基于碳量子点滤蓝光膜的制备方法

本发明涉及纳米发光碳材料和基于碳量子点滤蓝光膜的材料制备，尤其是涉及碳量子点滤蓝光膜的制备方法。

背景技术：

波长为400～480nm的短波蓝光对视网膜引起干眼症、白内障、年龄相关性黄斑变性等疾病，还刺激大脑抑制褪黑激素的分泌，增强肾上腺皮质激素的产生，破坏荷尔蒙平衡并直接影响睡眠质量。然而，室内照明所用的发光二极管(led)以及各种基于led技术的电子产品显示屏均能发出这种有害短波蓝光。

目前，市面上所用的滤蓝光膜添加了可吸收蓝光的吸收剂。然而，这些蓝光吸收剂不仅具有一定毒性而且对环境造成污染。与现有的吸收蓝光剂相比，碳量子点材料作为一种新兴的蓝光可吸收材料，具有以下突出优点：

1)无毒害作用，出色的生物相容性，对环境友好；

2)原料丰富，成本低，可大规模制备；

3)可调节光学特性，光稳定性好，对蓝光吸收强；

4)尺寸小(10nm以下)，成膜不易团聚。

这些特性使碳量子点在滤蓝光领域具有广阔的应用前景。目前短波蓝光对眼睛影响仍处于研究阶段，在国际上也是非常热门的研究课题。但在这个领域仍存在许多问题亟待解决，为了更加全面地了解蓝光，并运用科技手段，科学合理地防控有害蓝光是非常必要方法。

技术实现要素：

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于碳量子点滤蓝光膜的制备方法，针对滤蓝光膜所用有毒性且不环保蓝光吸收剂的问题，利用碳量子点对蓝光强吸收的特性，实现一种新型蓝光吸收材料的制备，本发明制备方法环保、简便、低成本，可大规模制备和商业化生产。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于碳量子点滤蓝光膜的制备方法，具有如下步骤：

1)选择10-500mg结构含多官能团的前驱体为碳源，加入10-100ml溶剂中，超声分散溶解0.5-4小时，得到碳源混合液；然后将碳源混合液转移至聚四氟乙烯反应釜中，加入100μl-5ml碱性溶液，混合均匀，在140-230℃温度下，进行碱催化反应3-24h；

2)在所述步骤1)中的反应结束后，将产物混合液冷却至室温，用0.22μm过滤膜过滤，获得吸收短波蓝光的碳量子点的溶液；

3)使用旋转蒸发仪，将在所述步骤2)中的吸收短波蓝光的碳量子点的溶液旋蒸去除溶剂，将浓缩后的溶液使用透析袋进行透析，将透析后的溶液在95℃下进行干燥，得到碳量子点粉体；

4)将在所述步骤3)中得到的碳量子点粉体称量1-100mg加入至浓度为0.01-1.0g/ml成膜剂溶液中，在室温下进行搅拌均匀，然后将混合液转移至设定形状的模具中，自然晾干，晾干后进行脱模，得到吸收短波蓝光的碳量子点滤蓝光膜。

优选地，在所述步骤1)中，碳源采用1-氨基2-萘酚、2-氨基-1-萘酚、5-氨基-2萘磺酸、8-氨基萘磺酸、2-氨基-1-萘磺酸和1-氨基-2-萘酚-4-磺酸中的至少一种。

优选地，在所述步骤1)中，所述溶剂采用水、乙醇、丙酮、n，n-二甲基甲酰胺和甲苯中的至少一种。

优选地，在所述步骤1)中，所述碱性溶液采用氢氧化钠溶液、水合肼、乙二胺和氨水的至少一种。

优选地，在所述步骤2)中，所制备的碳量子点粒径大小为1-7nm，且碳量子点表面带有羟基、氨基、羧基和磺酸一类的基亲水性官能团。

优选地，在所述步骤2)中，所制备的碳量子点粒径大小为2-4nm。

优选地，在所述步骤4)中，所述成膜剂采用聚乙烯醇(pva)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚乙烯基吡咯烷酮(pvp)和透明硅胶中的至少一种。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明方法制备的基于碳量子点滤蓝光膜所用碳量子点材料对短波蓝光强吸收，具有环保和安全的特点；本发明制备碳量子点滤蓝光膜步骤简单，工艺反应极其温和，低成本高效益，可大规模生产和商业化生产；

2.本发明方法制备的碳量子点滤蓝光膜成膜透光性质量好；

3.本发明方法制备的碳量子点滤蓝光膜对滤短波蓝光的性能显著。

附图说明

图1是本发明优选实施例方法制备基于碳量子点滤蓝光膜的制备流程图。

图2是本发明实施例一方法制备的对短波蓝光强吸收碳量子点的表征实验照片。其中左侧插图为原子力显微镜图像，右侧插图为场发射透射电镜图。

图3是本发明实施例一方法制备的对短波蓝光强吸收碳量子点的红外光谱图像。

图4是本发明实施例一方法制备的对短波蓝光强吸收碳量子点的紫外-可见吸收光谱。

图5是本发明实施例一方法制备的对短波蓝光强吸收的碳量子点滤蓝光膜的照片。

图6是本发明实施例一方法制备的碳量子点滤蓝光膜的滤短波蓝光的照片。

图7为本发明优选实施例方法的成膜原理示意图。

具体实施方式

以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图1和图7，一种基于碳量子点滤蓝光膜的制备方法，其步骤如下：

1)选择500mg的1-氨基2-萘酚为碳源，加入100ml乙醇溶剂中，超声分散溶解4小时，得到碳源混合液；然后将碳源混合液转移至聚四氟乙烯反应釜中，加入5ml乙二胺溶液，混合均匀，在230℃温度下，进行碱催化反应24h；

2)在所述步骤1)中的反应结束后，将产物混合液冷却至室温，用0.22μm过滤膜过滤，获得吸收短波蓝光的碳量子点的溶液；

3)使用旋转蒸发仪，将在所述步骤2)中的吸收短波蓝光的碳量子点的溶液旋蒸去除溶剂，将浓缩后的溶液使用透析袋进行透析，将透析后的溶液在95℃下进行干燥，得到碳量子点粉体；

4)将在所述步骤3)中得到的碳量子点粉体称量100mg加入至浓度为0.05g/ml聚乙烯醇(pva)成膜剂溶液中，在室温下进行搅拌均匀，然后将混合液转移至直径60mm的圆形细胞培养皿或长宽尺寸为250mm×250mm的方形细胞培养皿中均匀摊开，静置于35℃干燥室进行干燥一天；待碳量子点膜完全凉干后，将其从模具中进行脱模，得到吸收短波蓝光的碳量子点滤蓝光膜。根据不同实验条件将碳量子点滤蓝光膜进行裁剪备用。

本实施例中所制得的样品经仪器检测进行表征，其结果如下：

利用原子力显微镜观察步骤2)制得对短波蓝光强吸收的碳量子点，可以看到其厚度为1.5纳米，见图2的左侧插图。利用场发射透射电子显微镜观察步骤2)制得对短波蓝光强吸收的碳量子点，可以看到其尺寸为2.3纳米，见图2的右侧插图。利用红外光谱仪测量本实施例制得对短波蓝光强吸收的碳量子点的表面官能团，得到量子点的表面含有羟基、胺基和磺酸基等亲水性官能团，见图3。利用紫外可见光分光光度计和荧光分光光度计测量本实施例制得对短波蓝光强吸收的碳量子点，看到量子点的荧光发射峰在435纳米，参见图4。本实施例可制备不同尺寸对短波蓝光强吸收的碳量子点滤蓝光膜，参见图5，同时展示出较好的滤短波蓝光的性能，参见图6。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图1和图7，一种基于碳量子点滤蓝光膜的制备方法，其步骤如下：

1)选择10mg的1-氨基2-萘酚为碳源，加入10ml乙醇溶剂中，超声分散溶解0.5小时，得到碳源混合液；然后将碳源混合液转移至聚四氟乙烯反应釜中，加入100μl乙二胺溶液，混合均匀，在140℃温度下，进行碱催化反应3h；

2)在所述步骤1)中的反应结束后，将产物混合液冷却至室温，用0.22μm过滤膜过滤，获得吸收短波蓝光的碳量子点的溶液；

3)使用旋转蒸发仪，将在所述步骤2)中的吸收短波蓝光的碳量子点的溶液旋蒸去除溶剂，将浓缩后的溶液使用透析袋进行透析，将透析后的溶液在95℃下进行干燥，得到碳量子点粉体；

4)将在所述步骤3)中得到的碳量子点粉体称量1mg加入至浓度为1.0g/ml聚乙烯醇(pva)成膜剂溶液中，在室温下进行搅拌均匀，然后将混合液转移至直径60mm的圆形细胞培养皿或长宽尺寸为250mm×250mm的方形细胞培养皿中均匀摊开，静置于35℃干燥室进行干燥一天；待碳量子点膜完全凉干后，将其从模具中进行脱模，得到吸收短波蓝光的碳量子点滤蓝光膜。根据不同实验条件将碳量子点滤蓝光膜进行裁剪备用。本实施例方法制备的基于碳量子点滤蓝光膜所用碳量子点材料对短波蓝光强吸收，具有环保和安全的特点；本发明制备碳量子点滤蓝光膜步骤简单，工艺反应极其温和，低成本高效益，可大规模生产和商业化生产。

实施例三：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图1和图7，一种基于碳量子点滤蓝光膜的制备方法，其步骤如下：

1)选择500mg的5-氨基-2萘磺酸为碳源，加入100ml去离子水中，超声分散溶解4小时，得到碳源混合液；然后将碳源混合液转移至聚四氟乙烯反应釜中，加入5ml氨水，混合均匀，在230℃温度下，进行碱催化反应24h；

2)在所述步骤1)中的反应结束后，将产物混合液冷却至室温，用0.22μm过滤膜过滤，获得吸收短波蓝光的碳量子点的溶液；

3)使用旋转蒸发仪，将在所述步骤2)中的吸收短波蓝光的碳量子点的溶液旋蒸去除溶剂，将浓缩后的溶液使用透析袋进行透析，将透析后的溶液在95℃下进行干燥，得到碳量子点粉体；

4)将在所述步骤3)中得到的碳量子点粉体称量100mg加入至浓度为0.05g/ml聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)成膜剂溶液中，在室温下进行搅拌均匀，然后将混合液转移至直径60mm的圆形细胞培养皿或长宽尺寸为250mm×250mm的方形细胞培养皿中均匀摊开，静置于35℃干燥室进行干燥一天；待碳量子点膜完全凉干后，将其从模具中进行脱模，得到吸收短波蓝光的碳量子点滤蓝光膜。根据不同实验条件将碳量子点滤蓝光膜进行裁剪备用。

根据不同实验条件将碳量子点滤蓝光膜进行裁剪备用。本实施例方法制备的基于碳量子点滤蓝光膜所用碳量子点材料对短波蓝光强吸收，具有环保和安全的特点；本发明制备碳量子点滤蓝光膜步骤简单，工艺反应极其温和，低成本高效益，可大规模生产和商业化生产。

实施例四：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，在所述步骤1)中，碳源采用1-氨基2-萘酚、2-氨基-1-萘酚、5-氨基-2萘磺酸、8-氨基萘磺酸、2-氨基-1-萘磺酸和1-氨基-2-萘酚-4-磺酸中的至少一种。所述溶剂采用水、乙醇、丙酮、n，n-二甲基甲酰胺和甲苯中的至少一种。所述碱性溶液采用氢氧化钠溶液、水合肼、乙二胺和氨水的至少一种。

在本实施例中，在所述步骤4)中，所述碱性溶液采用聚乙烯醇(pva)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚乙烯基吡咯烷酮(pvp)和透明硅胶中的至少一种。

本实施例根据需要选择采用碳源、溶剂、碱性溶液和成膜剂，本实施例方法制备的碳量子点滤蓝光膜成膜透光性质量好；本实施例方法制备的碳量子点滤蓝光膜对滤短波蓝光的性能显著，并能根据碳源、溶剂、碱性溶液和成膜剂对成膜性能进行调控。

本发明上述实施例基于碳量子点滤蓝光膜的制备方法，选择结构含多官能团的前驱体为碳源，通过自上而下碱催化法得到对蓝光强吸收和高稳定的碳量子点。上述实施例方法合成的量子点能稳定分散于不同溶剂中，粒径大小为2-7nm，且表面带有大量的羟基、氨基、羧基和磺酸基，利于后面制备表面平滑、透光性好、光学性质好的滤蓝光膜。上述实施例制备方法环保、简便、低成本，可大规模制备和商业化生产。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。