一种发白光的单基质碳点荧光粉的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种发白光的单基质碳点荧光粉的制备方法，属纳米碳材料荧光碳点 的制备及应用的技术领域。
【背景技术】
[0002] 白光发光二极管，因高效节能，绿色环保和寿命长的优点，被视为新一代照明技 术，根据发光二极管发光机理，单色发光二极管芯片不能发出连续光谱，要得到白光，必须 通过复合多种光色才能实现，目前，白光二极管主要有两种类型，即光色混合型白光发光二 极管和荧光粉转换型白光发光二极管。
[0003] 光色混合型白光发光二极管，是将红、绿、蓝三基色芯片封装在一起而形成多芯片 组合的白光发光二极管器件，通过空间混色原理，按照比例进行匹配，使得红、绿、蓝三种颜 色的光混合形成白光，这种方式得到的白光发光二极管由于发光时不需要经过荧光粉的转 换，具有发光效率高、能量损耗少的优点。
[0004] 荧光粉转换型白光发光二极管的获取方式主要有三种：第一种，将蓝光芯片作为 激发源，与一种蓝光激发下产生黄光的荧光粉进行匹配，复合形成白光发光二极管；第二 种，采用蓝光芯片激发同时发出红光和绿光的荧光粉，或在蓝光激发下分别产生红光和绿 光两种不同光色的荧光粉与蓝光芯片匹配混合形成白光；第三种，用紫外光激发红、绿、蓝 三基质荧光粉或红、绿、蓝单基质荧光粉获得白光；其中，以紫外芯片激发红、绿、蓝光单基 质荧光粉是近年来新发展起来的一种技术，该方法的优点在于紫外光在白光配色过程中不 实际参与，芯片发光强度与紫外光发光二极管波长的变化对形成白光没有太大的影响，这 种方法制备出来的白光发光二极管成本低、显色性好，光色可调，采用转换效率高的荧光粉 可以提高光效；目前，较常见的单基质荧光粉主要是稀土材料，硅、半导体量子点、石墨烯 量子点及碳点；其中，稀土材料是使用最广的材料，它主要通过不同激活离子来实现不同颜 色，这种白光实现方式的难点在于激活离子种类多，较难实现共激活；半导体量子点具有发 射谱宽、量子产率高、光稳定性好的优点；以碳元素为基础的碳点及石墨烯量子点，作为新 发现的荧光材料，继承了半导体量子点优异的光学性能，具有生物相容性好、环境友好的特 点，是新兴单基质荧光粉的优异选择，已成为研宄的热点。
[0005] 单基质碳点荧光粉的制备，要求溶剂分散性好、单分散性好、光谱范围广、荧光量 子产率高，常用的制备方法有电弧放电法、激光刻蚀法、电化学法、有机物碳化法、超声波法 和水热合成法，但这些方法均存在技术上的不足和弊端。
【发明内容】
[0006] 发明目的
[0007] 本发明的目的是针对【背景技术】的实际情况，以柠檬酸铵为碳源，磷酸铵为氮磷掺 杂剂，采用微波辐射法，制备单基质碳点荧光粉，大幅度的提高发光材料的发光性能，以便 在单基质荧光粉白光发光二极管中得到应用。
[0008] 技术方案
[0009] 本发明使用的化学物质材料为：柠檬酸铵、磷酸铵、无水乙醇、去离子水，其组合准 备用量如下：以克、毫升为计量单位
[0010] 柠檬酸铵：（NH4)3C6H5O7 5g±0.001 g
[0011] 磷酸铵：（NH4)3PO4 · 3H20 I g±0.001 g 尤水乙醇：C2H5OH 5000 mL±50mL 去离 了 水：H2O 5000 mL±5() mL
[0012] 制备方法如下：
[0013] (1)精选化学物质材料
[0014] 对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：
[0015] 柠檬酸铵：固态固体 99.8% 磷酸铵：固态固体 99.8% 无水乙醇：液态液体 99.7% 去离子水：液态液体 99.99%
[0016] ⑵制备碳点荧光粉混合液
[0017] ①配制溶液，称取柠檬酸铵5g±0.0 Olg、磷酸铵lg±0.0 Olg，量取去离子水 10mL±0. lmL，加入烧杯中；然后将烧杯置于超声波分散仪中，进行超声分散，超声频率 40kHz，超声分散时间6min，分散后成混合溶液；
[0018] ②将盛有混合溶液的烧杯置于微波加热炉中，进行加热，加热温度200°C ±2°C， 加热时间150s ;
[0019] 混合溶液在水热合成过程中将发生化学反应，反应方程式如下：
[0020] 2()0'C±2€ a Λ (NH4)5CrHsO7+ (NH4)5PO4-3 Η,Ο + H7O-> CDs + NH. + NHjH2PO+H7O - - 150 s 一
[0021] 式中：
[0022] CDs :碳点荧光粉 [0023] NH3:氨气
[0024] NH4H2PO4:磷酸氢二铵
[0025] ③冷却，水热合成后，停止加热，取出盛有碳点荧光粉混合液的烧杯；
[0026] (3)超声分散，在烧杯中加入无水乙醇40mL，去离子水10mL，然后将烧杯置于超声 波分散仪中，进行超声分散，超声频率40kHz，超声分散时间Imin ;
[0027] (4)离心分离，将超声波分散的混合液置于离心分离管内，进行离心分离，分离转 速8000r/min，分离时间lOmin，分离后留存上清液，弃去沉淀物；
[0028] (5)蒸发去除无水乙醇，将上清液置于茄型瓶中，然后置于旋转蒸发机内，并密闭； 然后抽取旋转蒸发机内空气，待机内压强降至IOkPa;然后进行加热，加热温度40°C，加热 时间lOmin，加热后除去无水乙醇，留存上清液；
[0029] (6)洗涤、过滤
[0030] 将上清液加入烧杯中，然后加入去离子水lOOmL，搅拌5min，成混合液；然后用截 留分子量1000的滤膜进行过滤，留存滤液，弃去沉淀物，洗绦、过滤重复进行三次。
[0031] (7)冷冻
[0032] 将滤液置于冻干瓶中，并将冻干瓶置于冷冻箱中，进行冷冻，冷冻温度_80°C，冷冻 时间为30min ;
[0033] (8)真空冷冻干燥
[0034] 将冻干瓶置于真空冷冻干燥箱中，进行真空冷冻干燥，冷冻干燥温度_88°C，真空 度10Pa，冷冻干燥时间24h，冷冻干燥后为固体碳点荧光粉；
[0035] (9)研磨、过筛
[0036] 将冷冻干燥后的固体碳点荧光粉用玛瑙研钵、研棒进行研磨，然后用650目筛网 过筛，研磨过筛重复进行，成单基质碳点荧光粉；
[0037] (10)检测、分析、表征
[0038] 对制备的单基质碳点荧光粉的色泽、形貌、结构、成分、化学物理性能进行检测、分 析、表征；
[0039] 用透射电子显微镜进行形貌分析；
[0040] 用荧光光谱仪和紫外可见分光光度计进行荧光性能分析；
[0041] 用X射线光电子能谱仪进行成分分析；
[0042] 用红外光谱仪进行表面官能团分析；
[0043] 结论：单基质碳点荧光粉为棕色粉体颗粒，粉体颗粒直径< 10nm，产物纯度99% ;
[0044] (11)产物储存
[0045] 对制备的单基质碳点荧光粉储存于棕色透明的玻璃容器中，密闭避光储存，要防 水、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20°C，相对湿度< 10%。
[0046] 有益效果
[0047] 本发明与【背景技术】相比具有明显的先进性，是针对白光发光二极管用单基质碳点 荧光粉精度高、产率低的情况，采用柠檬酸铵为碳源、磷酸铵为掺杂剂、去离子水为溶剂，采 用微波辐射法制成碳点荧光粉水溶液，经离心分离、过滤、冷冻、真空冷冻干燥、研磨，制成 发白光的单基质碳点荧光粉，此制备方法工艺先进，迅速快捷，数据精确翔实，产物为棕色 粉体颗粒、颗粒直径< l〇nm，产物纯度高，达99%，是十分理想的发白光的单基质碳点荧光 粉的制备方法。
【附图说明】
[0048] 图1、碳点荧光粉混合液制备状态图
[0049] 图2、发白光