一种光谱转换薄膜的制备方法及产品的用途与流程

文档序号:15219695发布日期:2018-08-21 17:18

本发明属于复合材料技术领域,具体来说,涉及一种光谱转换薄膜的制备方法及产品的用途,其中,以镁铝水滑石为前驱物剥层制备的二维纳米层板作为有机分子光稳层用于发光太阳能聚光器。



背景技术:

LDHs(层状复合金属氢氧化物,也称水滑石)是一类典型的阴离子型层状材料,已经作为高性能催化材料、吸附材料、分离材料、功能性助剂材料、生物材料和医药材料等应用于诸多领域。LDHs的设计合成及插层组装性能,尤其是基于LDHs的光薄膜组装制备与功能开发引起了国际功能材料研究领域的广泛兴趣和高度重视。目前,光功能客体分子插层水滑石的二维荧光共振能量转移、电子转移、荧光传感检测等研究受到越来越多的关注。这些组装客体分子包括聚阴离子、中性聚合物、小离子/分子、生物大分子等。

与传统研究高效光电转换材料不同,发光太阳能聚光器(LSC)是利用聚光效应来收集太阳光,进行光电转换的新型功能器件。其中,发光材料的发光性能和光热稳定性是决定LSC性能的关键。目前,LSC多以聚合物为基质,成本高,厚度大,光热稳定性有限。

目前,基于能量给受体/LDHs复合体系的构筑及其限域效应和上转换发光性能的研究还未报道。



技术实现要素:

为解决上述技术问题,本发明提供了一种光谱转换薄膜的制备方法及产品的用途。本发明利用层状复合氢氧化物(LDHs)的可插层组装及光热稳定性,将TTA-UC的能量给受体引入LDHs纳米层间固载,构筑能量给受体/LDHs柔性复合超薄膜体系,实现层间的能量转移和TTA-UC发光。

一种光谱转换薄膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)尿素法制备镁铝水滑石前驱体;

2)离子交换法制备硝酸根插层的水滑石粉体并且以甲酰胺作为溶剂机械搅拌进行剥层得到水滑石纳米片胶体溶液;

3)无氧环境下配制有机发光分子前驱液;

4)制备PDDA和PSS交替预组装的预组装石英片;

5)将预组装石英片交替浸泡在水滑石纳米片胶体溶液和有机发光分子前驱液中,最后浸泡在水滑石纳米片胶体溶液中形成最上面为水滑石层,得到光谱转换薄膜。

优选的,所述有机发光分子前驱液中的有机发光分子为9,10-二苯基蒽、红荧烯、八乙基卟啉钯、或9,10-二苯基蒽和八乙基卟啉钯两种混合。

优选的,所述有机发光分子前驱液是有机发光分子和聚乙烯咔唑或PTBEM的甲苯混合溶液。

优选的,所述步骤5)中将预组装石英片交替浸泡在水滑石纳米片胶体溶液和有机发光分子前驱液中的次数为至少五次。

优选的,所述步骤4)中预组装前将石英片在浓硫酸和双氧水的混合溶液中浸泡30分钟,然后分别用乙醇和去离子水超声洗涤两次,晾干后进行交替预组装。

将上述方法得到的光谱转换薄膜用于发光太阳能聚光器。

本发明制备的有机发光水滑石复合薄膜具有上转换的性质,不需要相干光,且激发强度低,且可以观察到不同反斯托克斯位移的上转换发光。本发明进行能量给受体/LDHs复合超薄膜的设计组装,在LDHs的纳米尺度层间有利于能量给受体发生能量转移及受体的三线态-三线态湮灭,从而实现二维的TTA-UC,即实现层间限域效应,LDHs层板可以有效吸收紫外光,有一定的热稳定性,这都有力提升层间光功能客体的光热稳定性,从而有利于TTA-UC的薄膜器件化和进一步应用。

附图说明

图1是从实施例1得到的水滑石的XRD图;

图2是从实施例1得到的[email protected]/LDH复合发光薄膜组装不同层数的荧光光谱图;

图3是从实施例1得到的(DPA&PdOEP)@PTBEM/LDH复合发光薄膜组装不同层数的紫外光谱图;

图4是从实施例1得到的[email protected]/LDH复合发光薄膜的不同组装层数的荧光光谱图;

图5是从实施例1得到的(DPA&PdOEP)@PTBEM/LDH复合发光薄膜组装不同层数的紫外光谱图;

图6是从实施例1得到的(DPA&PdOEP)@PTBEM/LDH、对比例1得到的(DPA&PdOEP)@PTBEM在AM1.5的光源下照射复合薄膜得到的光稳定对比图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明所述的一种光谱转换薄膜的制备方法及产品的用途做进一步说明,但是本发明的保护范围并不限于此。

实施例1

1.离子交换法制备镁铝硝酸根水滑石

1)将0.01mol的固体粉末Mg(NO3)2·6H2O和0.05mol的固体粉末Al(NO3)3·9H2O和0.06mol固体尿素溶于80ml的去离子水中,搅拌后转移到聚四氟乙烯反应器中,在110℃条件下晶化反应12小时,然后取出,用去离子水离心洗涤至中性,60℃充分干燥,得到镁铝碳酸根水滑石。

2)取上述碳酸根水滑石1.0g与固体NaNO3 200g溶于400ml去除CO2的去离子水中,均匀分散后加入0.02ml浓硝酸,氮气气氛保护下,常温机械搅拌24小时,用去离子水离心洗涤至中性,60℃条件下干燥,得到镁铝硝酸根水滑石。

2.对水滑石进行剥层

取100mg上述的镁铝硝酸根水滑石在100ml的甲酰胺溶剂中搅拌24小时,搅拌速度3000-5000转每分钟,将剥层后的水滑石进行离心洗涤,弃去沉淀物,得到澄清透明的胶体溶液,记为水滑石的剥层液。

3.制备有机发光分子前驱液

将选取的有机发光分子9,10-二苯基蒽、红荧烯、以及八乙基卟啉钯用甲苯作溶剂,制备得到浓度为1mol/L的溶液,然后将其分别与浓度为1mol/L的聚乙烯咔唑(PVK)或PTBEM的甲苯溶液按照DPA:PVK或PTBEM摩尔比为5:1、RUB:PVK或PTBEM摩尔比为5:1、PdOEP:PVK或PTBEM摩尔比1:1、DPA:PdOEP摩尔比为1:10和(DPA&PdOEP):PVK或PTBEM摩尔比为5:1的比例分别混合,获得[email protected][email protected][email protected]、(DPA&PdOEP)@PTBEM、[email protected][email protected][email protected]、(DPA&PdOEP)@PVK前驱液。

4.光谱转换薄膜的制备

1)将石英片放置于体积比为7:3的浓硫酸与双氧水中浸泡30分钟,然后用乙醇和超纯水交替洗涤两次,再在PDDA溶液和PSS溶液中交替各浸泡30分钟,得到预组装的石英片。

2)上述预组装的石英片超纯水充分洗涤,吹干,浸泡于水滑石的剥层液中15分钟,取出,充分洗涤,吹干;再浸泡于有机发光分子前驱液中15分钟,取出,充分洗涤,吹干;可分别得到[email protected]/LDH、[email protected]/LDH、[email protected]/LDH、(DPA&PdOEP)@PTBEM/LDH、[email protected]/LDH、[email protected]/LDH、[email protected]/LDH、(DPA&PdOEP)@PVK/LDH一层发光薄膜。重复交替浸泡在水滑石纳米片胶体溶液和有机发光分子前驱液中3次,8次,13次,18次,23次;得到不同组装层数的发光薄膜。

3)最后浸泡在水滑石纳米片胶体溶液中形成最上面为水滑石层。

对产物进行表征,由图1可知镁铝水滑石,003和006衍射峰分别出现在10°和20°附近,说明合成的是层间为硝酸根阴离子的水滑石,排除了碳酸根在水滑石层间存在的干扰。图2和图3分别是组装薄膜不同组装层数的荧光光谱和紫外光谱图。由图2可知,随着组装层数的增加,复合薄膜的荧光呈现逐渐增强的趋势。

对比例1

用滴涂的方法制备有机发光复合薄膜:将预组装的石英片置于内置有滤纸的表面皿中,然后用移液抢移取500微升有机分子前驱液滴涂到预组装的石英片上,放入60℃烘箱中烘干溶剂后,再滴涂上有机分子前驱液,如此反复3次,获得有机发光复合薄膜。

图6是通过层层组装的方法制备的(DPA&PdOEP)@PTBEM/LDH复合薄膜及滴涂的方法制备的(DPA&PdOEP)@PTBEM复合薄膜在AM1.5的光源下相同时间照射后荧光变化情况。从对比结果可以看出,(DPA&PdOEP)@PTBEM/LDH复合薄膜具有较好的光稳定性。通过实例结果说明了(DPA&PdOEP)@PTBEM/LDH复合薄膜具有将波长为670nm左右的光转换为450nm光的特点,且具备较好的光稳定性。除此之外,波长为450nm左右的光是硅太阳能电池的主要吸收波段,因此(DPA&PdOEP)@PTBEM/LDH薄膜具有作为硅太阳能上转换层的性质,能作为太阳能发光器的材料,具有十分重大的潜在应用价值。

可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

再多了解一些
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