CN105662425B - 一种Cu2-xS自掺杂半导体光热材料及其在隐形指纹成像方面的应用 - Google Patents

一种Cu2-xS自掺杂半导体光热材料及其在隐形指纹成像方面的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于Cu2‑xS自掺杂半导体光热材料的隐形指纹成像方法。本发明利用烯丙基硫醇的聚合作用，对具有较高光热转换效率的Cu2‑xS自掺杂半导体材料的表面进行修饰，使其具有两亲性，能够选择性地吸附于隐形指纹上，并借助于近红外光辐射和近红外成像仪，实现了复杂背景下隐形指纹地清晰成像。此外，本发明利用Cu2‑xS‑CdSe@ZnS的纳米复合材料所构筑的一种荧光‑光热双模态成像方法，可以在实现指纹形貌成像完整的条件下，成功地检测到隐形指纹里含有的2,4,6‑三硝基甲苯等烈性爆炸品残留物，为侦察犯罪分子犯罪证据提供了有力的手段，能够在司法鉴定和反恐应用中发挥重要作用。

Description

一种Cu2-xS自掺杂半导体光热材料及其在隐形指纹成像方面 的应用
技术领域
本发明属于隐形指纹成像技术领域，特别涉及一种基于Cu2-xS自掺杂半导体光热材料及其在隐形指纹成像方面的应用。
背景技术
由于指纹是每个人独有的标记，因此隐形指纹的可视化及区别性研究，在司法鉴定和反恐应用中发挥了重要作用。此外，指纹中毒品代谢物的分泌和爆炸品的残留，为研究特定人群的行为提供了重要信息。时至今日，包括电化学、光学断层相干成像、质谱、红外和拉曼光谱等技术在内的方法，已被成功地应用于指纹成像和隐形指纹中违规毒品及爆炸品残留物的检测，但这些技术面临的主要问题是不能应用于犯罪现场的司法调查。而包括荧光成像、电场显微镜、共焦显微镜、色谱法在内的基于纳米颗粒的光学成像技术，虽然具有较高的选择性和便携性，但成像质量常常受到背景颜色以及自身荧光的干扰，只能在特定颜色的基板上实现隐形指纹的成像。
能够将电磁辐射转换为热能的功能材料，即光热功能材料，在光热成像方面具有重要的潜在应用价值，而材料来源丰富的Cu2-xS(Se)纳米颗粒以其高而稳定的光热转换效率成为备受青睐的光热功能材料。探索基于Cu2-xS自掺杂半导体光热材料在光热成像上的应用，引起了人们极大的兴趣，但是这种材料并没有被应用于隐形指纹的光热成像，主要原因是在有机相中合成的疏水性纳米颗粒不适用于结合指纹。因此，发展具有合适的表面性质和高而稳定的光热转换效率的Cu2-xS 纳米晶，是实现隐形指纹光热成像的重要前提，这也是本发明的意义和关键所在。
发明内容
本发明为满足隐形指纹成像的需求，特别设计了一种具有较高光热转换效率的Cu2-xS自掺杂半导体材料，可以吸收近红外甚至远红外光，并将吸收的光能转化为热能，可以应用于隐形指纹的光热成像。
本发明所述的基于Cu2-xS自掺杂半导体光热材料的隐形指纹成像方法，其具体步骤如下：
a.取有机相分散的Cu2-xS纳米颗粒，x＝0-1，其中Cu2-xS纳米颗粒含量为8-12mg，与2-6mg烯丙基硫醇混合并分散在1-2mL氯仿中，搅拌10-60min后加入 40-100μL浓度为0.5-1.0mg/mL的AIBN溶液；然后加入8-12mL浓度为 1.5-2.0mg/mL的SDS水溶液，冰浴下超声1-5min后，用365nm的光照射 5-20min并在常温下搅拌过夜，离心纯化后分散在1-2mL超纯水中即得基于 Cu2-xS自掺杂半导体光热材料分散液；
b.将指纹样品在28-35℃老化42-50h后，在指纹区域内加入100-300μL步骤a制得的基于Cu2-xS自掺杂半导体光热材料分散液，常温下孵化1-60min后移除多余液体；
c.最后样品在近红外光照射下，借助于近红外成像仪，实现隐形指纹的成像。
将上述步骤b加入的基于Cu2-xS自掺杂半导体光热材料分散液替换为体积比为1:2-2:1的Cu2-xS自掺杂半导体光热材料分散液与CdSe@ZnS量子点分散液得到的混合液，Cu2- xS自掺杂半导体光热材料与CdSe@ZnS量子点的质量比为 1:2-2:1，可实现含有2,4,6-三硝基甲苯爆炸品残留物的隐形指纹的检测与成像。
本发明的有益效果：本发明利用烯丙基硫醇的聚合作用，对具有较高光热转换效率的Cu2-xS自掺杂半导体材料的表面进行修饰，使其具有两亲性，能够选择性地吸附于隐形指纹上，并借助于近红外光辐射和近红外成像仪，实现了复杂背景下隐形指纹地清晰成像。与传统的荧光成像及新开发的成像方法相比，本发明在具有选择性和便携性的同时，消除了背景颜色和自身发光对隐形指纹成像质量的干扰，在复杂背景下的隐形指纹成像中具有明显优势，可以应用于犯罪现场的司法调查。此外，本发明中，利用Cu2-xS-CdSe@ZnS的纳米复合材料所构筑的一种荧光-光热双模态成像方法，可以在实现指纹形貌成像完整的条件下，成功地检测到隐形指纹里含有的2,4,6-三硝基甲苯等烈性爆炸品残留物，为侦察犯罪分子犯罪证据提供了有力的手段，能够在司法鉴定和反恐应用中发挥重要作用。
附图说明
图1：实施例1步骤a制得的基于Cu2-xS自掺杂半导体光热材料的透射电镜图。
图2：实施例1中不同取样得到的隐形指纹的光热成像图，a-d所对应的取样源分别为手机、优盘、大理石和透明胶带。
图3：实施例2中从胶带上取样含有TNT残留物的隐形指纹的绿色荧光图像(a、 b、c)和光热图像(a1、b1、c1)，a、b、c对应的TNT含量分别为0μg、5.6μg和 10.7μg。
具体实施方式
实施例1
a.取氯仿分散的Cu2-xS纳米颗粒，x＝0.25，其中Cu2-xS纳米颗粒含量为9.6mg，与4.5mg烯丙基硫醇混合并分散在1mL氯仿中，搅拌30min后加入70μL AIBN (0.5mg/mL)；然后加入10mL SDS水溶液中(1.8mg/mL)，冰浴下超声3min 后，用365nm的光照射10min并在常温下搅拌过夜，离心纯化后分散在2mL 超纯水中即得基于Cu2-xS自掺杂半导体光热材料分散液；
b.将指纹样品30℃老化48h后，在指纹区域内加入200μL步骤a制得的基于 Cu2-xS自掺杂半导体光热材料分散液，常温下孵化3min后移除多余液体。
c.在近红外光照射下，借助于近红外成像仪，实现隐形指纹的成像。
实施例2
将实施例1中步骤b加入的基于Cu2-xS自掺杂半导体光热材料分散液替换为体积比为1:1的Cu2-xS自掺杂半导体光热材料分散液与CdSe@ZnS量子点分散液得到的混合液，Cu2- xS自掺杂半导体光热材料与CdSe@ZnS量子点的质量比为1: 1，可实现含有2,4,6-三硝基甲苯爆炸品残留物的隐形指纹的成像。

Claims (2)

1.一种基于Cu2-xS自掺杂半导体光热材料的隐形指纹成像方法，其特征在于，其具体步骤如下：
a.取有机相分散的Cu2-xS纳米颗粒， x=0-1，其中Cu2-xS纳米颗粒含量为8-12mg，与2-6mg烯丙基硫醇混合并分散在1-2mL氯仿中，搅拌10-60min后加入40-100μL 浓度为0.5-1.0mg/mL 的AIBN溶液；然后加入8-12mL 浓度为1.5-2.0mg/mL 的SDS水溶液，冰浴下超声1-5min后，用365nm 的光照射5-20min并在常温下搅拌过夜，离心纯化后分散在1-2mL超纯水中即得基于Cu2-xS自掺杂半导体光热材料分散液；
b.将指纹样品在28-35℃老化42-50h后，在指纹区域内加入100-300μL步骤a制得的 基于Cu2-xS自掺杂半导体光热材料分散液，常温下孵化1-60min后移除多余液体；
步骤b处理过后的指纹样品在近红外光照射下，借助于近红外成像仪，实现隐形指纹的成像。
2.根据权利要求1所述的一种基于Cu2-xS自掺杂半导体光热材料的隐形指纹成像方法，其特征在于，步骤b中加入的基于Cu2-xS自掺杂半导体光热材料分散液替换为体积比为1:2-2:1的Cu2-xS自掺杂半导体光热材料分散液与CdSe@ZnS 量子点分散液得到的混合液，Cu2-xS自掺杂半导体光热材料与CdSe@ZnS 量子点的质量比为1:2-2:1，可实现含有2,4,6-三硝基甲苯爆炸品残留物的隐形指纹的检测与成像。
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