CN111154195A - 一种复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合材料的制备方法，所述制备方法包括提供聚苯乙烯，将所述聚苯乙烯进行加热处理；再进行冷却处理，即制备得到所述复合材料。以聚苯乙烯作为原材料和基体，采用一步热处理法，保证聚苯乙烯能够快速进行反应，快速、直接在聚苯乙烯基体中生成生长碳点，该制备方法为固相加热制备法，没有额外的有机溶剂影响复合材料的特性；简便快捷，原材料来源广泛，条件易控，制备得到的复合材料具有荧光特性，且容易加工成型，易于实现规模化生产，有利于复合材料广泛应用。

Description

一种复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及纳米材料复合领域，尤其涉及一种复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
碳量子点(Carbon Quantum Dots,CQD)是由分散的类球状碳颗粒组成，尺寸极小(在10nm以下)，具有荧光性质的新型纳米碳材料。自从碳量子点2004年被首次发现以来，由于碳量子点具有优秀的光学性质、良好的水溶性、低毒性、环境友好、原料来源广、成本低、生物相容性好等诸多优点，在材料制备领域受到了广泛的关注，在医学成像技术、环境监测、化学分析、催化剂制备、能源开发等许多的领域都有较好的应用前景。
目前，根据碳源的不同，碳量子点的合成方法可以大致地分为“自上而下”(Top-down)合成法和“自下而上”(Bottom-up)合成法。“自上而下”合成法是指将大尺寸的碳源通过物理或者化学的方法剥离出尺寸很小的碳量子点。利用“自上而下”合成法合成碳量子点的碳源一般为碳纳米管、碳纤维、石墨棒、碳灰和活性炭等，通过电弧放电、激光销蚀、电化学合成等手段将这些富碳物质进行分解并最终形成碳量子点。用“自下而上”法合成碳量子点，多采用有机小分子或低聚物作为碳源，常用的有柠檬酸、葡萄糖、聚乙二醇、尿素、离子液体等。常见的“自下而上”合成方法有化学氧化法、燃烧法、水热/溶剂热法、微波合成法、模板法等。
目前基于碳点复合材料的制备主要是在溶液中制得，为了得到固相的碳点材料通常需要在制得碳点后去掉溶液，再将其分散于固态基体中。这类制备方法比较繁琐，成本较高，而且溶液也会影响形成的固态材料的性能，不利于碳点材料在各个领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合材料及其制备方法和应用，旨在解决现有技术中制备碳点复合材料的方法繁琐的问题。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
提供聚苯乙烯，将所述聚苯乙烯进行加热处理；
再进行冷却处理，即制备得到所述复合材料；
其中，所述加热处理的温度为200～340℃。
相应的，还提供了一种复合材料，所述复合材料包括碳点和聚苯乙烯，其中，所述碳点包裹在所述聚苯乙烯里面。
以及，所述复合材料制备方法得到的复合材料或所述的复合材料在在光电器件、发光器件、检测等领域的应用。
本发明提供的复合材料的制备方法，以聚苯乙烯作为原材料和基体，采用一步热处理法，在200～340℃温度下进行加热，通过加热处理，保证聚苯乙烯能够快速进行反应，快速、直接在聚苯乙烯基体中生长碳点，直接制备得到复合材料，该制备方法为固相加热制备法，没有额外的有机溶剂影响复合材料的特性；简便快捷，原材料来源广泛，条件易控，制备得到的复合材料具有荧光特性，且容易加工成型，易于实现规模化生产，有利于复合材料广泛应用。
本发明提供的复合材料，所述复合材料包括碳点和聚苯乙烯，其中，所述复合材料是以聚苯乙烯为基体，碳点均匀包裹在所述聚苯乙烯里面，复合材料具有荧光特性，同时能够广泛应用各领域。
本发明提供的所述复合材料制备方法得到的复合材料或所述的复合材料具有荧光特性，且制备工艺方便快捷，容易加工成型，易于实现规模化生产，在在光电器件、发光器件、检测等领域可广泛应用。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的复合材料的透射电子显微镜的照片。
图2是本发明实施例2提供的复合材料的透射电子显微镜的照片。
图3是本发明实施例1提供的复合材料的产品图。
图4是本发明实施例1提供的复合材料的荧光图谱。
图5是本发明实施例2提供的复合材料的产品图。
图6是本发明实施例2提供的复合材料的荧光图谱。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明实例提供一种复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S01.提供聚苯乙烯，将所述聚苯乙烯进行加热处理；
S02.再进行冷却处理，即制备得到所述复合材料；
其中，所述加热处理的温度为200～340℃。
本发明实施例以聚苯乙烯作为原材料和基体，采用一步热处理法，在200～340℃温度下进行加热，通过加热处理，保证聚苯乙烯能够快速进行反应，快速、直接在聚苯乙烯基体中生长碳点，直接制备得到复合材料，该制备方法为固相加热制备法，没有额外的有机溶剂影响复合材料的特性；简便快捷，原材料来源广泛，条件易控，制备得到的复合材料具有荧光特性，且容易加工成型，易于实现规模化生产，有利于复合材料广泛应用。
在上述步骤S01中，提供聚苯乙烯，聚苯乙烯是由苯乙烯单体聚合而成的聚合物，主链为饱和碳链，侧基为共轭苯环。
进一步，将所述聚苯乙烯进行加热处理，通过进行加热处理，使部分聚苯乙烯直接转化为碳点。在这种情况下，采用固相加热制备法，碳点直接在聚苯乙烯基体中生成，没有额外的有机溶剂影响复合材料的特性，一步处理制备得到复合材料，简便快捷，原材料来源广泛，条件易控。
由于聚苯乙烯的热性能较高，其转化温度(Tg)为80～105℃，当加热温度高于转化温度，聚苯乙烯在高于转化温度的温度条件下可较易进行转化，转化成弹性较高的聚苯乙烯材料。具体的，控制所述加热处理的温度为200～340℃，保证聚苯乙烯能够快速进行反应，快速、直接在聚苯乙烯基体中生长碳点。若加热温度过低，一方面过低温度的加热处理无法生成碳点，另一方面反应速率非常慢，无法快速生成碳点，影响反应速率；若加热温度过高，则会造成聚苯乙烯降解过多，无法直接生长碳点形成复合材料。
进一步优选的，将所述聚苯乙烯进行加热处理的步骤中，所述加热处理的温度为300～340℃。控制加热处理的温度为300～340℃，在此温度下进行加热反应，碳点生长速度较快，制备得到复合材料效率更高。
优选的，将所述聚苯乙烯进行加热处理的步骤中，所述加热处理的时间为1～80分钟。当控制所述加热处理的温度为200～340℃的条件下对聚苯乙烯进行加热处理，即可快速生长碳点，制备得到复合材料。根据加热处理的时间长短，可控制生长得到复合材料中碳点的含量。若加热时间较长，则复合材料中碳点的含量较多；若加热时间较短，则复合材料中碳点的含量较少。根据所需要的复合材料中碳点的含量进一步控制加热处理的时间即可。
进一步优选的，在将所述聚苯乙烯进行加热处理的步骤中，当所述加热处理的温度为300～340℃，控制所述加热处理时间为5～30分钟。在上述温度条件下加热处理上述时间，可保证制备得到的碳点含量适中、碳点分散均匀，制备得到复合材料效率更高，应用领域更广。
在上述步骤S02中，将加热处理得到的复合材料进行冷却处理，即制备得到所述复合材料。优选的，将加热处理得到的复合材料进行自然冷却至室温即制备得到所述复合材料。
在一些实施例中，提供聚苯乙烯，将所述聚苯乙烯在340℃温度下进行加热处理20分钟；再进行冷却处理，即制备得到所述复合材料，所述碳点的质量含量为20％，所述复合材料的颜色为淡黄色，光致发光最佳激发波长为370nm。
在另一些实施例中，提供聚苯乙烯，将所述聚苯乙烯在340℃温度下进行加热处理30分钟；再进行冷却处理，即制备得到所述复合材料，所述碳点的质量含量为33％，所述复合材料的颜色为红棕色，光致发光最佳激发波长为390nm。
相应的，本发明实施例还提供了一种复合材料，所述复合材料包括碳点和聚苯乙烯，其中，所述碳点包裹在所述聚苯乙烯里面。
本发明提供的复合材料，所述复合材料包括碳点和聚苯乙烯，其中，所述复合材料是以聚苯乙烯为基体，碳点包裹在所述聚苯乙烯里面，复合材料具有荧光特性，同时能够广泛应用各领域。
优选的，所述碳点的尺寸为2～8nm。控制碳点的尺寸为2～8nm，碳点包裹在所述聚苯乙烯里面，保证复合材料具有较强的荧光特性。
优选的，所述碳点的质量含量为0.1％～99％。其中，复合材料中碳点的含量的不同，所述复合材料的颜色及最佳激发波长也有所不同。随着复合材料中碳点的含量越高，所述复合材料的颜色越深。进一步的，随着复合材料中碳点的含量越高，所述复合材料的光致发光最佳激发波长越长。
本发明实施例提供的所述复合材料制备方法得到的复合材料或所述的复合材料具有荧光特性，且制备工艺方便快捷，容易加工成型，易于实现规模化生产，在在光电器件、发光器件、检测等领域可广泛应用。
相应的，本发明还提供一种所述复合材料制备方法得到的复合材料或所述的复合材料在在光电器件、发光器件、检测等领域的应用。
下面以具体实施例进一步进行说明。
实施例1
提供聚苯乙烯，将所述聚苯乙烯在340℃温度下进行加热处理20分钟；再进行冷却处理，即制备得到所述复合材料。
实施例2
提供聚苯乙烯，将所述聚苯乙烯在340℃温度下进行加热处理30分钟；再进行冷却处理，即制备得到所述复合材料。
结果分析
对上述实施例1制备得到的复合材料利用透射电子显微镜进行分析：图1为实施例1制备得到的复合材料利用透射电子显微镜的照片，如图1所示，该复合材料中有分布均匀的碳点。图2为实施例1制备得到的复合材料的产品图，由图2可得，实施例1制备得到的复合材料的颜色为淡黄色，经检测，所述碳点的质量含量为20％。图3为实施例1制备得到的复合材料的荧光图谱，由图3可得，所述实施例1制备得到的复合材料的光致发光最佳激发波长为370nm。
对上述实施例2制备得到的复合材料利用透射电子显微镜进行分析：图2为实施例2制备得到的复合材料利用透射电子显微镜的照片，如图2所示，该复合材料中有分布均匀的碳点。图4为实施例2制备得到的复合材料的产品图，由图4可得，实施例2制备得到的复合材料的颜色为红棕色，经检测，所述碳点的质量含量为33％。图5为实施例2制备得到的复合材料的荧光图谱，由图5可得，所述实施例2制备得到的复合材料的光致发光最佳激发波长为390nm。
本发明使用聚苯乙烯作为原材料和基体，采用一步热处理法制备复合材料。本发明的碳点直接在聚苯乙烯基体中生成，方法简单快捷，没有额外的有机溶剂影响复合材料的特性。原材料来源广泛，制备得到的复合材料具有荧光特性，且容易加工成型，具有广泛的应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
提供聚苯乙烯，将所述聚苯乙烯进行加热处理；
再进行冷却处理，即制备得到所述复合材料；
其中，所述加热处理的温度为200～340℃。
2.根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于，将所述聚苯乙烯进行加热处理的步骤中，所述加热处理的时间为1～80分钟。
3.根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于，将所述聚苯乙烯进行加热处理的步骤中，所述加热处理的温度为300～340℃。
4.根据权利要求3所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述加热处理的时间为5～30分钟。
5.根据权利要求1～4任一所述的复合材料的制备方法，其特征在于，
提供聚苯乙烯，将所述聚苯乙烯在340℃温度下进行加热处理20分钟；
再进行冷却处理，即制备得到所述复合材料。
6.根据权利要求1～4任一所述的复合材料的制备方法，其特征在于，
提供聚苯乙烯，将所述聚苯乙烯在340℃温度下进行加热处理30分钟；
再进行冷却处理，即制备得到所述复合材料。
7.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料包括碳点和聚苯乙烯，其中，所述碳点包裹在所述聚苯乙烯里面。
8.如权利要求7所述的复合材料，其特征在于，所述碳点的尺寸为2～8nm。
9.如权利要求7或8所述的复合材料，其特征在于，以所述复合材料的质量为100％，所述碳点的质量含量为0.1％～99％。
10.权利要求1～6任一所述复合材料制备方法得到的复合材料或权利要求7～9任一所述的复合材料在在光电器件、发光器件、检测等领域的应用。
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