CN103332676B - 一种碳量子点荧光材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种碳量子点荧光材料的制备方法，它包括：可点燃的植物叶片材料及助燃物、固体纤维吸附材料层、燃烧炉体；其特征是：燃烧炉体是由空气进气孔、燃烧室、废气排出孔构成，固体纤维吸附材料层置于废气排出孔处；当植物叶片材料燃烧时产生碳量子点荧光材料，其通过气体携带吸附于固体纤维吸附材料层中，固体纤维吸附材料置于水或溶剂中时，碳量子点荧光材料自行分离析出；本发明可以直接利用城市的垃圾落叶制备碳量子点荧光材料，其不需要任何的化学手段提取，吸附在固体纤维吸附材料层中的碳量子点荧光材料，便于运输、携带、无污染毒害，使用时通过水溶剂或静电释放，直接取出碳量子点荧光材料。

Description

一种碳量子点荧光材料的制备方法

技术领域

本发明属于纳米发光材料制备技术领域。

背景技术

碳量子点材料人们也称为纳米碳点材料，自被人们发现荧光特性后倍受注目，由于其获取简单、材料成本低廉，无毒、无害、无污染，人们希望其可以在光电器件、涂料、生物等领域广泛应用。现有碳量子点荧光材料制备主要方式主要有激光制备、化学制备、燃烧制备、微波制备等，它们在中国专利：201010502346.3、201210264411.2、201310052789.0、201010604139.9、201110049051.X、201210013473.6等中，都详尽阐述了各种制备方法与程序。它们制备方法的不足之处是成本高、程序复杂、有污染废弃物质排出、规模生产难度大。

本发明是利用植物的枯叶通过燃烧制备碳量子点荧光材料，使用固体纤维吸附材料吸附固定碳量子点荧光材料，需要时再通过液体释放。改变了现有技术使用化学或石墨或木碳类的材料制备方法，并通过化学合成手段提取固体物。本发明可以直接利用城市的垃圾落叶制备碳量子点荧光材料，其不需要任何的化学手段提取，吸附在固体纤维吸附材料层中的碳量子点荧光材料，便于运输、携带、无污染毒害，使用时通过水溶剂或静电释放，直接取出碳量子点荧光材料。

本发明可以广泛用于LED照明、发光显示、生物荧光标记、光转换剂、防伪荧光材料等领域。

发明内容

一种碳量子点荧光材料的制备方法，它包括：可点燃的植物叶片材料及助燃物、固体纤维吸附材料层、燃烧炉体； 其特征是：燃烧炉体是由空气进气孔、燃烧室、废气排出孔构成，固体纤维吸附材料层置于废气排出孔处；当植物叶片材料燃烧时产生碳量子点荧光材料，其通过气体携带吸附于固体纤维吸附材料层中，固体纤维吸附材料置于水或溶剂中时，碳量子点荧光材料自行分离析出。

本发明中的碳量子点制备方法属于燃烧方法的一种，燃烧温度在５００度左右，并使碳量子荧光材料瞬间形成，同时随空气气流在废气排出孔排出，碳颗粒吸附在纤维材料表面及内部，燃烧残渣留在燃烧室内。该方法获得的碳量子点荧光材料，在激发光365nm-520nm激发下，发出400nm-580nm荧光，平均颗粒粒径1-10纳米。可点燃的植物叶片材料，可以是干树叶、干草等，其轻便、易燃。当然其中可以含有纸、塑料等类生活废弃物，但这类物质多的时候会严重影响碳量子点的收集吸附。

本发明中的助燃物为蔗糖类材料或有机蛋白质类材料，它们主要来源于植物，其加入能够影响改变碳量子点荧光材料的发射光谱向长波移动。当本发明中的然助燃物也可以是其它物质，如：有机油类、脂类物质，因为它们燃烧过快，所以加入量要小，否则会使纳米颗粒变大，通常在20nm以下，如使用木质类材料，其燃烧会提高温度。

本发明中的固体纤维吸附材料层是由强静电吸附合成纤维构成，其对气体中碳量子点荧光材料有吸附作用。纤维可以是合成纤维或植物纤维，但人工合成纤维尤其适合材料的收集吸附，它们可以是醋酸纤维、丙纶纤维、聚酯纤维中的一种或多。纤维丝排列与空气流动方向一致，有利吸附与长时间使用。固体纤维吸附材料层可以在废气排出孔管壁，也可以遮盖废气排出孔。固体纤维吸附材料层应于燃烧室保持一定距离，或有隔热缓冲区域，否则会引燃固体纤维吸附材料层。固体纤维吸附材料层应该可以随时更换安装，反复使用。

本发明中的固体纤维吸附材料层，可以浸泡在液体中，如水、乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺等。碳量子点荧光材料会很快释放到液体中， 其在基本透明情况下产生发光，并且不会沉淀。固体纤维吸附材料层经处理、干燥后可以反复使用。

本发明中的碳量子点荧光材料在激发光365nm-520nm激发下，发出440nm-580nm荧光；不同的激发光对应不同的发射光峰值，如：激发光为365nm时，发射光峰值440nm显示颜色蓝色；激发光为380nm时，发射光峰值500nm显示颜色蓝绿色；激发光为420nm时，发射光峰值520nm显示颜色绿色； 激发光为440nm时，发射光峰值540nm显示颜色黄绿色；激发光为480nm时，发射光峰值560nm显示颜色黄色；激发光为500nm时，发射光峰值580nm显示颜色橙红色。

使用本发明要想获取高纯的碳量子点荧光材料，则应该先对树叶杂质清理，并完全干燥，粉碎成末，并压缩，使其燃烧均匀。

具体实施方式

一种碳量子点荧光材料的制备方法，它包括：可点燃的植物叶片材料及助燃物、固体纤维吸附材料层、燃烧炉体； 其特征是：燃烧炉体是由空气进气孔、燃烧室、废气排出孔构成，固体纤维吸附材料层置于废气排出孔处；当植物叶片材料燃烧时产生碳量子点荧光材料，其通过气体携带吸附过滤于固体纤维吸附材料层中，固体纤维吸附材料置于水或溶剂中时，碳量子点荧光材料自行分离析出。

本发明中的碳量子点制备方法属于燃烧方法的一种，燃烧温度在５００度左右，当然也可在300-500度，只要可以点燃基本材料植物叶片为条件，植物叶片或其它的参杂物应该干燥，植物的木质部分虽然也可以得到碳量子点，但它们的产出量低，同时燃烧时间长，温度高，其方法就是木碳提取法，消耗资源量大。其它参杂物少，有利与碳量子荧光材料瞬间形成，同时随空气气流在废气排出孔排出。空气进气孔保持畅通，有利于燃烧及空气流动，当然也可以在废气排出孔安装抽风机，协助空气流动。碳颗粒随空气吸附在纤维材料表面及内部，燃烧残渣留在燃烧室内。该方法获得的碳量子点荧光材料，在激发光365nm-520nm激发下，发出400nm-580nm荧光，平均颗粒粒径1纳米。可点燃的植物叶片材料，可以是干树叶、干草等，其轻便、易燃，它们的选择可以是街道、树林、田地中的废弃植物。当然其中可以含有纸、塑料等类生活废弃物，但这类物质多的时候会严重影响碳量子点的收集吸附。

本发明中的助燃物可以是多种类，以蔗糖类材料或有机蛋白质类材料为最佳，它们主要来源于植物，其加入会改变碳量子点荧光材料的发射光谱向长波移动。当然助燃物也可以是其它物质，本发明中的助燃物也可以是其它有机油类物质，因为它们燃烧过快，所以加入量要小，否则会使纳米颗粒变大，如使用木质类材料，其燃烧会提高温度。本发明中可以不加助燃物，其一样具备碳量子点发光效果。

本发明中的固体纤维吸附材料层是由强静电吸附合成纤维构成，其对气体中碳量子点荧光材料有吸附作用。纤维可以是合成纤维或植物纤维，但人工合成纤维尤其适合材料的收集吸附，它们可以是醋酸纤维、丙纶纤维、聚酯纤维中的一种或多。纤维丝排列与空气流动方向一致，有利吸附与长时间使用。固体纤维吸附材料层可以在废气排出孔管壁，也可以遮盖废气排出孔。固体纤维吸附材料层应于燃烧室保持一定距离，或有隔热缓冲区域，否则会引燃固体纤维吸附材料层。固体纤维吸附材料层应该可以随时更换安装。为了提高效率，可以在固体纤维吸附材料层外设置抽风装置。

本发明中的固体纤维吸附材料层，可以直接摘取运输，碳量子点材料不会因此发生变化。取用时，固体纤维吸附材料层可以浸泡在液体中，如水、乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺等，碳量子点荧光材料会很快释放到液体中， 液体的选择需要根据的固体纤维吸附材料成份决定，防止有机物质溶解的固体纤维吸附材料，其中水是最常用的。液体在基本透明情况下产生发光，并且不会沉淀。固体纤维吸附材料层在吸附后，可以先再包裹一层或多层纱布，后再浸泡液体中，液体通常为无色透明或黄褐色透明，通常浸泡24小时就可以释放出90%的碳量子点材料，其它杂质通常不会析出。

本发明中的碳量子点荧光材料在激发光365nm-520nm激发下，发出440nm-580nm荧光；不同的激发光对应不同的发射光峰值，如：激发光为365nm时，发射光峰值440nm显示颜色蓝色；激发光为380nm时，发射光峰值500nm显示颜色蓝绿色；激发光为420nm时，发射光峰值520nm显示颜色绿色； 激发光为440nm时，发射光峰值540nm显示颜色黄绿色；激发光为480nm时，发射光峰值560nm显示颜色黄色；激发光为500nm时，发射光峰值580nm显示颜色橙红色。

本发明优点在于

1） 本发明碳量子点荧光材料制备的方法，节约了现有木炭资源，减少了高成本的木材消耗，直接从城市街道、公园、田地的的废弃树叶、杂草中提取，有利于清洁环保。同时适合大规模生产，生产设备简单。

2） 本发明制备的碳量子点荧光材料方法简单方便，成本低廉，同时不需要其它的化学材料、化学方法制备提取。碳量子点荧光材料搜集方式简单，便于运输携带，同时过滤材料可以重复使用。本发明中的碳纳米点荧光材料具有良好的透明性、稳定性、耐候性及耐紫外线性，其在高温、低温均不会产生化学变化，同时成本低于现有技术。

3）本发明可以应用在照明、显示、装饰灯、荧光涂料、发光指示等领域中。同时本发明的碳量子点荧光材料可以用于光转换效率的提高，促进光电器件、植物生长的效率提高。本发明生产工艺简单，适合规模生产，产品分类简单，使用方便、适合各类人群的视觉习惯。

实施例

搜集公园中的落叶，干燥，粉碎。

干燥好的材料放入燃烧炉体中的燃烧室，空气由进气孔入，废气孔排出，固体纤维吸附材料层置于废气排出孔处遮盖；当植物叶片材料燃烧时产生碳量子点荧光材料，其通过气体携带吸附过滤于固体纤维吸附材料层中，固体纤维吸附材料层使用干燥的醋酸纤维。

制备结束后，固体纤维吸附材料置于水中时，碳量子点荧光材料自行分离析出,溶液为无色透明，其在400nm紫外光激发下发出500nm蓝绿色荧光。

在上面针对本发明较好的实施方式作了举例说明后，对本领域的技术人员来说应明白的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，对本发明所作的任何改变和改进都在本发明的范围内。

Claims (4)

1.一种碳量子点荧光材料的制备方法，它包括：可点燃的植物叶片材料及助燃物、固体纤维吸附材料层、燃烧炉体； 其特征是：燃烧炉体是由空气进气孔、燃烧室、废气排出孔构成，固体纤维吸附材料层置于废气排出孔处；植物叶片材料燃烧产生碳量子点荧光材料，其通过气体携带吸附于固体纤维吸附材料层中，固体纤维吸附材料置于水中，碳量子点荧光材料自行分离析出。

2.如权利要求1所述一种碳量子点荧光材料的制备方法，碳量子点荧光材料在激发光365nm-520nm激发下，发出400nm-580nm荧光，平均颗粒粒径1-10纳米。

3.如权利要求1所述一种碳量子点荧光材料的制备方法，助燃物为蔗糖类材料或蛋白质类材料，其加入改变碳量子点荧光材料的发射光谱向长波移动。

4.如权利要求1所述一种碳量子点荧光材料的制备方法，固体纤维吸附材料层是由强静电吸附合成纤维构成，其对气体中碳量子点荧光材料有吸附作用。