[发明专利]基于碳纳米粒子的长余辉发光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于发光材料技术领域，涉及一种基于碳纳米粒子的长余辉发光材料及其制备方法。

背景技术

长余辉发光材料是指在激发光照射停止后仍能发光，并具有较长余辉时间的材料。现有的长余辉发光材料包括放射线激发型和硫化物型。放射线激发型是以掺入材料内的放射物质发出的辐射能量为激发源，激发发光中心而发光，这类材料由于含有放射性物质而对环境和人类健康有害，已被大部分国家明令禁止使用；硫化物型包括ZnS、CaS等，但这类材料由于在水分和紫外线的作用下容易水解或光解，所以化学性能相对而言不太稳定，使用寿命较短。

目前应用最广的长余辉发光材料是以铝酸盐陶瓷材料为基质，以稀土材料为形成发光中心和陷阱中心的掺杂元素制备的，该材料克服了硫化物型材料寿命短的技术问题，具有良好的夜间显示功能，添加粘接材料后，可以制成各种形式的夜间显示或装饰器件。但这种长余辉材料不溶于水，制备器件时，需要经过特殊处理，并分散到有机溶剂中，工艺较为复杂，处理过程中产生的有机溶剂挥发物存在一定毒性。此外，其采用稀土材料作为掺杂元素，造成了非可再生资源的消耗。

碳材料是一种绿色、环保、储量丰富、可再生的材料。碳纳米粒子由于具有化学稳定性、无光闪烁、耐光漂、无毒、优异的生物相容性等诸多独特的优点而受到越来越多的关注(Luminescent Carbon Nanodots:Emergent Nanolights，Sheila N.Baker，GaryA.Baker，Angew.Chem.Int.Ed.，2010，49，6726)。现有技术中没有以碳材料体系制备长余辉发光材料的方法。

发明内容

为解决现有长余发光辉材料稳定性弱、制备工艺复杂、制备过程存在潜在毒性以及制备原料稀缺的问题，本发明提供一种基于碳纳米粒子的长余辉发光材料及其制备方法。

本发明提供一种基于碳纳米粒子的长余辉发光材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将存在大粒径分布、表面含有大量氨基官能团的碳纳米粒子掺杂于聚乙烯醇胶水中，得到含碳纳米粒子的胶水；

(2)将步骤(1)得到的含碳纳米粒子的胶水干燥，得到干燥物，所述的干燥物中碳纳米粒子的重量百分比为0.3-1wt%；

(3)将干燥物在190-230℃高温烘烤30min以上，即得到基于碳纳米粒子的长余辉发光材料。

优选的是，所述的含碳纳米粒子的胶水干燥前以任意图案涂抹在金属或玻璃表面。

优选的是，所述的碳纳米粒子的粒径分布为4-80nm。

优选的是，所述的高温烘烤的烘烤温度为200℃。

优选的是，所述的高温烘烤的烘烤时间为30min。

优选的是，所述的干燥物中碳纳米粒子的重量百分比为0.61wt%。

优选的是，所述的碳纳米粒子是由以下方法制备的：

1)将柠檬酸溶解在氨水中，得到溶液；

2)将1)所制备的溶液通过微波加热反应获得棕黑色粘稠状液体；

3)将棕黑色粘稠状液体经烘干处理，得到碳纳米粒子。

优选的是，步骤2)中，所述的微波加热的微波功率为500-900W，加热时间为3-10min；更优选的是，所述的微波加热的微波功率为700W，加热时间为5min。

本发明还提供由上述制备方法制备的基于碳纳米粒子的长余辉发光材料。

本发明的有益效果：

(1)本发明以碳纳米粒子和聚乙烯醇胶水为原料，制备长余辉发光材料，在大粒径分布的碳纳米粒子中，存在小尺寸和大尺寸的碳纳米粒子，小尺寸的碳纳米粒子表现出蓝色发光，大尺寸的碳纳米粒子表现出绿色发光，当碳纳米粒子和聚乙烯醇胶水反应时，碳纳米粒子表面的氨基与聚乙烯醇的羟基经脱水反应共价键键合，聚乙烯醇链内羟基脱水形成双键，聚乙烯醇链与链的羟基经脱水反应交联成聚合物网络，碳纳米粒子以共价键的方式键合到交联的聚合物网络中，小尺寸的碳纳米粒子经紫外光激发后产生的能量、激发态电子与空穴对可通过聚合物网络缓慢的传递给大尺寸的碳纳米粒子，并表现出滞后的绿色发光，使得材料具有长余辉发光的特性；

(2)本发明的原料碳纳米粒子成本低、制备工艺简单、无毒环保，克服了现有技术使用稀土造成的不可再生资源的消耗；

(3)本发明的制备方法工艺简单，制备过程绿色环保，对人体和环境没有危害；

(4)本发明制备的长余辉发光材料稳定性好、寿命长、余辉衰减时间可达数秒，且便于应用，能够在玻璃、金属等表面以任意图案的薄膜的形式存在，在显示、军事、公安、生物探测等领域具有重要的应用价值。