一种荧光二氧化硅-CTAB复合纳米材料及其制备工艺的制作方法

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料及其制备工艺。

背景技术：

荧光材料因为具有特殊的光学性质而广泛应用于涂料、荧光灯、防伪、光电器件、医学成像与治疗等领域。荧光材料影响着人们生活的质量，对促进人类社会、经济发展具有重大意义。目前，虽然已经开发出了多种荧光材料，如有机分子染料、半导体量子点、贵金属、稀土材料等。

专利cn106928259b公开了一种青色荧光材料及其制备工艺，该青色荧光材料是具有一定空间结构的5-硝基乳清酸镉配合物，所述荧光材料化合物的制备工艺是将水合二氯化镉5-硝基乳清酸形成混合液，用氢氧化钾水溶液调解ph值，通过溶剂缓慢挥发方式得到了5-硝基乳清酸镉配合物，由于使用有毒元素镉，且有机分子染料容易淬灭，会对环境产生危害。

专利cn105777620b公开了一种芴酮吡啶绿色荧光材料，特点是该荧光材料是一种含共轭吡啶基团的芴酮衍生物，其分子式为c23h14n2o，该有机荧光材料只能用作绿色荧光用途，限制了它们进一步的应用。

专利cn101531993a涉及稳定荧光标记细胞核的方法和试剂盒，联合使用半导体材料量子点和有机荧光染料dapi或pi对细胞核进行荧光标记的方法，及含有上述量子点和dapi或pi的用于细胞核稳定荧光标记的试剂盒，但是采用半导体量子点材料的成本较高，具有一定毒性。

专利cn102703060a发明了一种近红外纳米荧光探针，由贵金属纳米簇、靶向性分子和近红外有机荧光染料通过共价偶联构成，其中贵金属纳米簇为金纳米簇、银纳米簇、铂纳米簇，该探针经实验证明无细胞毒性，安全有效，既可实现细胞水平成像，又可实现活体肿瘤成像，但是其成本昂贵。

专利cn101368005b公开了一种功能性稀土配合物长寿命荧光染料及其合成方法和应用，该合成方法以噻吩甲酰三氟丙酮、5-氨基-1,10-邻菲啰啉为配体制备长寿命荧光稀土配合物。但是由于采用的稀土材料本身具有毒性，且稀土属于稀缺资源，限制了其大规模应用。

上述荧光材料都存在一些严重的问题，如有机分子染料容易淬灭，大部分半导体量子点、和稀土材料本身具有毒性且可能对环境产生危害以及贵金属价格昂贵等，这限制了它们进一步的应用。基于此，开发出新型的荧光材料具有重要的意义。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种成本低、制备周期短、荧光稳定性好的荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料及其制备工艺。

为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供的这种荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料，由二氧化硅和ctab组成，所述二氧化硅和ctab的质量比为(0.66～1.032)：(2～3.35)。

优选的，所述荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料的平均粒径为10～20nm。

作为一个总的发明构思，本发明还提供所述荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料的制备工艺，包括：

将ctab溶解于由去离子水和三乙胺组成的混合溶液中，搅拌至ctab溶解，加入正硅酸甲酯，继续搅拌反应；

反应结束后蒸发溶剂，得到荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料。

进一步，所述去离子水和三乙胺的体积比为(240～400)：(0.577～1)。

进一步，所述ctab和正硅酸甲酯的质量比为(2～3.35)：(1.67～2.61)。

进一步，所述搅拌反应的温度为25～80℃，搅拌时间为2～24h。

进一步，所述蒸发溶剂的温度为80～100℃。

本发明的原理：本发明提供一种荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料，通过在ctab自组装形成聚集非共轭交联结构(类胶束结构)的过程中加入正硅酸甲酯，正硅酸甲酯水解并在聚集非共轭交联ctab分子表面缩聚，获得表面包覆二氧化硅层的聚集非共轭交联ctab分子结构，这使得聚集非共轭交联ctab分子受限于特定微空间内，从而使所得二氧化硅-ctab复合纳米材料具有荧光性能。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：

本发明提供一种荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料，在365nm紫外光照射下，在400～750nm具有显著的发射光谱，具有微秒级的荧光寿命以及具有很强的荧光稳定性，即使置于自然环境中12个月之后和经365nm紫外光持续照射24h后，其荧光性能依然保持稳定。

本发明提供一种荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料的制备工艺，重复性好，而且制备周期短、成本低，便于推广为大规模工业化生产。

附图说明

图1为实施例1制备的荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料的tem图片。

图2为实施例1制备的荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料、去除ctab后的纳米材料和ctab的xrd图。

图3为实施例1制备的荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料、去除ctab后的纳米材料和ctab在365nm紫外光下的荧光照片和发射光谱图。

图4为实施例1制备的二氧化硅-ctab复合纳米材料、经365nm紫外光持续照射24h和放置12个月后的二氧化硅-ctab纳米复合材料在365nm紫外光下的荧光照片和发射光谱图。

图5为实施例1制备的荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料的荧光衰减曲线。

图6为实施例1所得去除ctab后的纳米材料的tem图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明方案作进一步的阐述。

实施例1

本实施例中一种荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料的制备工艺，包括：

将2gctab溶解于240ml去离子水和0.577ml三乙胺的混合溶剂中，置于80℃水浴锅中搅拌30min致使ctab完全溶解后，加入1.637ml正硅酸甲酯，继续在80℃水浴锅中搅拌2h后；置于100℃烘箱中致使溶剂完全蒸发，得到荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料。

本实施例中的荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料由二氧化硅和ctab构成，二氧化硅和ctab的质量比为0.66：2。

采用丙酮萃取法去除实施例1所得荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料中的ctab，得到去除ctab后的纳米材料。

实施例2

本实施例中一种荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料的制备工艺，包括：

将3.35gctab溶解于240ml去离子水和0.577ml三乙胺的混合溶剂中，置于80℃水浴锅中搅拌30min致使ctab完全溶解后，加入2.56ml正硅酸甲酯，继续在80℃水浴锅中搅拌2h后；置于100℃烘箱中致使溶剂完全蒸发，得到荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料。

本实施例中的荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料由二氧化硅和ctab构成，二氧化硅和ctab的质量比为1.032：3.35。

实施例3

本实施例中一种荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料的制备工艺，包括：

将2gctab溶解于240ml去离子水和0.577ml三乙胺的混合溶剂中，置于80℃水浴锅中搅拌30min致使ctab完全溶解后，加入2.56ml正硅酸甲酯，继续在80℃水浴锅中搅拌2h后；置于100℃烘箱中致使溶剂完全蒸发，得到荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料。

本实施例中的荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料由二氧化硅和ctab构成，二氧化硅和ctab的质量比为1.032：2。

实施例4

本实施例中一种荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料的制备工艺，包括：

将3.35gctab溶解于240ml去离子水和0.577ml三乙胺的混合溶剂中，置于80℃水浴锅中搅拌30min致使ctab完全溶解后，加入1.64ml正硅酸甲酯，继续在80℃水浴锅中搅拌2h后；置于100℃烘箱中致使溶剂完全蒸发，得到荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料。

本实施例中的荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料由二氧化硅和ctab构成，二氧化硅和ctab的质量比为0.66：3.35。

荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料的形貌、结构表征和荧光性能分析：

图1为荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料的tem图，从tem图可知，复合纳米材料的形貌为球形，颗粒均匀，粒径约为15nm。

图2为实施例1制备的荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料、去除ctab后的纳米材料和ctab的xrd图，从xrd图谱可知，ctab以晶体的形式存在于荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料中。

图3为实施例1制备的荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料、去除ctab后的纳米材料和ctab在365nm紫外光下的荧光照片和发射光谱图，从图3可知，在自然光下，荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料和去除ctab后的纳米材料、ctab均为相似的白色粉末。在365nm紫外灯照射下，二氧化硅-ctab复合纳米材料发出明亮的蓝白光，而去除ctab后，则无明显荧光；另外，ctab也无明显荧光。在365nm紫外光激发下，二氧化硅-ctab复合纳米材料在400～750nm具有显著的发射光谱，峰值约为430nm，而去除ctab后，发射光谱急剧减弱；另外，ctab也只有很弱的发射光谱。

图4为实施例1制备的二氧化硅-ctab复合纳米材料、经365nm紫外光持续照射24h和放置12个月后的二氧化硅-ctab复合纳米材料在365nm紫外光下的荧光照片和发射光谱图，由图4可知，在365nm紫外灯光照射下，二氧化硅-ctab复合纳米材料发出明亮的蓝白光；从荧光发射光谱(右)可知，在365nm紫外光激发下，二氧化硅-ctab复合纳米材料在400～750nm之间有明显的发射光谱，其中峰值约为430nm。另外，经过365nm紫外光持续照射24h后以及置放于自然环境下12个月后，二氧化硅-ctab复合纳米材料的荧光和发射光谱无明显变化，说明二氧化硅-ctab复合纳米材料的荧光稳定性好。

图5为实施例1制备的荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料的荧光衰减曲线，从图5可知，荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料的拟合荧光衰减曲线符合双指数函数，复合纳米材料的荧光寿命长达微秒级。

图6为实施例1所得去除ctab后的纳米材料的tem图，从图6可知，荧光二氧化硅-ctab复合纳米材料去除ctab后，颗粒中出现显著的孔隙结构，证明了二氧化硅层包覆在聚集非共轭交联ctab分子表面。

以上所述实施例仅表达了本发明的集中实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。