近日，中科院長(zhǎng)春光機(jī)所曲松楠研究員課題組首次研制出高載負(fù)量、高熒光亮度的碳納米點(diǎn)@二氧化硅復(fù)合凝膠。

首次通過凝膠實(shí)現(xiàn)高濃度碳點(diǎn)發(fā)光

記者了解到，該工作利用碳納米點(diǎn)表面大量的羥基官能團(tuán)引發(fā)正硅酸乙酯水解，在碳納米點(diǎn)表面原位包覆二氧化硅。在高濃度的碳納米點(diǎn)乙醇溶液中，實(shí)現(xiàn)具有高載負(fù)量、高熒光亮度的碳納米點(diǎn)@二氧化硅復(fù)合凝膠，并可進(jìn)一步獲得熒光效率高達(dá)41%的干凝膠粉體材料，在開發(fā)基于碳納米點(diǎn)的發(fā)光器件領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

中科院長(zhǎng)春光機(jī)所曲松楠研究員對(duì)記者說，“固體發(fā)光材料應(yīng)用的重要參數(shù)是亮度，要求高的發(fā)光中心濃度。現(xiàn)有的碳點(diǎn)固態(tài)發(fā)光材料都是低濃度的碳點(diǎn)摻雜，即發(fā)光中心濃度低，碳點(diǎn)高濃度就發(fā)生熒光淬滅。我們是基于凝膠的特點(diǎn)，讓碳點(diǎn)在高濃度與二氧化硅原位復(fù)合形成凝膠，解決了碳點(diǎn)高度下的熒光淬滅問題，首次實(shí)現(xiàn)了碳點(diǎn)高摻雜濃度下高熒光量子效率的發(fā)光，離應(yīng)用更進(jìn)一步。”

據(jù)悉，發(fā)光碳基納米點(diǎn)是近幾年發(fā)展起來的新型碳基納米發(fā)光材料。大量研究表明其具有無毒、生物相容性好、制備簡(jiǎn)單、光穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而引起國(guó)際上的廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是可能改變未來照明世界的八種發(fā)光新材料技術(shù)之一，其在生物成像、傳感、催化、激光、光電器件及照明等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。

攻克碳納米點(diǎn)固態(tài)熒光淬滅的難題

記者了解到，基于碳納米點(diǎn)的固態(tài)發(fā)光材料發(fā)展遇到瓶頸，主要問題是碳納米點(diǎn)在固態(tài)時(shí)存在嚴(yán)重的因聚集引起熒光淬滅。“當(dāng)提高碳納米點(diǎn)載負(fù)量時(shí)，熒光量子效率卻會(huì)大幅降低，不能應(yīng)用于高亮度的照明器件。”因此，如何在高載負(fù)量的碳納米點(diǎn)體系下實(shí)現(xiàn)高的熒光量子效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高亮度的發(fā)光，成為碳納米點(diǎn)在發(fā)光器件中應(yīng)用的關(guān)鍵。

不同濃度的碳納米點(diǎn)與二氧化硅形成復(fù)合材料的制備過程示意圖

應(yīng)用于發(fā)光二極管照明光源(LEDs)制備白光LEDs

據(jù)了解，該碳納米點(diǎn)@二氧化硅復(fù)合干凝膠粉末熒光量子效率高達(dá)41%，實(shí)現(xiàn)高載負(fù)量、高熒光量子效率復(fù)合材料的合成。同時(shí)，這種制備方法也適用于表面同樣具有豐富羥基的藍(lán)光碳納米點(diǎn)，進(jìn)而得到高熒光亮度的藍(lán)光碳納米點(diǎn)@二氧化硅復(fù)合凝膠。基于高載負(fù)量以及強(qiáng)熒光性質(zhì)，該復(fù)合材料可以作為顏色轉(zhuǎn)換層應(yīng)用于發(fā)光二極管照明光源(LEDs)中，制備出白光LEDs，有望成為新一類的高效固態(tài)發(fā)光照明材料。

碳納米點(diǎn)@二氧化硅復(fù)合凝膠的(a1和a3)室光及(a2和a4)紫外光下照片。

(b)凍干后所得干凝膠的熒光發(fā)射光譜及(c)紫外光下照片。

干凝膠的(d)掃描與(e)透射電鏡照片

超級(jí)碳納米點(diǎn)可用于“噴水打印”

記者還了解到，發(fā)光碳納米點(diǎn)實(shí)際上還有很多其他方面的應(yīng)用。曲松楠說，“光機(jī)所研制出的基于”超級(jí)碳納米點(diǎn)“的水觸發(fā)”納米熒光炸彈“是由部分烷基鏈修飾的碳納米點(diǎn)在甲苯中自組裝而成的，這將應(yīng)用于'噴水打印'技術(shù)上。

”

噴水打印后的文字在紫外光照射下的效果

曲松楠研究員向記者簡(jiǎn)單地解釋了“噴水打印”的原理，即用特殊的方法將碳納米點(diǎn)聚集并與紙張復(fù)合，聚集后的碳納米點(diǎn)熒光會(huì)淬滅，所以復(fù)合紙上只能表現(xiàn)出特別弱的熒光，而“噴水打印”后，超級(jí)碳納米點(diǎn)遇水后會(huì)分解成小尺寸的碳納米點(diǎn)，增強(qiáng)了熒光發(fā)光強(qiáng)度。而且這個(gè)過程是不可逆的，即使是水干后發(fā)光信息仍會(huì)保留在復(fù)合紙上。

指紋”的高強(qiáng)加密

據(jù)悉，發(fā)光碳納米點(diǎn)在個(gè)人信息的加密方向還有應(yīng)用，平時(shí)人們習(xí)慣將指紋上的紋路作為個(gè)人信息的辨識(shí)點(diǎn)，但是實(shí)際上，目前指紋的仿造其實(shí)是很容易的，但是手指上還有一種十分難以仿造的是指紋汗孔，由于汗液主要是水的成分，和噴水打印一樣的原理，在復(fù)合紙上按壓手指，就可以快速并且精準(zhǔn)的采集指紋上汗孔的分布圖，這在個(gè)人指紋信息加密上更安全更可靠。據(jù)了解，這項(xiàng)技術(shù)還可以通過了解人體汗液分布情況進(jìn)而診斷個(gè)人健康。