一種水溶性熒光碳納米粉末的制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種水溶性熒光碳納米粉末的制備方法，在每20ml的水中添加分子量為1000-2000的聚乙烯醇1-2g，氫氧化鈉0.1-0.2g，攪拌均勻，然后將上述溶液轉移到水熱反應釜中，在200-250℃下反應3-24小時，然后使反應釜自然冷卻到室溫，得到棕色水溶液，最后將溶液純化、干燥、研磨，得到固體熒光粉末。本發明制備的熒光粉不含昂貴的稀土元素，制備方法簡單，產率高，適合工業化生產。無論是固體粉末還是液體都可以發光，可在LED等領域得到廣泛應用。并且，通過添加不同的調色劑，如高錳酸鉀等，可以得到不同顏色的熒光粉。
【專利說明】一種水溶性熒光碳納米粉末的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及納米材料領域，具體是一種水溶性熒光碳納米粉末的制備方法。
【背景技術】
[0002]據《2013-2017年中國LED照明產業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》分析認為，LED照明市場一直被認為是LED最重要、最具發展前景的應用。總體來看，宏觀環境對于LED照明應用的發展非常有利。其中，白光照明一般采用藍色LED芯片及黃色熒光粉的復合來實現，而傳統的熒光粉一般均含有昂貴且珍貴的稀土資源如釹，銪，鍶等，不僅生產成本高,還浪費了寶貴的稀土資源。
[0003]近年來，一種新型熒光碳納米材料受到廣泛關注。此類碳納米材料具有優良的熒光性能，如不發生光漂白、發射波長可調、無閃爍等。此外，這類材料具有良好的水溶性，毒性低，生物相容性好以及廉價易得等特點，有望取代傳統的含重金屬元素鎘等的半導體量子點，在材料科學、生物化學、LED照明等領域具有廣闊的應用前景。雖然目前已經有很多熒光碳納米材料的制備方法，例如:中國專利一種具有熒光性質的水溶碳納米粒子材料的制備方法，發明人為劉陽、李海濤、康振輝、何小蝶、黃慧，申請號:201010604137.X;中國專利一種可控制備熒光碳點的方法，發明人為龐代文、包蕾、張志凌、田智全，申請號:201110356592.7 ; 中國專利一種熒光碳量子點、制備方法及其應用，發明人為陳蘇、郭新、余子夷、周進，申請號:201110288860.6等40余個。但是，目前制備的熒光碳納米材料干燥后均不能發光，這大大阻礙了其在更多領域中的應用。
【發明內容】
[0004]本發明為了解決傳統的熒光粉含稀土資源而新型熒光碳納米材料干燥后不能發光的問題，提供了一種不含昂貴的稀土元素且干燥后可以發光的水溶性熒光碳納米粉末，產率高，樣品制備及處理步驟簡單，易于操作。
[0005]本發明包括以下步驟:
1)每20ml的水中，添加分子量為1000-2000的聚乙烯醇l_2g，氫氧化鈉0.1-0.2g，攪拌均勻；
2)將上述溶液轉移到水熱反應釜中，在200-250°C下反應3-24小時，然后使反應釜自然冷卻到室溫，得到棕色水溶液；
3)將溶液純化、干燥、研磨，得到固體熒光粉末。
[0006]所述的純化過程為首先以每分鐘10000轉以上的速度離心5-15分鐘，然后用3000Da以上的透析袋在水中透析3-4天，每10-14小時更換一次水。
[0007]所述的干燥和研磨過程分別在真空干燥箱和研缽中完成。
[0008]進一步改進,步驟2)中，當反應爸反應10-14小時時，向溶液中添加調色劑，再反應10-14小時后使反應釜自然冷卻到室溫,得到變色水溶液。
[0009]本發明有益效果在于:1、本發明制備的熒光粉不含昂貴的稀土元素，無論是固體粉末還是液體都可以發光，可在LED等領域得到廣泛應用。
[0010]2、制備方法簡單，產率高，適合工業化生產。
[0011]3、通過添加不同的調色劑，如高錳酸鉀等，可以得到不同顏色的熒光粉。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1 (a)為本發明制備的水溶性熒光碳納米粉末的透射電子顯微鏡圖像。
[0013]圖1(b)為本發明制備的水溶性熒光碳納米粉末的高分辨透射電子顯微鏡圖像。
[0014]圖2為本發明制備的碳納米材料水溶液的熒光光譜圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本發明作進一步說明。
[0016]實施案例1:
稱取聚乙烯醇Ig溶解于20mL水中；稱取氫氧化鈉0.1g加入到上述聚乙烯醇溶液中，用磁力攪拌子攪拌均勻。將上述溶液轉移到40毫升聚四氟乙烯內襯的不銹鋼水熱反應釜中，在250°C條件下反應24小時。使反應釜自然冷卻到室溫，得到棕色的碳點水溶液。
[0017]采用高速離心 機在10000轉/分鐘下離心10分鐘，除去較大的顆粒；用3000Da透析袋進行透析3天，除去未反應的物質及雜質離子。將純化后的溶液倒入瓷質盤子中，放入真空干燥箱進行干燥。然后將干燥的固體進行研磨，得到細小的熒光粉材料約0.57g，產率接近60%。
[0018]制備的材料的水溶液和固體粉末均能發出黃綠色熒光。碳量子點溶液具有熒光激發依懶性，當激發波長小于400nm時，發射峰位置不變；隨著激發波長的增大，熒光發射峰從520nm開始逐漸降低，當激發波長大于420nm時，熒光強度急劇降低。
[0019]實施案例2:
稱取聚乙烯醇2g溶解于20mL水中；稱取氫氧化鈉0.2g加入到上述聚乙烯醇溶液中，用磁力攪拌子攪拌均勻。將上述溶液轉移到40毫升聚四氟乙烯內襯的不銹鋼水熱反應釜中，在250°C條件下反應3小時。使反應釜自然冷卻到室溫，得到棕色的碳點水溶液。
[0020]采用高速離心機在15000轉/分鐘下離心5分鐘，除去較大的顆粒；用3000Da透析袋進行透析3天，除去未反應的物質及雜質離子。將純化后的溶液倒入瓷質盆子中，放入真空干燥箱進行干燥。然后將干燥的固體進行研磨，得到細小的熒光固體粉末。
[0021]制備的材料的水溶液和固體粉末均能發出橙黃色熒光。碳量子點溶液具有熒光激發依懶性，當激發波長小于400nm時，發射峰位置不變；隨著激發波長的增大，熒光發射峰從550nm開始逐漸降低，當激發波長大于420nm時，熒光強度急劇降低。
[0022]實施案例3:
稱取聚乙烯醇1.5g溶解于20mL水中；稱取氫氧化鈉0.15g加入到上述聚乙烯醇溶液中，用磁力攪拌子攪拌均勻。將上述溶液轉移到40毫升聚四氟乙烯內襯的不銹鋼水熱反應釜中，在250°C條件下反應12小時。使反應釜自然冷卻到室溫，得到棕色的碳點水溶液。
[0023]采用高速離心機在10000轉/分鐘下離心15分鐘，除去較大的顆粒；用3000Da透析袋進行透析4天，除去未反應的物質及雜質離子。向醇化的溶液中加入Ig高錳酸鉀粉末，在50°C下反應12小時，重復上述純化步驟，得到棕色溶液。制備的材料的水溶液和固體粉末均能發出綠色熒光且具有熒光激發依懶性。
[0024]本發明具體應用途徑很多，以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通 技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種水溶性熒光碳納米粉末的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)每20ml的水中，添加分子量為1000-2000的聚乙烯醇l_2g，氫氧化鈉0.1-0.2g，攪拌均勻； 2)將上述溶液轉移到水熱反應釜中，在200-250°C下反應3-24小時，然后使反應釜自然冷卻到室溫，得到棕色水溶液； 3)將溶液純化、干燥、研磨，得到固體熒光粉末。
2.根據權利要求1所述的水溶性熒光碳納米粉末的制備方法，其特征在于:所述的純化過程為首先以每分鐘10000轉以上的速度離心5-15分鐘，然后用3000Da以上的透析袋在水中透析3-4天，每10-14小時更換一次水。
3.根據權利要求1所述的水溶性熒光碳納米粉末的制備方法，其特征在于:所述的干燥和研磨過程分別在真空干燥箱和研缽中完成。
4.根據權利要求1或2或3所述的水溶性熒光碳納米粉末的制備方法，其特征在于:步驟2)中，當反應釜反應10-14小時時，向溶液中添加調色劑，再反應10-14小時后使反應釜自然冷卻到室溫，得到變色水溶液。
【文檔編號】C09K11/65GK103950913SQ201410125018
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】曾海波, 劉妍利, 李曉明 申請人:南京航空航天大學