可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜及其制备方法与应用

本发明属于磷光材料及信息加密，具体涉及一种可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜及其制备方法与应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、长寿命的室温磷光(rtp)是由激发能的积累和通过三重态逐渐发射引起的，是一种迷人的光学现象，在激发光源停止后，发射可以持续数秒，数分钟甚至数小时。在初期阶段，磷光仅在低温下可见，这严重限制了磷光的实际应用。随后，大量的rtp材料被研究出来，由于其持续发光，相当大的斯托克斯位移和高信噪比而引起了人们的兴趣，使其在装饰饰品，紧急标牌，光电器件，生物成像，数字加密等不同领域的应用具有高度的灵活性。

3、在各种rtp材料中，有机rtp系统已成为一个热门的研究领域，在短短几年内取得了快速进展。到目前为止，已经公布了许多与有机rtp材料有关的开创性方法，其中一些方法表现出不同的色度、提高的量子产率和延长的寿命。然而，由于吸收带有限，大多数有机rtp系统需要使用波长低于380nm的高能紫外线(uv)激发照明，以将电子从基态激发到激发态。高能紫外线源可能对人类构成重大风险，其严格标准限制了其在民用环境中的广泛使用。相比之下，可见光对人类健康的毒性较低，增强了深入生物样本进行分析和成像的能力，并为实际应用提供了更大的便利。部分现有技术中虽然公开了有机rtp磷光体被证明可以通过可见光实现激发，但是它们的衰变寿命仍被限制在毫秒范围内。此外，有机rtp材料的光学不稳定性、大量试剂支出和严格的合成要求相关的缺点给研究人员带来不可避免的困境。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜及其制备方法与应用。本发明以聚乙烯醇作为碳源前驱体，无水乙二胺作为交联剂，加入反应溶剂后在高温条件下反应形成所述氮掺杂碳点(n-cds)，将n-cds加入到聚乙烯醇水溶液中制备可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜。本发明提供的可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜(n-cds@pva薄膜)可以实现可见光激发且寿命可调，与有机金属配合物材料相比，具有简便、快速、无金属、寿命长、经济有效、低毒等优点。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供了一种可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将聚乙烯醇与无水乙二胺溶解于去离子水中，进行水热反应，得到棕色悬浮液，向棕色悬浮液中加入丙酮后离心去除沉淀，离心得到的透明溶液在去离子水中进一步用透析膜纯化，得到氮掺杂碳点溶液；

5、s2、将氮掺杂碳点溶液加入到聚乙烯醇溶液中，超声后的混合溶液加热，获得所述可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜。

6、第二方面，本发明提供了一种可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜，由如第一方面所述的可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜的制备方法获得。

7、第三方面，本发明提供了第二方面所述的可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜在防伪安全领域和/或光学信息存储领域的应用。

8、上述本发明的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：

9、1.本发明提供的可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜(n-cds@pva薄膜)，在399nm激发时在496nm处表现出荧光发射峰(寿命为4.59ns)。n-cds@pva薄膜在417nm的最佳激发下，在558nm处显示出磷光发射最大值。n-cds@pva薄膜磷光寿命可以通过改变激发波长从0.12秒调整到2.1秒。当在420nm激发时，2.1秒的磷光寿命比现有技术可见光激发的rtp系统的寿命长得多。

10、2.本发明的可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜的制备以聚乙烯醇作为碳源前驱体，无水乙二胺作为交联剂，以水作为溶剂。其制备工艺简单快速、操作方便、产率高；制备工艺汇总不需要复杂昂贵的设备，成本较低，并且在制备工程中不产生其他有害物质，易于实现工业化生产。

技术特征：

1.一种可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，无水乙二胺与水的体积比为1:19-21，无水乙二胺与聚乙烯醇的比例为1ml:1g。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述水热反应的温度为219-221℃，所述水热反应的时间为5.9-6.1h。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中乙二胺与步骤s2中聚乙烯醇溶液中的聚乙烯醇的比例为1ml:8.9-9.1g。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述超声的时间为0.9-1.1h。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述加热的温度为59-61℃，所述加热的时间为1.9-2.1h。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇的醇解度为78.5-81.5mol％，黏度为45.0-51.0mpa.s。

8.一种可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜，其特征在于，由如权利要求1-7任一项所述的可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜的制备方法获得。

9.如权利要求8所述的可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜，其特征在于，所述可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜中含有粒径为2.28-3.16nm的氮掺杂碳点。

10.权利要求8或9所述的可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜在防伪安全领域和/或光学信息存储领域的应用。

技术总结
本发明属于磷光材料及信息加密技术领域，具体涉及一种可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜及其制备方法与应用。为解决现有技术中磷光材料无法通过可见光激发、磷光寿命短的问题，本发明以聚乙烯醇作为碳源前驱体，无水乙二胺作为交联剂，加入反应溶剂后在高温条件下反应形成所述氮掺杂碳点(N‑CDs)，将N‑CDs加入到聚乙烯醇水溶液中制备可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜。本发明提供的可见光激发的长寿命磷光碳点薄膜(N‑CDs@PVA薄膜)可以实现可见光激发且寿命可调，与有机金属配合物材料相比，具有简便、快速、无金属、寿命长、经济有效、低毒等优点。

技术研发人员：王子飞,周恒,金姗,李杰,徐彬
受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15