一种具有三维塑形功能的磷光凝胶及其制备方法和应用

本发明涉及发光材料，更具体地，涉及一种具有三维塑形功能的磷光凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近些年来，室温磷光材料作为余辉材料之一，由于其独特的三重态且具有较长的余辉寿命、较高的电致发光效率等特点，与有机材料相结合后，在光学防伪、led显示、生物成像等领域表现出突出的应用优势。然而，室温磷光的产生主要源自于电子自旋禁阻跃迁，在室温环境下极易被空气中的水或氧气所破坏，因此，实现室温磷光存在许多困难。

2、目前，主要通过制备碳量子点纳米材料来实现室温磷光，例如现有技术中公开了一种长余辉材料的制备方法，以聚乙烯亚胺为胺源、磷酸为磷源，与超纯水混合后微波加热形成粗产物；然后，将其溶解于超纯水中，离心分离后取上清液过滤，再将过滤液放入1000da的透析袋中透析；最后，将透析后的产品在真空冷冻干燥机中冻干，即制得长余辉材料。该长余辉材料具有颗粒尺寸小、磷光强度大和持续时间长的优点，但在不与其他基质复合的情况下，磷光分子本身的三维可塑性差。

技术实现思路

1、本发明的目的是保持现有磷光材料较高磷光性能的同时克服其自身难以塑形的缺陷和不足，提供一种具有三维塑形功能的磷光凝胶的制备方法，将磷酸、二乙烯三胺及水以特定的体积比在功率为200～800w条件下，微波水热反应1.5～13min，即可制得具有三维塑形功能的磷光凝胶。

2、本发明的另一目的是提供一种具有三维塑形功能的磷光凝胶。

3、本发明的又一目的是提供一种磷光器件。

4、本发明的又一目的是提供所述具有三维塑形功能的磷光凝胶在制备夜光胶、装饰材料、智能窗户和磷光器件中的应用。

5、本发明上述目的通过以下技术方案实现：

6、一种具有三维塑形功能的磷光凝胶的制备方法，包括以下步骤：将磷源、多元胺和水混合均匀形成混合溶液，然后将混合溶液进行微波水热反应，反应完全即可获得具有三维塑形功能的磷光凝胶；

7、所述磷源为磷酸；所述多元胺为二乙烯三胺；

8、所述磷源：多元胺：水的体积比为(10～15)：(12～32)：(20～45)；

9、所述微波水热反应的微波功率为200～800w，微波水热反应的时间为1.5～13min。

10、本发明采用特定的磷源(磷酸)和多元胺(二乙烯三胺)相结合，并通过调控微波水热反应的微波功率和反应时间能够制备具有优异三维塑形能力的磷光凝胶。同时发现，当磷酸的添加量过多时，会导致磷光凝胶的颜色较深(棕色或褐色)，且透明度下降；而磷酸的添加量过少时，则无法完全无法固化形成磷光凝胶，且其磷光余辉时间急剧减少，甚至完全不可见。

11、多元胺的添加量过少时，难以形成磷光凝胶；多元胺的添加量过多时，则会导致磷光凝胶中存在大量气泡，降低其拉伸强度和弯曲强度，难以满足磷光凝胶的实际应用需求，同时还会导致磷光余辉时间极短。水作为溶剂使用，其添加量过多时，需要延长微波水热反应时间，从而导致磷酸和二乙烯三胺缩合反应过度，使得磷光凝胶的分子量更大，粘度增大，流动性变差，在制备复杂三维器件时，难以充分填充整个模具，使得所制备的三维器件形状不完整，同时也会使其磷光余辉时间变短；而水的添加量过少时会导致磷酸和二乙烯三的微波水热反应前的初期反应不均匀，在微波加热阶段易导致磷光凝胶局部积热碳化，塑形能力下降。

12、微波水热反应的微波功率过大或反应时间过长都会导致磷光凝胶局部碳化，且产物的分子量会更大、磷光的余辉时间会变短；微波功率过小或反应时间过短则会导致作为溶剂的水难以除去，从而使得缩合反应无法进行，进而会破坏产物中的氢键，无法形成磷光凝胶。

13、优选地，所述磷源与多元胺的体积比＜1。

14、当磷源与多元胺的体积比＜1时，有利于增大在缩合反应的过程中链状缩合物的量，从而降低分子的柔顺性，增加磷光凝胶的刚度，提高磷光凝胶的拉伸强度和弯曲强度，进而保证所制备的三维磷光器件可以长时间保持其形状不发生变化。

15、优选地，所述磷源：多元胺：去离子水的体积比为(12～14)：(16～22)：(32～40)。

16、优选地，所述所述微波水热反应的功率为700～800w；所述微波水热反应的时间为1.5～2.5min。

17、本发明还保护一种上述具有三维塑形功能的磷光凝胶的制备方法制得的具有三维塑形功能的磷光凝胶。

18、在具体实施方式中，本发明的具有三维塑形功能的磷光凝胶的分子量≤1000。

19、磷光凝胶的分子量采用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(maldi-tof-ms)进行分析，具体步骤及条件为：首先将磷光凝胶在去离子水中充分溶解，配置成多份1mg/ml的待测溶液，然后在待测溶液中添加dhb(二羟基苯甲酸)基质，在700-3500da范围内测试，最终测得磷光凝胶的分子量均小于1000。当磷光凝胶的整体分子量≤1000时，其中包含大量不同种类的链状或环状的缩合产物，这些小分子链或环更易互相作用，形成团簇的发射中心，有利于磷光性能的提升。

20、在具体实施方式中，本发明的具有三维塑形功能的磷光凝胶在室温条件下受紫外光激发时，可产生波长450～470nm的荧光发射峰和波长550～570nm的磷光发射峰。

21、在具体实施方式中，本发明的具有三维塑形功能的磷光凝胶的余辉时间为13～20s。

22、在具体实施方式中，本发明的具有三维塑形功能的磷光凝胶光致发光量子产率为16％，寿命为1.21s。

23、在具体实施方式中，本发明的具有三维塑形功能的磷光凝胶室温固化后的杨氏模量为1.0～1.5gpa。

24、本发明还保护一种由包括上述具有三维塑形功能的磷光凝胶的原料制备得到的磷光器件。

25、一种上述具有三维塑形功能的磷光凝胶在制备夜光胶、装饰材料、智能窗户和磷光器件中的应用，也在本发明的保护范围之内。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

27、本发明提供一种具有三维塑形功能的磷光凝胶的制备方法，该制备方法以磷酸与二乙烯三胺为反应原料，在特定的微波功率条件下通过微波水热反应缩合形成磷光凝胶，所制备的磷光凝胶的不仅具备良好的荧光性能，余辉时间达到13～20s，而且具备优异的三维可塑性性能，其拉伸强度达3.55～20.08mpa，弯曲强度达到50.25～178.13mpa。

技术特征：

1.一种具有三维塑形功能的磷光凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将磷源、多元胺和水混合均匀形成混合溶液，然后将混合溶液进行微波水热反应，反应完全即可获得具有三维塑形功能的磷光凝胶；

2.如权利要求1所述具有三维塑形功能的磷光凝胶的制备方法，其特征在于，所述磷源与多元胺的体积比＜1。

3.如权利要求2所述具有三维塑形功能的磷光凝胶的制备方法，其特征在于，所述磷源：多元胺：去离子水的体积比为(12～14)：(16～22)：(32～40)。

4.如权利要求1所述具有三维塑形功能的磷光凝胶的制备方法，其特征在于，所述微波水热反应的功率为700～800w，所述微波水热反应的时间为1.5～2.5min。

5.一种权利要求1～4任一项所述具有三维塑形功能的磷光凝胶的制备方法制得的具有三维塑形功能的磷光凝胶。

6.如权利要求5所述具有三维塑形功能的磷光凝胶，其特征在于，所述具有三维塑形功能的磷光凝胶的余辉时间为13～20s。

7.如权利要求5所述具有三维塑形功能的磷光凝胶，其特征在于，所述具有三维塑形功能的磷光凝胶在室温条件下受紫外光激发时，可产生波长450～470nm的荧光发射峰和波长550～570nm的磷光发射峰。

8.如权利要求5所述具有三维塑形功能的磷光凝胶，其特征在于，所述具有三维塑形功能的磷光凝胶室温固化后的杨氏模量为1.0～1.5gpa。

9.一种磷光器件，其特征在于，由包括权利要求5所述具有三维塑形功能的磷光凝胶的原料制备得到。

10.一种权利要求5所述具有三维塑形功能的磷光凝胶在制备夜光胶、装饰材料、智能窗户和磷光器件中的应用。

技术总结
本发明公开了一种具有三维塑形功能的磷光凝胶及其制备方法和应用。本发明具有三维塑形功能的磷光凝胶的制备方法，包括以下步骤：将磷酸、二乙烯三胺和水按体积比为(10～15)：(12～32)：(20～45)混合均匀形成混合溶液，然后将混合溶液在微波功率为200～800W条件下进行微波水热反应1.5～13min即可获得具有三维塑形功能的磷光凝胶。该磷光凝胶不仅具备良好的荧光性能，而且具备优异的三维可塑性能，可以应用于夜光胶、装饰材料、智能窗户和磷光器件的制备。

技术研发人员：林霄峰,史达祥,罗倍池,穆英啸,易国斌
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14