[发明专利]一种二维固态碳点发光薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及碳点技术领域，特别是涉及一种二维固态碳点发光薄膜制备方法。以碳点溶液为内核，以聚合物有机溶液为外壳，利用同轴静电纺丝制备得到二维固态碳点发光薄膜。本发明提出同轴静电纺丝法制备二维固态碳点发光薄膜材料，以聚合物纤维为主体，利用核壳结构使荧光碳点均匀的分布在聚合物纤维内部，得到的二维纤维状薄膜的内部孔结构层次更加丰富。相较于包覆法，密集的微孔数量不会影响碳点的光效应，更大的比表面积间接的提高了固态发光碳点的发光面积，同样数量的碳点分布在更大面积的纤维中，有效避免了聚集诱导淬灭现象。

技术领域

本发明涉及碳点技术领域，特别是涉及一种二维固态碳点发光薄膜制备方法。

背景技术

碳点是一类新兴的发光纳米材料，具有激发与发射波长可调控、荧光稳定性高，无闪光现象、生物相容性好毒性低、热稳定性好、合成方法简单易行等特点，在光电领域、生物医学领域有着巨大的应用潜力。碳点是一类尺寸在10nm以下的零维碳纳米颗粒，其电子带隙结构在很大程度上受量子约束效应的影响。自2004年首次发现以来，碳点因其独特优势而受到巨大关注。一般从溶液中制备的碳点具有丰富的表面基团如含氧官能团、羧基和羟基等，且具有良好的水溶性，适合化学反应基团进行表面钝化和功能化。更重要的是，碳点的光学性质，如从深紫外到近红外的可调光致发光和特别有效的多光子上转换，可以通过它们的大小、形状、表面官能团和杂原子掺杂来调节。

近年来人们对制备不同颜色的碳点及其发光性能进行了一系列探究，取得了一些突破性的进展。从最早期制备出的发光颜色主要为蓝光的水溶性碳点，逐步发展为可见光范围内全色可调的固态碳点，更有研究表明已经制备出了具有分散态下发蓝光、而在聚集态下发红光的疏水碳点。但由于碳点存在明显的聚集诱导淬灭效应，因此在制备固态碳点的过程中还需发展更有效的途径，使得碳点在保持分散的同时，依然保持良好的发光性能和较高的荧光量子产率。

目前固态碳点的应用主要有两种制备方法：一是聚合物前体溶液与碳点前体试剂混合，通过水热法使溶液发生聚合反应，得到聚合物包覆的固态荧光碳点的一步法。二是将碳点溶液中提取出的固态碳点颗粒与聚合物溶液搅拌混合，倒入培养皿中加热干燥，得到固体荧光碳点薄膜的两步法。但两种方法都存在很多缺点：(1)制备方法复杂，步骤繁琐。(2)产量低，基本都以毫克为单位。(3)包覆过程不可控。(4)耗时长。(5)只能制备发出单色光的固体碳点，难以实现白光LED的应用。

因此这些缺点极大地阻碍了固态发光碳点的应用发展前景，目前只应用于生物，医学等微量使用的领域，难于商业化大规模量产。

在本文中，通过静电纺丝工艺构建了基于碳点和聚合物的二维固态碳点发光纤维薄膜。与相应的原始胶体碳点相比，由于电子-空穴的非辐射复合作用的减少，因此得到的二维固态碳点发光纤维薄膜呈现出大大增强的光致发光性能。由于抑制了碳点的自猝灭，在一定的激发波长下，光致发光的量子产率得到极大的提高。这在光学或光电设备中的LED器件，低度应急照明、消防安全标志，印刷涂布，液晶显示等领域具有巨大的应用潜力。

通过检索，用该方法制备碳点复合薄膜还未曾报道。

发明内容

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，而不超出本发明的构思与保护范围。

本发明的第一个方面提供了一种二维固态碳点发光薄膜，以碳点溶液为内核，以聚合物有机溶液为外壳，利用同轴静电纺丝制备得到二维固态碳点发光薄膜。

作为一种优选的技术方案，本发明中所述碳点溶液中至少包括碳点前体、第一溶剂；所述碳点前体的浓度为0.1-100mg/ml。