

碳点作为一种新型的荧光纳米材料,自发现之初就备受关注。相比于传统荧光材料,无毒害、材料来源广、制备方法多样、荧光性能好等优势使得荧光碳点在多领域应用中迅速铺展开来。近些年,荧光碳点的研究成果更是层出不穷,从单一的蓝色荧光到目前多色甚至全光谱可见光荧光,多种制备方法的开发更是提高了碳点的荧光量子产率,足以同半导体量子点、钙钛矿等高荧光材料相媲美。与此同时如何明确结构与荧光性质间相互关系,建立多色荧光发射机理成为当今研究热点,对于加快荧光碳点在实际生活当中的应用有着重要的指导意义。基于以上问题,本论文主要从多色合成和发光二极管（LED）应用探索两个路线制定实验方案,首先,探索外部条件对荧光碳点结构和荧光性质的影响,初步了解碳点荧光机理;然后,溶剂热制备多种荧光发射碳点,探究多色荧光结构关系及机理;最后,制备基于碳点荧光复合材料及光转换型LED。具体工作内容与成果如下:（1）以柠檬酸和3,5-二氨基苯甲酸为碳源,通过一步溶剂热法制得荧光碳点,其相对荧光量子产率最高达33.4%。碳点最佳激发波长为340 nm,荧光发射波长为430 nm,且表现出激发波长独立性。透射电镜（TEM）和紫外-可见光吸收光测试谱表明制备碳点颗粒具有sp2共轭类石墨结构,粒径平均约为5nm。红外光谱证实表面具有丰富官能团。此外,碳点同样表现出溶剂化效应,相同碳点随溶剂极性增加,荧光发射峰红移,表明碳点表面状态对荧光发射有一定的影响。（2）采用3,5-二氨基苯甲酸和3,4-二氨基苯甲酸为原料,通过简单溶剂热法制备出四种荧光发射碳点B-CDs、G-CDs、Y-CDs和R-CDs,其荧光发射波长分别为450 nm（蓝色）、500 nm（绿色）、540 nm（黄色）和600 nm（红色）,且具有激发波长独立性。TEM微观形貌表明各荧光碳点呈现类圆形的碳纳米颗粒状,平均尺寸分别2.1 nm、2.6 nm、3.0 nm和3.1 nm。共焦显微拉曼光谱（Raman）和X射线衍射图谱（XRD）证实四种碳核内存在的类石墨结构,且随碳点荧光发射红移,碳核sp2杂化π共轭有序碳结构的含量增加。此外,红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）显示sp2杂化C=C和表面氧化C=O含量增加。据以上分析总结了多色荧光碳点发射机理模型。（3）采用溶剂挥发法分别制备了CDs/PVA和CDs/PDMS复合薄膜,解决碳点固态荧光淬灭的问题。并基于此,将其用于InGaN芯片LED。经过电致发光光谱测试,基于荧光碳点的LED发光波长别为430 nm（蓝光）、520 nm（绿光）、576 nm（黄光）和610 nm（红光）。同时,将B-CDs、G-CDs和R-CDs按一定比例混合,实现碳点溶液紫外光下产生明亮的白色荧光。并基于此制备出了的白光LED,其色坐标和色温分别为（0.2963,0.3225）和7452K,接近纯白光色坐标（0.33,0.33）,证实了荧光碳点可替代稀土荧光粉实现白光LED应用。

摘要译文

关键词：

荧光碳点; 量子产率; 荧光机理; 多色; LED

学位年度：

2019

学位类型：

硕士

学科专业：

材料科学与工程

导师：

熊传溪

中图分类号：

TQ422[光化学物质];TQ127.1[碳及其无机化合物];TN312[二极管：按结构和性能分⑨]

学科分类号：

081702[化学工艺];080501[材料学];080502[材料物理与化学];080902[微电子学及固体电子学]

D O I：

10.27381/d.cnki.gwlgu.2019.001169