[发明专利]一种单组分碳基固态白色发光纳米材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开一种单组分碳基固态白色发光纳米材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将三嗪衍生物与多羧酸衍生物在溶剂中搅拌均匀，得到溶液；（2）将步骤（1）中所得溶液转移至反应釜中，密封；然后在烘箱中高温反应，反应后自然冷却至室温，过滤，得到的沉淀先水洗后乙醇洗，固液分离后将沉淀干燥，所得粉体即为碳基固态白色发光纳米材料。本发明所选碳源所得碳材料微结构为纳米花状结构，有效避免固态因碳纳米聚集引起光学猝灭现象，从而实现碳纳米材料固态发光；且本发明制备方法简便，无需高速离心、低温冻干等析出步骤，制备出的单组分碳基LED具有低自吸收、组分不易分离、组装简便、低毒环保优势。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种单组分碳基固态白色发光纳米材料的制备方法及其应用。

背景技术

白光LED作为第四代照明电器具有节能环保、使用寿命长、高效等特点，在室内照明、道路照明、汽车照明等领域获得了广泛应用。目前获得白光LED的方式主要通过在紫外或蓝色LED芯片上涂覆不同发射波长的含金属离子的多组分荧光粉，通过三基色混合得到白光。但多组分混合易导致自吸收、组分分离、构造复杂、稳定性差、有毒金属离子的引入等问题，限制了其应用。

碳纳米材料是最近几年发展起来的一种新型光学材料，其光稳定性好，耐光漂白、发射及激发波长可调、低毒、易制备等优势，在生物医学、光电器件等领域具有广阔的应用前景。然而目前已有的碳纳米材料发光大多以蓝绿光区域单色光为主，且发光现象仅仅存在于溶液态。当其干燥成固体时，因碳核间的π电子堆积效应，荧光常发生猝灭，极大地限制了碳纳米材料在固态发光领域的应用。

CN201910091560.5公开了一种红色固态荧光碳点及其制备方法和应用。该制备方法是以芳香族的酸与胺为原料，通过一步水热法直接合成碳量子点，碳量子点粉末的产率为44.89％～75.80％，量子效率为2.54％～15.86％。红色荧光有机玻璃是通过本体聚合法制备PMMA，在PMMA预聚的过程中，掺入质量分数1％～30％的碳量子点粉末组装而成的。其为红色固态荧光碳点，且其形貌为准球形。

CN201911008167.1公开了单组分白光碳量子点量子点及其制备方法，其包含C＝O键、C＝C键、C＝N键、C-O-C键和C-N键；受380nm紫外光激发时，产生分别位于400～500nm、500～600nm和600～700nm的三个发射峰。本发明以柠檬酸为碳源，甲酰胺为氮源，乙醇为溶剂，利用柠檬酸和甲酰胺在溶剂热作用下发生的脱水缩合反应，一步法直接合成了在单一紫外光波长激发下同时发射蓝绿红三基色光产生白光的碳量子点，未发生由团聚引起的荧光猝灭，发光效能稳定，有效弥补了传统荧光粉使用寿命不长和缺乏红光显色指数低的缺点。但其后处理方法为混合加热后取滤液，滤液再用乙醇分散、14000rpm离心，随后再在-55℃下冻干。流程较为繁琐，且需要高速离心和低温冻干。因为产物在滤液中，面临去除溶剂的问题，如果直接用烘箱把乙醇加热去除，一是危险，二是不便于工业生产；三是其产物在溶剂中加热的情况下存在继续反应的可能，从而改变发光性质，甚至发生团聚发光猝灭。所以该方法需要用到碳点去除溶剂的常用方法，即利用冻干机在-50度左右的温度进行原位冻干，从而得到粉末。

想要获得单组分碳基固态白色发光纳米材料仍然面临着巨大挑战。多组分的白光材料因由多个不同发光颜色的组分通过比例调配得到最终的白色，长时间使用会导致组分和组分之间分离、且多组分间易互相吸收他组发光现象，因为组分多需要进行各种不同发光粉末的比例调配，且在涂覆在LED芯片时需要各组分按照比例附着，组装不够简便。

另外，碳材料的合成主要区别就在于所选择的碳源和反应温度等条件，所选碳源不同，在水热过程中缩合、碳化后导致材料的掺杂元素、碳核外围官能团、颗粒大小不一致，最终形成不同磁、光、电性质；同时在某些立体微结构中，当改变碳源或投料比或温度均会改变立体结构，而为点状或球状结构，且发光颜色多为单一的蓝光、绿光或者黄光。

发明内容