一种发橙红光的碳量子点基荧光薄膜的制备方法与流程

本发明涉及一种发橙红光的碳量子点基荧光薄膜的制备方法，属纳米碳材料碳量子点的制备及固态发光的技术领域。

背景技术：

固态照明发光二极管led作为环境友好型照明光源，具有尺寸小、效率高、寿命长的优点，被广泛地应用在工业及日常生活中；荧光碳量子点是一种尺寸≤10nm的量子点，具有优越的光学性质，低毒且具有生物兼容性，是发光二极管led荧光粉的优选材料。

然而，由于共振能量转移的存在，碳量子点粉末存在固态荧光猝灭的缺点，限制了它在光电领域的应用；碳量子点粉末常被分散于环氧树脂、硅树脂、聚乙烯醇及聚乙烯吡咯烷酮等聚合物中，实现固态成膜；这就要求碳量子点在聚合物中有良好的分散性，需要长时间加热和超声分散；此外，淀粉、离子盐晶体、硫酸钡等固态基质与碳量子点可形成复合荧光粉，可抑制碳量子点的固态荧光猝灭，尽管固态碳量子点的发射被很好地保持下来，但是在制备发光二极管led器件的过程中，仍需要将复合荧光粉分散在环氧树脂等成膜剂中才可实现成膜，增加了发光二极管led的制备流程。

技术实现要素：

发明目的

本发明的目的是针对背景技术状况，以对苯二胺为碳源、乙醇为溶剂，经热法合成、硅胶色谱柱提纯、真空干燥，制成碳量子点，以碳量子点为基质材料，与水溶性n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷混合，经超声混合、真空干燥，制成发橙红光的碳量子点基荧光薄膜，抑制碳量子点固态猝灭，以更好的在发光二极管中得到应用。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：对苯二胺、无水乙醇、二氯甲烷、无水甲醇、去离子水、石英玻璃，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位

制备方法如下：

(1)精选化学物质材料

对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：

(2)制备碳量子点乙醇溶液

碳量子点乙醇溶液的制备是在反应釜内进行的，是在加热状态下完成的；

①配制溶液

称取对苯二胺0.45g±0.0001g，量取无水乙醇45ml±0.0001ml，加入聚四氟乙烯容器内，搅拌5min，使其溶解，成混合溶液；

②将盛有混合溶液的聚四氟乙烯容器置于反应釜内，并密闭；

③将反应釜置于加热炉内，密闭加热，加热温度180℃±1℃，加热时间360min；

混合溶液在加热过程中，将发生化学反应，反应方程式如下：

式中：n-cds：碳量子点

④反应结束后，停止加热，反应釜及其内的溶液随炉冷却至25℃；

(3)过滤

①开启加热炉，打开反应釜，取出聚四氟乙烯容器及其内的混合溶液；

②将冷却后的混合溶液用三层中速定性滤纸进行过滤，留存滤液，弃掉滤饼；

(4)硅胶色谱柱提纯

①将滤液加入到旋蒸瓶中，将旋蒸瓶挂在旋转蒸发仪内，密闭；设置旋转蒸发仪内温度为45℃，溶剂蒸干，得到碳量子点；

②配制洗脱液

配制洗脱液，量取二氯甲烷300ml±1ml，无水甲醇10ml±1ml，加入烧杯中，搅拌5min中，成洗脱液；

③柱层析提纯：得碳量子点混合液

用硅胶色谱柱柱层析纯化碳量子点，将洗脱液加入层析柱内，其中硅胶柱的高度在层析柱的2/3处，收集橙红光部分的混合液，即纯化的碳量子点混合液；

④旋蒸

将碳量子点混合液移入旋蒸瓶中，然后悬挂在旋转蒸发仪内，旋蒸温度35℃，旋蒸时间40min，旋蒸后得纯化碳量子点固体粉末；

(5)制备碳量子点基荧光薄膜

①配液

称取碳量子点粉末0.05g±0.0001g，量取去离子水50ml±0.0001ml，加入烧杯中，成混合液；

②超声分散

将盛有混合液的烧杯置于超声波分散仪中，进行超声分散，超声波频率为60khz，超声分散时间10min，成碳量子点混合液；

③加料配液，超声分散

量取n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷12.5ml±0.0001ml，加入碳量子点混合液中；

将盛有碳量子点混合液的烧杯置于超声波分散仪中，进行超声分散，超声波频率60khz，超声分散时间10min，成碳量子点荧光混合液；

④预处理石英玻璃

将石英玻璃置于烧杯中，加入去离子水200ml，浸泡洗涤30min；

浸泡洗涤后吊装于真空干燥箱中干燥，干燥温度80℃，真空度2pa，干燥时间30min；

⑤旋涂碳量子点荧光混合液并成膜

将石英玻璃置于旋涂仪上，将碳量子点荧光混合液置于石英玻璃表面中间部位；

将涂覆碳量子点荧光混合液的石英玻璃置于旋涂仪内的旋涂盘上，并固定；开启真空泵，抽取仪内空气，使仪内压强达2pa，并恒定；

开启旋涂仪，旋涂转数3000r/min，旋涂时间60s，旋涂后成碳量子点基荧光薄膜；

⑥旋涂后停止抽真空，静止20min后开仪；

⑦真空干燥

将旋涂后的石英玻璃置于真空干燥箱中，真空度为2pa，干燥温度80℃，干燥时间60min；

干燥后成终产物碳量子点基荧光薄膜；

(6)检测、分析、表征

对制备的碳量子点基荧光薄膜的形貌、色泽、官能团、光学性能、化学物理性能进行检测、分析、表征；

用透射电子显微镜进行碳量子点的形貌分析；

用红外光谱仪进行碳量子点基荧光薄膜的官能团分析；

用紫外可见分光光度计和荧光光谱仪进行碳量子点基荧光薄膜的光学性能分析；

结论：碳量子点基荧光薄膜为橙红色膜状，膜层厚度20nm，产物纯度99.8％，在365-525nm的激发光照射下在588nm处有强的发射峰，发橙红光，未发生由团聚引起的荧光猝灭；

(7)产物储存

对制备的碳量子点基荧光薄膜储存于棕色透明的玻璃容器中，密闭避光储存，要防水、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度≤10％。

有益效果

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对碳量子点荧光粉易发生团聚引起荧光猝灭的情况，以对苯二胺为原料、无水乙醇为溶剂，经热法合成、硅胶色谱柱提纯、真空干燥，制成碳量子点；以碳量子点为基质材料、n-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷为成膜剂，制成发橙红光的碳量子点基荧光薄膜，可抑制碳量子点固态荧光猝灭，以用于发光二极管led的制备；此制备方法工艺先进，数据精确翔实，制备的碳量子点基荧光薄膜为橙红色膜状，产物纯度好，达99.8％，碳量子点基荧光薄膜在365-525nm的激发光下有588nm强发射峰，未发生由团聚引起的荧光猝灭，可用于制备暖白光发光二极管。

附图说明

图1、碳量子点乙醇溶液制备状态图

图2、碳量子点基荧光薄膜旋涂成膜状态图

图3、碳量子点基荧光薄膜形貌图

图4、碳量子点和碳量子点基荧光薄膜红外光谱比较图

图5、碳量子点乙醇溶液、碳量子点粉末、碳量子点基荧光薄膜荧光光谱比较图

图6、碳量子点基荧光薄膜不同激发波长下荧光光谱图

图7、碳量子点基荧光薄膜色坐标图

图中所示，附图标记清单如下：

1、加热炉，2、炉盖，3、炉座，4、工作台，5、反应釜，6、聚四氟乙烯容器，7、混合溶液，8、第一显示屏，9、第一指示灯，10、第一电源开关，11、加热温度控制器，12、加热时间控制器，13、炉腔，14、反应釜盖，15、仪盖，16、转动电机，17、盘座，18、旋涂盘，19、碳量子点基荧光薄膜，20、仪座，21、第二显示屏，22、第二指示灯，23、第二电源开关，24、转动电机控制器，25、真空泵控制器，26、真空泵，27、真空阀，28、真空管，29、仪腔，30、旋涂仪，31、石英玻璃。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明做进一步说明：

图1所示，为碳量子点乙醇溶液制备状态图，各部位置要正确，按量配比，按序操作。

制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升为计量单位。

碳量子点乙醇溶液的制备是在反应釜内进行的，是在加热炉加热状态下完成的；

加热炉1为立式，加热炉1的上部为炉盖2、下部为炉座3，加热炉1内为炉腔13；在炉腔13的内底部设有工作台4，在工作台4上置放反应釜5，反应釜5内置放聚四氟乙烯容器6，聚四氟乙烯容器6内为混合溶液7，反应釜5由反应釜盖14密闭；在炉座3上设有第一显示屏8、第一指示灯9、第一电源开关10、加热温度控制器11、加热时间控制器12。

图2所示，为碳量子点基荧光薄膜旋涂成膜状态图，各部位置、连接关系要正确，按序操作。

旋涂仪为卧式，旋涂仪30下部为仪座20、上部为仪盖15、内部为仪腔29；在仪腔29内下部设有转动电机16，转动电机上部连接盘座17，盘座17上部连接旋涂盘18，旋涂盘18中向部位置放石英玻璃31，石英玻璃31上为碳量子点基荧光薄膜19；在旋涂仪30左部设有真空泵26，真空泵26上部设有真空阀27、真空管28，并连通仪腔29；在旋涂仪30下部为仪座20，在仪座20上设有第二显示屏21、第二指示灯22、第二电源开关23、转动电机控制器24、真空泵控制器25。

图3所示，为碳量子点基荧光薄膜形貌图，图中所示，碳量子点在n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中均匀分散，未发生团聚现象。

图4所示，为碳量子点和碳量子点基荧光薄膜红外光谱比较图，图中所示，碳量子点在1458cm^-1处有-c＝n峰、在1733cm^-1处有-c＝o峰，说明在溶剂热体系下，原料之间通过脱水、聚合和碳化，最终形成表面具有含氧、含氮官能团的碳量子点；碳量子点基荧光薄膜既有1611cm^-1处属于碳量子点的苯环峰，也有1023cm^-1和1124cm^-1处属于n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的si-o特征峰；3241cm^-1处宽的吸收峰为o-h、n-h的特征峰，说明碳量子点基荧光薄膜中碳量子点和n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷进行了良好地结合。

图5所示，为碳量子点乙醇溶液、碳量子点粉末、碳量子点基荧光薄膜荧光光谱比较图，图中所示，碳量子点乙醇溶液的发射波长为600nm；而碳量子点粉末没有明显的荧光峰；碳量子点基荧光薄膜的发射峰位于588nm，未发生荧光猝灭。

图6所示，为碳量子点基荧光薄膜在不同激发波长下荧光光谱图，图中所示，碳量子点基荧光薄膜在365-525nm的激发光下有588nm处强的发射峰，属于橙红光。

图7所示，为碳量子点基荧光薄膜色坐标图，图中所示，碳量子点基荧光薄膜色坐标为x＝0.562,y＝0.361，属于橙红光区域。

实施例1

用碳量子点基荧光薄膜制备暖白光发光二极管：

①配制碳量子点基荧光薄膜水溶液

将石英玻璃及其上的碳量子点基荧光薄膜置于烧杯中，滴入去离子水8ml，然后置于加热器上，加热温度为30℃，加热时间40min，使碳量子点基荧光薄膜溶解，成碳量子点基荧光薄膜水溶液；

②打开发光二极管芯片座上的透镜，将碳量子点基荧光薄膜水溶液滴入透镜内，滴入量为0.02ml；

③将滴入碳量子点基荧光薄膜水溶液的透镜置于真空干燥箱中干燥，干燥温度80℃，真空度2pa，干燥时间180min；

④干燥后，将发光二极管芯片座上的透镜封盖，并密闭，即完成了暖白光发光二极管的制备。