CN103183891A - 基于ZnO量子点的紫外吸收可见透明的有机玻璃及制备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于ZnO量子点的紫外吸收可见透明的有机玻璃及制备，属于功能材料制备技术领域，本发明将ZnO量子点加入到PMMA有机玻璃溶液中形成复合有机玻璃，本发明具有很强的吸收紫外光线功能，尤其对350nm以下的深紫外光线能够完全吸收，而且ZnO量子点的介入对PMMA有机玻璃的可见透明度并没有太大的影响，其在多个方面有潜在的应用：a.代替现流行的树脂镜片，能够有效地保护眼睛，防御紫外线的伤害；b.制成各种窗户玻璃，既保证可见光的透光率，而且具有很好的防紫外功能；c.在吸收紫外线的同时，还能够释放出可见荧光，在紫外探测以及能量转换方面也有应用潜力；此外，本发明制备工艺简易、可批量化，原料绿色无毒、价格低廉，具有很大的应用前景和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于ZnO量子点的紫外吸收可见透明的有机玻璃及制备，是一种具有防紫外功能的有机玻璃，属于功能材料制备技术领域。
背景技术
众所周知，具有较高能量的紫外光（尤其是深紫外光）对包含人类的生物体系有着重大的危害。然而，近几十年来，随着大气组成和臭氧层的变化，人们面临的紫外辐射强度越来越大，严重破坏了人们的眼睛、皮肤，生物圈的健康循环以及臭氧层的重构。人类的一些致命疾病与大量的紫外辐射息息相关，比如皮肤癌、黑色素瘤、免疫系统混乱等。因此，开发一个绿色安全的、可见透明的、能够与窗户、眼镜、布料等设备集成的紫外光线过滤材料是当前材料科学领域迫在眉睫的一个研究热点。
ZnO是一种新型的Ⅱ-Ⅵ族宽带隙半导体材料，室温下其禁（何意）带宽度约为3.37 eV，激子束缚能高达60 meV，具有优良而稳定的光、电性质。而且，其具有较高的等电点9.5，安全无毒，生物兼容性好，化学稳定性高，抗辐射能力强。此外，ZnO还具有生长温度低，原料充分价廉，制备简易、无污染，微/纳米单晶制备工艺日臻成熟等优点。特别是，ZnO量子点由于具有较强的量子尺寸效应和较大的比表面积，其带隙能够被有效地调控，展现出强烈的紫外吸收效率和可见透射效率。而且，由于表面缺陷能级的存在，ZnO量子点紫外吸收的能量能够高效地下转换为可见区的多色荧光。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于ZnO量子点的紫外吸收可见透明的有机玻璃及制备，通过本发明调控ZnO量子点的紫外吸收性能，并与广泛应用的有机透明玻璃复合制备出具有稳定、高效的紫外光阻滤功能的ZnO量子点基有机玻璃，使有机玻璃在具有可见透明的性能的同时，还能稳定、高效的拦截紫外光。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种基于ZnO量子点的紫外吸收可见透明的有机玻璃，其特征是，所述有机玻璃中含有超细的ZnO量子点。
基于ZnO量子点的紫外吸收可见透明的有机玻璃的制备，其特征是，所述制备依次包括以下步骤：
（1）制备超细的、形貌均一的ZnO量子点：
在每L无水乙醇中溶解0.022mol 的Zn(CH3COO)2·2H2O和0.086 mol的LiOH·H2O，在70 ℃下磁力搅拌2小时，得到直径为3-5nm的超细且形貌均一的ZnO量子点溶胶；
（2）对ZnO量子点进行表面修饰；
在每L ZnO量子点溶胶中分别加入0.5mL 3-（三甲氧基甲硅烷基）丙基丙烯酸酯（TPM）和2 mL 去离子水，超声10分钟后，室温下搅拌2小时，得到含有TPM 修饰的ZnO量子点溶胶。
（3）形成ZnO量子点基紫外吸收有机玻璃；
将密度为0.74 g/mL的每L三氯甲烷（THMs）中加入185g聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）颗粒，在常温下磁力搅拌90分钟，形成PMMA与THMs质量比为1：4的PMMA/THMs溶液；将上述（2）中的TPM /ZnO量子点溶胶加入到THMs溶解的PMMA溶液中，其体积比为1：7.5；磁力搅拌15分钟后倒入模具中，室温下自然干燥，直至成形并硬化，从模具中取出后得到ZnO量子点与PMMA的复合有机玻璃。
本发明利用ZnO量子点的制备工艺简单，制备时间短，可批量化生产，原材料无毒、低廉的优点，加入到PMMA有机玻璃溶液中形成复合有机玻璃。本发明具有很强的吸收紫外光线功能，尤其对350 nm以下的深紫外光线能够完全吸收，而且ZnO量子点的介入对PMMA有机玻璃的可见透明度并没有太大的影响，其在多个方面有潜在的应用：a. 用此玻璃代替现流行的树脂镜片，能够有效地保护眼睛，防御紫外线的伤害；b. 此玻璃制成各种窗户玻璃，既保证可见光的透光率，而且具有很好的防紫外功能；c. 此玻璃在吸收紫外线的同时，还能够释放出可见荧光，在紫外探测以及能量转换方面也有应用潜力；此外，该ZnO量子点基有机玻璃的制备工艺简易、可批量化，原料绿色无毒、价格低廉,可以与各种玻璃的成熟生产工艺集成；因此，该有机复合玻璃具有很大的应用前景和社会效益。
附图说明
图1为本发明能量色散光谱（EDX）验证了ZnO量子点已嵌入到PMMA中，形成了复合有机玻璃。
图2（a）、（b）为本发明PMMA薄膜和ZnO量子点PMMA薄膜的紫外-可见（a）透射光谱和（b）吸收光谱，吸收和透射光谱定量地表明该复合有机玻璃膜能够高效地吸收紫外光线，尤其是波长小于350 nm的深紫外光线能够完全被吸收，且ZnO量子点的介入对PMMA的可见透射效率（～90%）并没有很大的影响。
具体实施方式
结合附图和实施例进一步说明本发明，本发明涉及一种基于ZnO量子点的紫外吸收可见透明的有机玻璃及制备，所述有机玻璃中含有超细的ZnO量子点，如图1所示，本发明能量色散光谱（EDX）验证了ZnO量子点已嵌入到PMMA中，形成了复合有机玻璃。如图2所示，本发明PMMA薄膜和ZnO量子点PMMA薄膜的紫外-可见（a）透射光谱和（b）吸收光谱，吸收和透射光谱定量地表明该复合有机玻璃膜能够高效地吸收紫外光线，尤其是波长小于350 nm的深紫外光线能够完全被吸收，且ZnO量子点的介入对PMMA的可见透射效率（～90%）并没有很大的影响。
具体的生产方案是：（1）按所用材料的用量比1: 3.91: 45.45 (mmol: mmol: mL)，取2.2 mmol醋酸锌（Zn(CH3COO)2·2H2O）和8.6 mmol氢氧化锂（LiOH·H2O）溶解在100 mL无水乙醇中，并在70 ℃下磁力搅拌2小时，获得3-5nm超细且形貌均一的ZnO量子点溶胶。（2）按所用材料的容量比1: 4: 2 (μL: μL: mL)，取25 μL 3-（三甲氧基甲硅烷基）丙基丙烯酸酯（TPM）和100 μL去离子水分别加入50 mL上述ZnO量子点的溶胶中，超声10分钟后，室温下搅拌2小时，获得TPM 修饰的ZnO量子点溶胶。（3）将TPM/ZnO量子点均匀分散在有机玻璃溶胶中，烘干形成透明的复合薄膜。具体地，量取40 mL三氯甲烷（THMs，密度：0.74 g/mL）倒入烧杯中，加入7.4 g聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）粉末，并在常温下磁力搅拌90分钟，得到三氯甲烷溶解的PMMA溶液，将2 mL制得的TPM/ZnO 量子点的溶胶加入15 mL三氯甲烷溶解的PMMA溶液中，磁力搅拌15分钟后倒入特氟龙等材质的模具中，室温下自然干燥，直至薄膜成形并硬化，从模具中取出后得到ZnO量子点PMMA的复合有机玻璃膜。ZnO量子点的尺寸和结晶质量决定了紫外吸收效率和吸收带边，ZnO量子点在PMMA中的分散密度和均匀性直接影响着复合薄膜的紫外吸收和可见透射性能，因此上述生产过程中反应温度、反应时间、原料摩尔比等实验条件需要严格控制。
Claims (2)
1.一种基于ZnO量子点的紫外吸收可见透明的有机玻璃，其特征是，所述有机玻璃中含有超细的ZnO量子点。
2.基于ZnO量子点的紫外吸收可见透明的有机玻璃的制备，其特征是，所述制备依次包括以下步骤：
（1）制备超细的、形貌均一的ZnO量子点：
在每L无水乙醇中溶解0.022mol 的Zn(CH3COO)2·2H2O和0.086 mol的LiOH·H2O，在70 ℃下磁力搅拌2小时，得到直径为3-5 nm的超细且形貌均一的ZnO量子点溶胶；
（2）对ZnO量子点进行表面修饰；
在每L ZnO量子点溶胶中分别加入0.5mL 3-（三甲氧基甲硅烷基）丙基丙烯酸酯（TPM）和2 mL 去离子水，超声10分钟后，室温下搅拌2小时，得到含有TPM 修饰的ZnO量子点溶胶；
（3）形成ZnO量子点基紫外吸收有机玻璃；
将密度为0.74 g/mL的每L三氯甲烷（THMs）中加入185g聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）颗粒，在常温下磁力搅拌90分钟，形成PMMA与THMs质量比为1：4的PMMA/THMs溶液；将上述（2）中的TPM /ZnO量子点溶胶加入到THMs溶解的PMMA溶液中，其体积比为1：7.5；磁力搅拌15分钟后倒入模具中，室温下自然干燥，直至成形并硬化，从模具中取出后得到ZnO量子点与PMMA的复合有机玻璃。
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