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【中国吉林网】长春光机所研制出发光碳纳米点复合材料
2017-01-10
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  近日,中国吉林网、吉刻APP记者从中科院长春光机所获悉,曲松楠研究员课题组首次研制出基于碳纳米点的超稳定、强荧光复合材料,这种复合材料在开发基于碳纳米点的光电器件领域具有重要的应用前景。

  曲松楠研究员对中国吉林网、吉刻APP记者说,“以往的发光材料主要是有机和无机的,有机材料通过一些小分子的合成制作发光材料,无机材料类似于稀土荧光粉、量子点材料等。而且现在的量子点材料通常是含重金属元素的,并且有毒的。

  “过去,碳材料基本不被认为是一种好的发光材料,在2010年以前,碳纳米点的发光效率一直很低,而且实现对这种材料的发光代谢和发光强度的掌控是很难的。但是光机所使用尿素和柠檬酸小分子无毒材料制备出了具有发光特性的碳纳米颗粒,同时还实现了多个波长多种颜色的高效发光,发光效率能达到30%-50%以上。”曲松楠研究员说。  

 碳纳米点荧光粉发光情况 

  原料成本低,易调控 

  由于碳纳米点材料在国际上很受欢迎,但是目前国外的做法是通过更换不同的原料,尝试来实现碳点不同的发光特性。光机所则通过研究发光学的原理和其深层次的物理学机制,基于尿素和柠檬酸两种原材料不变去实现全谱端的高效发光,对后续的发展是一种很重要的基础支撑,而且这两种材料的低成本也有助于其广泛应用。

  “这种复合方法从元素上讲,柠檬酸是碳源,利用尿素进行掺氮,然后通过控制这其中碳化反应的条件实现对尺寸和发光特性的调控,因为在生物应用上,纳米材料必须很小的尺寸才能够进入到细胞中。”曲松楠研究员说。

  中国吉林网、吉刻APP记者了解到,目前国际上的碳点材料都是在溶液下实现高效发光,但是大部分的发光材料都是需要在固体下发光,一直以来碳点在固体下都有着发光淬灭的问题,长春光机所在碳点材料上进行表面包覆来实现碳点在固态下的发光,从而在固态照明器件中广泛应用。

  高稳定性,无毒且环保 

  据悉,光机所研制的这种发光材料的稳定性很强、无毒并且环保,采用稳定的无机材料硫酸钡,利用碳纳米点表面电荷逐步静电吸附钡离子以及硫酸根离子。

  “简单来说,好像在碳纳米点外包覆了一层硫酸钡的“壳”,硫酸钡既能耐高温,又能耐强酸强碱,所以这种复合材料能够在经过300°C处理后仍旧保持90%以上的荧光性质,并且在强酸、强碱及有机溶剂中保持稳定。”曲松楠研究员说。

  

 硫酸钡包覆碳纳米点 

  超级碳纳米点可用于“喷水打印”  

  中国吉林网、吉刻APP记者还了解到,发光碳纳米点实际上还有很多其他方面的应用。曲松楠说,“光机所研制出的基于‘超级碳纳米点’的水触发‘纳米荧光炸弹’是由部分烷基链修饰的碳纳米点在甲苯中自组装而成的,这将应用于‘喷水打印’技术上。”

  

 图为喷水打印后的文字在紫外光照射下的效果 

  曲松楠研究员向中国吉林网、吉刻APP记者简单地解释了“喷水打印”的原理,即用特殊的方法将碳纳米点聚集并与纸张复合,聚集后的碳纳米点荧光会淬灭,所以复合纸上只能表现出特别弱的荧光,而“喷水打印”后,超级碳纳米点遇水后会分解成小尺寸的碳纳米点,增强了荧光发光强度。而且这个过程是不可逆的,即使是水干后发光信息仍会保留在复合纸上。

  

   “指纹”的高强加密 

  据悉,发光碳纳米点在个人信息的加密方向还有应用,平时人们习惯将指纹上的纹路作为个人信息的辨识点,但是实际上,目前指纹的仿造其实是很容易的,但是手指上还有一种十分难以仿造的是指纹汗孔,由于汗液主要是水的成分,和喷水打印一样的原理,在复合纸上按压手指,就可以快速并且精准的采集指纹上汗孔的分布图,这在个人指纹信息加密上更安全更可靠。据了解这项技术还可以通过了解人体汗液分布情况进而诊断个人健康。

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