[发明专利]一种基于微流控气喷制备碳量子点的方法

说明书

一种基于微流控气喷制备碳量子点的方法，配制碳量子点前驱体溶液；利用高精度微流泵将前驱体溶液匀速注入到微流体芯片组合通道中，利用加热平台加热反应，最后通过喷雾干燥系统将反应得到的碳量子点溶液雾化，雾化后的碳量子点溶液与喷雾干燥系统中的热空气接触，溶剂汽化，即得到干燥产品。此发明的核心是在微尺度环境下通过微通道导管的设计和通道末端外场的调节精确操控流体从而实现碳点的连续化制备。同时配合喷雾干燥系统将碳量子点溶液经雾化后，在与热空气的接触中，水分迅速汽化，可快速得到干燥粉末碳量子点产品。此套工艺流程相比于传统的碳量子点制备可将间歇式制备过程变为连续式制备具有较强的推广和应用价值。

技术领域

本发明涉及一种碳量子点的方法，尤其涉及一种能够连续化基于微流控气喷制备碳量子点的方法。

技术背景

碳量子点是具有2～5nm尺寸的真正意义上的荧光纳米颗粒，其粒径可调且原料温和，产物无毒。量子点能够非常好的运用于光学器件，作为背光源能够有效提高显示设备的色域水平。同时由于碳量子点表面丰富的官能团以及纳米尺寸效应能够对树脂基材进行增强，大幅提高其拉伸强度基于和弯曲强度，是碳材料领域研究的重点。

目前碳量子点的合成多采用的是水热法、碳化法等不能够实现连续化制备，且所得产物多数不为固体粉末。如CN103274388B中所述的荧光碳量子点的制备方法是采用的高温灼烧碳化得到，虽然所得产物为固体粉末但产物杂志较多需要后续的溶解、过滤、离心等纯化处理，较为繁琐。而CNCN111977645A中所述的一种碳量子点及其制备方法是是采用的反应釜聚合得到，虽然产物较为纯洁但是所得产物为碳量子溶液限制了其应用范围。本发明能够弥补上述不足，开发出一种宏量制备碳量子点的方法，通过串联微流控芯片反应系统与气喷制粉单元搭建微流控气喷设备，实现了高纯度碳量子点粉末的宏量制备。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供了一种基于微流控气喷制备碳量子点的方法。此发明的核心是在微尺度环境下通过微通道导管的设计和通道末端外场的调节精确操控流体从而实现碳点的连续化制备。同时配合喷雾干燥系统将碳量子点溶液经雾化后，在与热空气的接触中，水分迅速汽化，可快速得到干燥粉末碳量子点产品。此套工艺流程相比于传统的碳量子点制备可将间歇式制备过程变为连续式制备具有较强的推广和应用价值。

本发明的技术方案如下：一种基于微流控气喷制备碳量子点的方法，其具体步骤为：配制碳量子点前驱体溶液；利用高精度微流泵将前驱体溶液按一定的速度匀速注入到微流体芯片组合通道中，利用加热平台给予一定的反应温度完成反应，最后通过喷雾干燥系统将反应得到的碳量子点溶液雾化，雾化后的碳量子点溶液与喷雾干燥系统中的热空气接触，溶剂汽化，即得到干燥的碳量子点粉体产品。

优选所述的碳量子点前驱体溶液的质量浓度为1％～10％；其中前驱体为柠檬酸，或者是柠檬酸和尿素、乙二胺、苯酚或聚乙烯醇中的一种按照摩尔比1:(0.5～1)比例的混合物；所述的溶剂一般为去离子水。

优选高精度微流泵采购自美国Corsolutions公司，响应时间(低于40ms)，流量精度达0.2％，采用流量控制和压力控制两种模式，通常流量控制在5～60毫升/分钟；

优选所述的微流体芯片组合通道的形状为十字形型、圆形或直线；通道直径0.05-1mm，通道深度0.05-1mm，通道总长度10-30cm。微流体芯片组合通道可以自制，一般采用常州精华数控设备有限公司的数控雕刻机(JK-40M)在亚克力、聚四氟乙烯、不锈钢、铝基材板上进行雕刻得到。

优选所述的加热平台是采用电热铁加热，反应温度为120-300℃。

喷雾干燥平台是采用美国APVANHYDOR公司的装置，以70～200大气压的压力，将碳量子点溶液通过雾化器(喷枪)，雾化成80～200目的雾状微粒与100～150℃的热空气直接接触，进行热交换，完成干燥。

优选所制备的碳量子点粉体的发射波长在420～540nm之间，粒径为2～5nm。