CN113912050B - 石墨烯量子点及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于量子点工艺技术领域，具体涉及一种石墨烯量子点及其加工方法。该石墨烯量子点的加工方法包括如下步骤：提供初始石墨烯量子点；在催化剂条件下，用氢气对所述初始石墨烯量子点进行刻蚀处理。该加工方法不仅可以除去石墨烯量子点中sp3杂化碳原子，提高石墨烯量子点的导电性，而且可以有效避免石墨烯量子点材料在处理过程易团聚的缺陷，从而提升石墨烯量子点材料的导电性、量子效率和发光纯度，提高石墨烯量子点材料的光电性能；该加工方法操作简单、成本低廉、环境友好，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于量子点工艺技术领域，具体涉及一种石墨烯量子点及其加工方法。
背景技术
量子点材料由于其独特的光学性能，被认为在光电显示、医疗监测、生物传感器等领域有广泛的应用，并成为研究热点。但是，传统的量子点材料中含有Cd、Te等重金属元素，不仅成本高昂，还具有较强的生物毒性；另一方面，传统的量子点材料在制备过程中需要严格控制体系的水分及氧气含量，这给量子点材料的合成设备及工艺提出了严苛的要求。上述两个方面限制了量子点材料的应用及发展。
近年来，各种环境友好，造价低廉的新型量子点材料被陆续开发出来，以石墨烯量子点为代表的碳基量子点材料以其荧光性能稳定、反应活性低、水溶性良好、生物毒性微弱等特点，被认为是潜在的新型光电材料。目前，以天然石墨为原料，经过氧化、撕裂分散、还原等操作，高效地制备出石墨烯量子点材料。但是，天然石墨经过氧化后，部分sp2杂化的碳原子被氧化成sp3杂化结构，并且在后续还原过程中，sp3杂化碳原子无法有效地转变为sp2杂化，这使得现有技术制备的石墨烯量子点存在缺陷，材料的力学、光学、电学性能低于预期。
因此，现有技术有待改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯量子点及其加工方法，旨在解决如何提高石墨烯量子点的光电性能的技术问题。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种石墨烯量子点的加工方法，包括如下步骤：
提供初始石墨烯量子点；
在催化剂条件下，用氢气对所述初始石墨烯量子点进行刻蚀处理。
本发明的石墨烯量子点的加工方法是对初始石墨烯量子点进行后处理的方法，是在催化剂条件下用氢气对初始石墨烯量子点进行刻蚀；具体地，采用氢气为刻蚀剂，通过催化剂催化作用，使氢气产生氢自由基，并与石墨烯量子点材料中的sp3杂化碳原子反应，生成有机小分子气体(如甲烷)，从而除去石墨烯量子点中sp3杂化碳原子，减少因sp3杂化降低石墨烯量子点的导电性的缺陷，而且可以有效避免石墨烯量子点材料在处理过程易团聚的缺陷，从而提升石墨烯量子点材料的导电性、量子效率和发光纯度，提高石墨烯量子点材料的光电性能。该加工方法操作简单、成本低廉、环境友好，具有广泛的应用前景。
本发明还提供一种石墨烯量子点，所述石墨烯量子点由本发明所述的石墨烯量子点的加工方法加工得到。
本发明提供的石墨烯量子点由本发明特有的石墨烯量子点的加工方法加工得到，因此，该石墨烯量子点具有更好导电性、量子效率和发光纯度，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例的石墨烯量子点的加工方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一方面，本发明实施例提供了一种石墨烯量子点的加工方法，如图1所示，该制备方法包括如下步骤：
S01：提供初始石墨烯量子点；
S02：在催化剂条件下，用氢气对所述初始石墨烯量子点进行刻蚀处理。
本发明实施例的石墨烯量子点的加工方法是对初始石墨烯量子点进行后处理的方法，是在催化剂条件下用氢气对初始石墨烯量子点进行刻蚀；具体地，采用氢气为刻蚀剂，通过催化剂催化作用，使氢气产生氢自由基，并与石墨烯量子点材料中的sp3杂化碳原子反应，生成有机小分子气体(如甲烷)，从而除去石墨烯量子点中sp3杂化碳原子，减少因sp3杂化降低石墨烯量子点的导电性的缺陷，而且可以有效避免石墨烯量子点材料在处理过程易团聚的缺陷，从而提升石墨烯量子点材料的导电性、量子效率和发光纯度，提高石墨烯量子点材料的光电性能。该加工方法操作简单、成本低廉、环境友好，具有广泛的应用前景。
碳原子外层有1个s轨道，3个p轨道，共4个成键轨道。sp2杂化是碳原子中的一个s轨道，2个p轨道互相融合，得到3个新的成键轨道；sp3杂化是碳原子中的一个s轨道，3个p轨道互相融合，得到4个新的成键轨道。sp2杂化的碳原子，未杂化的p轨道上有一个单电子，可以与相邻的sp2杂化的碳原子上的单电子形成离域π键(离域π键上的电子可以自由移动，类似金属材料的自由电子)，因此，sp2杂化碳原子具有良好的载流子迁移率；同时，sp2杂化的碳原子之间成键，除了两个sp2杂化轨道形成一个σ键外，还形成了离域π间(可以理解成碳碳双键)，而sp3杂化的碳原子之间只能形成的一个σ键，键能较小，化学活性较高。因此，本发明实施例中，氢气产生的氢自由基会优选与sp3杂化碳原子反应。
理论上，石墨烯中全部碳原子均采用sp2方式杂化，但实践中存在sp3杂化碳原子，sp3杂化碳原子由于不能形成离域π键，从而降低石墨烯载流子迁移率低，而且sp3杂化碳原子越多，石墨烯具有导电性越差的缺陷；而本发明实施例的加工过程中，氢气产生的氢自由基优先与sp3杂化碳原子反应，去除石墨烯中的sp3杂化碳原子，从而可以保护sp2杂化的碳原子，从而提高了石墨烯的导电性。而石墨烯一般在≥800℃的高温条件下易团聚，本发明实施例中通过引入催化剂，可以降低氢气中的H-H键断裂的阈值，促进氢自由基形成，从而可以有效地降低氢气的刻蚀反应温度，并提升刻蚀反应速度，从而避免了石墨烯量子点材料在高温下发生团聚。
上述步骤S01中：提供初始石墨烯量子点可以是以天然石墨为原料制备的石墨烯量子点材料。本发明实施例的加工方法，可以除去该石墨烯量子点中sp3杂化碳原子，减少量子点材料中的缺陷，从而提高石墨烯量子点的光电性能。
上述步骤S02即为氢气对初始石墨烯量子点的刻蚀过程，本发明实施例的加工方法通过引入催化剂，降低氢气中的H-H键断裂的阈值，促进氢自由基形成，可以有效地降低氢气的刻蚀反应温度，并提升刻蚀反应速度。
在一个实施例中，催化剂为金属纳米颗粒，具体可以是铜纳米颗粒、金纳米颗粒、铂纳米颗粒和铑纳米颗粒中的至少一种；进一步地，催化剂的选自粒径为10～30nm金属纳米颗粒。
进一步地，初始石墨烯量子点与催化剂的质量比例为100:1～10。两者比例过小，催化剂用量大，生产成本变高，且后续纯化难度增大，不利于生产进行。两者比例过大，催化效果不理想，生产效率下降，不利于生产进行。
在一个实施例中，在催化剂条件下，用氢气对所述初始石墨烯量子点进行刻蚀处理的步骤包括：将所述初始石墨烯量子点和所述催化剂混合后进行球磨处理，然后通入氢气进行刻蚀反应。
将初始石墨烯量子点和催化剂混合后进行球磨处理，可以使两者混合更佳充分，更好地催化氢气反应。球磨处理可以在球磨罐中，球磨处理过程中可以加入锆珠。具体地，上述锆珠的粒径分布范围为0.6～2mm，粒径过小，锆珠动能小，无法有效地混合球磨罐内材料，粒径过大，锆珠在球磨罐中存在研磨死角，混合效果变差。进一步地，上述初始石墨烯量子点与锆珠重量比例范围为1:50～300，两者比例过高，球磨效果不理想，两者比例过低，合成效率低，不利于产业化。
在一个实施例中，所述球磨处理的速度为500rpm～1500rpm；球磨转速过低，球磨效率低，导致生产周期变长；转速过高，球磨迅速产生大量的热量，体系温度剧烈上升，同时，生产过程的能耗增加，成本上升。进一步地，球磨处理的时间为10min～30min；球磨时间过短，混合不均匀，影响后续生产；球磨时间过长，生产周期变长，不利于工业化生产。
球磨处理后，可以对球磨后的混合物通入氢气进行刻蚀反应。
在一个实施例中，刻蚀反应可以在惰性气氛中进行，如氮气或氩气等惰性气体。具体地，将球磨后的混合物置于管式炉中，将上述氮气或惰性气体通入管式炉内，通入流量范围为0.5～3L/min，氮气或惰性气体流量过低，炉体内排空气耗时较长，生产效率较低。氮气或惰性气体气氛流量过高，部分石墨烯量子点材料被气流吹走，并导致产率下降。
更进一步地，按所述初始石墨烯量子点的质量与所述氢气的流量比为1g:0.1～2L/min，通入所述氢气。如初始石墨烯量子点比例过大，反应体系内氢气较少，无法完全除去初始石墨烯量子点中sp3杂化的碳原子，量子点材料的光电性能提升效果不显著。初始石墨烯量子点比例过小，反应过程中浪费大量氢气，且部分量子点材料易被气流带走，从而生产成本升高，产率下降，不利于工业化应用。
在一个实施例中，所述刻蚀反应的温度为300～600℃；刻蚀反应温度过低，反应体系内氢自由基数量少，反应过程缓慢，生产周期长；刻蚀反应温度过高，量子点材料容易发生团聚，影响材料的光电性能。更进一步地，所述刻蚀反应的时间为10～30min。刻蚀反应时间过短，无法完全除去石墨烯量子点材料中sp3杂化碳原子，刻蚀反应时间过长，效率下降，生产成本增加。
在一个实施例中，所述刻蚀处理的步骤之后，还包括：将所述刻蚀处理后的产物加入溶剂中，进行超声处理，然后固液分离，得到石墨烯量子点粉末。该步骤即为对加工后的石墨烯量子点材料纯化、收集过程。
其中，所述溶剂为水；将刻蚀处理后的产物加入溶剂后的浓度为10～100mg/ml。浓度过高，催化剂与石墨烯量子点材料的分离效果不好，目标产物纯度较低；浓度过低，则提纯效率低，不利于生产。上述超声处理目的是使催化剂与加工后的石墨烯量子点材料分离，两者之间通过物理吸附结合，超声处理可以撕裂物理吸附，从而达到分离效果；然后进一步离心分离，得到加工后的石墨烯量子点材料。进一步地，所述超声处理的时间为10～40min，这样可以使催化剂与加工后的石墨烯量子点材料分离效果更佳。
另一方面，本发明实施例还提供一种石墨烯量子点，所述石墨烯量子点由本发明实施例所述的石墨烯量子点的加工方法加工得到。
本发明实施例提供的石墨烯量子点由本发明实施例特有的石墨烯量子点的加工方法加工得到，因此，该石墨烯量子点具有更好导电性、量子效率和发光纯度，具有广泛的应用前景。
在一个具体实施例中，一种石墨烯量子点的加工方法，包括如下步骤：
(1)石墨烯量子点材料、催化剂混合过程
称取一定量石墨烯量子点材料、金属纳米颗粒催化剂、锆珠依次加入球磨罐中，并搅拌均匀。接着，将球磨罐固定在球磨机上，确保球磨罐密封性良好。启动球磨机，并在恒定转速下运行一段时间，确保量子点材料与催化剂混合均匀。待球磨罐冷却至室温后，打开球磨罐，并将球磨罐中的混合物转移至325目的筛网中，过筛除去锆珠，得到均匀的量子点、催化剂混合物。
(2)石墨烯量子点材料刻蚀过程
将上述(1)中得到的量子点、催化剂混合物转移至管式马弗炉中，持续通入保护气体30min，除去炉体内的空气。接着，在保护气氛下，升温至预设温度，并持续通入氢气，刻蚀反应一段时间，反应结束后，将炉温将至室温，并取出反应产物。
(3)石墨烯量子点材料纯化、收集过程
将炉体中移出的反应产物转移至烧杯中，加入适量的去离子水，超声处理10min，加速催化剂与石墨烯量子点材料分离。待超声完成，将液体转移至离心管中，2000rpm离心处理5min。接着，收集离心管上层液体，继续超声处理30min，确保催化剂与石墨烯量子点材料完全分离。超声处理完成后，将液体转移至离心管中，5000rpm离心处理5min，并收集上层液。最后，将上层液转移至干燥箱中，真空干燥并得到石墨烯量子点粉末。上述第一次离心是初提纯，第二次离心是精提纯，两次超声、离心操作是为了确保石墨烯量子点材料与催化剂完全分离。
上述加工方法通过引入催化剂，降低了氢气中的H-H键断裂的阈值，促进氢自由基形成，可以有效地降低氢气的刻蚀反应温度，并提升刻蚀反应速度。这避免了石墨烯量子点材料在高温下易团聚的缺陷。同时，该加工方法操作简单、成本低廉、环境友好，适合工业化生产，在显示器件领域及照明技术领域中具有广泛的应用前景。
本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。
实施例1
石墨烯量子点的加工方法：
(1)石墨烯量子点材料、催化剂混合过程
称取10g石墨烯量子点材料、200mg粒径为15nm的铜催化剂、500g粒径为1mm的锆珠依次加入500ml的球磨罐中，并搅拌均匀。接着，将球磨罐固定在球磨机上，确保球磨罐密封性良好。启动球磨机，并在500rpm下球磨15min。待球磨罐冷却至室温后，打开球磨罐，并将球磨罐中的混合物转移至325目的筛网中，过筛除去锆珠，得到均匀的量子点、催化剂混合物。
(2)石墨烯量子点材料刻蚀过程
将(1)中得到的石墨烯量子点、催化剂混合物转移至管式马弗炉中，通入氩气作保护气体，调节氩气流量至1.5L/min，并持续30min，完全除去炉体内的空气。接着，调节氩气流量至800ml/min，并升温至500℃。将管式炉气氛切换为氢气，并调节氢气流量至2L/min，恒温、恒流反应30min。反应结束后，将管式炉气体切换为氩气，调节流量至800ml/min，待炉温将至室温后，并取出反应产物。
(3)石墨烯量子点材料纯化、收集过程
将炉体中移出的反应产物转移至500ml容量的烧杯中，加入200ml去离子水，超声处理10min。超声处理完成，将液体转移至50ml离心管中，2000rpm离心处理5min。接着，收集离心管上层液体，并转移至500ml容量的烧杯中，继续超声处理30min。超声处理完成后，将液体转移至50ml的离心管中，5000rpm离心处理5min，并收集上层液。最后，将上层液转移至干燥箱中，真空干燥并得到石墨烯量子点粉末。
实施例2
一种石墨烯量子点的加工方法：
(1)石墨烯量子点材料、催化剂混合过程
称取10g石墨烯量子点材料、200mg粒径为10nm的铂催化剂、500g粒径为1mm的锆珠依次加入500ml的球磨罐中，并搅拌均匀。接着，将球磨罐固定在球磨机上，确保球磨罐密封性良好。启动球磨机，并在500rpm下球磨15min。待球磨罐冷却至室温后，打开球磨罐，并将球磨罐中的混合物转移至325目的筛网中，过筛除去锆珠，得到均匀的量子点、催化剂混合物。
(1)石墨烯量子点材料刻蚀过程
将(1)中得到的石墨烯量子点、催化剂混合物转移至管式马弗炉中，通入氩气作保护气体，调节氩气流量至1.5L/min，并持续30min，完全除去炉体内的空气。接着，调节氩气流量至800ml/min，并升温至500℃。将管式炉气氛切换为氢气，并调节氢气流量至2L/min，恒温、恒流反应10min。反应结束后，将管式炉气体切换为氩气，调节流量至800ml/min，待炉温将至室温后，并取出反应产物。
(3)石墨烯量子点材料纯化、收集过程
将炉体中移出的反应产物转移至500ml容量的烧杯中，加入200ml去离子水，超声处理10min。超声处理完成，将液体转移至50ml离心管中，2000rpm离心处理5min。接着，收集离心管上层液体，并转移至500ml容量的烧杯中，继续超声处理30min。超声处理完成后，将液体转移至50ml的离心管中，5000rpm离心处理5min，并收集上层液。最后，将上层液转移至干燥箱中，真空干燥并得到石墨烯量子点粉末。
实施例3
一种石墨烯量子点的加工方法：
(1)石墨烯量子点材料、催化剂混合过程
称取10g石墨烯量子点材料、200mg粒径为10nm的铑催化剂、500g粒径为1mm的锆珠依次加入500ml的球磨罐中，并搅拌均匀。接着，将球磨罐固定在球磨机上，确保球磨罐密封性良好。启动球磨机，并在500rpm下球磨15min。待球磨罐冷却至室温后，打开球磨罐，并将球磨罐中的混合物转移至325目的筛网中，过筛除去锆珠，得到均匀的量子点、催化剂混合物。
(2)石墨烯量子点材料刻蚀过程
将(1)中得到的石墨烯量子点、催化剂混合物转移至管式马弗炉中，通入氩气作保护气体，调节氩气流量至1.5L/min，并持续30min，完全除去炉体内的空气。接着，调节氩气流量至800ml/min，并升温至350℃。将管式炉气氛切换为氢气，并调节氢气流量至2L/min，恒温、恒流反应30min。反应结束后，将管式炉气体切换为氩气，调节流量至800ml/min，待炉温将至室温后，并取出反应产物。
(3)石墨烯量子点材料纯化、收集过程
将炉体中移出的反应产物转移至500ml容量的烧杯中，加入200ml去离子水，超声处理10min。超声处理完成，将液体转移至50ml离心管中，2000rpm离心处理5min。接着，收集离心管上层液体，并转移至500ml容量的烧杯中，继续超声处理30min。超声处理完成后，将液体转移至50ml的离心管中，5000rpm离心处理5min，并收集上层液。最后，将上层液转移至干燥箱中，真空干燥并得到石墨烯量子点粉末。
实施例4
一种石墨烯量子点的加工方法：
(1)石墨烯量子点材料、催化剂混合过程
称取10g石墨烯量子点材料、200mg粒径为10nm的铑催化剂、500g粒径为1mm的锆珠依次加入500ml的球磨罐中，并搅拌均匀。接着，将球磨罐固定在球磨机上，确保球磨罐密封性良好。启动球磨机，并在500rpm下球磨15min。待球磨罐冷却至室温后，打开球磨罐，并将球磨罐中的混合物转移至325目的筛网中，过筛除去锆珠，得到均匀的量子点、催化剂混合物。
(2)石墨烯量子点材料刻蚀过程
将(1)中得到的石墨烯量子点、催化剂混合物转移至管式马弗炉中，通入氩气作保护气体，调节氩气流量至1.5L/min，并持续30min，完全除去炉体内的空气。接着，调节氩气流量至800ml/min，并升温至500℃。将管式炉气氛切换为氢气，并调节氢气流量至2L/min，恒温、恒流反应10min。反应结束后，将管式炉气体切换为氩气，调节流量至800ml/min，待炉温将至室温后，并取出反应产物。
(3)石墨烯量子点材料纯化、收集过程
将炉体中移出的反应产物转移至500ml容量的烧杯中，加入200ml去离子水，超声处理10min。超声处理完成，将液体转移至50ml离心管中，2000rpm离心处理5min。接着，收集离心管上层液体，并转移至500ml容量的烧杯中，继续超声处理30min。超声处理完成后，将液体转移至50ml的离心管中，5000rpm离心处理5min，并收集上层液。最后，将上层液转移至干燥箱中，真空干燥并得到石墨烯量子点粉末。
实施例5
一种石墨烯量子点的加工方法：
(1)石墨烯量子点材料、催化剂混合过程
称取10g石墨烯量子点材料、500mg粒径为15nm的铜催化剂、500g粒径为1mm的锆珠依次加入500ml的球磨罐中，并搅拌均匀。接着，将球磨罐固定在球磨机上，确保球磨罐密封性良好。启动球磨机，并在500rpm下球磨15min。待球磨罐冷却至室温后，打开球磨罐，并将球磨罐中的混合物转移至325目的筛网中，过筛除去锆珠，得到均匀的量子点、催化剂混合物。
(2)石墨烯量子点材料刻蚀过程
将(1)中得到的石墨烯量子点、催化剂混合物转移至管式马弗炉中，通入氩气作保护气体，调节氩气流量至1.5L/min，并持续30min，完全除去炉体内的空气。接着，调节氩气流量至800ml/min，并升温至500℃。将管式炉气氛切换为氢气，并调节氢气流量至2L/min，恒温、恒流反应10min。反应结束后，将管式炉气体切换为氩气，调节流量至800ml/min，待炉温将至室温后，并取出反应产物。
(3)石墨烯量子点材料纯化、收集过程
将炉体中移出的反应产物转移至500ml容量的烧杯中，加入200ml去离子水，超声处理10min。超声处理完成，将液体转移至50ml离心管中，2000rpm离心处理5min。接着，收集离心管上层液体，并转移至500ml容量的烧杯中，继续超声处理30min。超声处理完成后，将液体转移至50ml的离心管中，5000rpm离心处理5min，并收集上层液。最后，将上层液转移至干燥箱中，真空干燥并得到石墨烯量子点粉末。
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 (6)
1.一种石墨烯量子点的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供初始石墨烯量子点；
在催化剂条件下，用氢气对所述初始石墨烯量子点进行刻蚀处理；
所述催化剂选自铜纳米颗粒、金纳米颗粒、铂纳米颗粒和铑纳米颗粒中的至少一种，所述催化剂催化所述氢气产生氢自由基与所述初始石墨烯量子点中的sp3杂化碳原子反应以去除sp3杂化碳原子；
其中，所述刻蚀处理的步骤包括：将所述初始石墨烯量子点和所述催化剂混合后进行球磨处理，然后按所述初始石墨烯量子点的质量与所述氢气的流量比为1g:0.1~2 L/min，通入所述氢气进行刻蚀反应；所述刻蚀反应在惰性气氛中进行；所述刻蚀反应的温度为300~600℃，所述刻蚀反应的时间为10~30 min，所述初始石墨烯量子点与所述催化剂的质量比例为100:1~10。
2. 如权利要求1所述的石墨烯量子点的加工方法，其特征在于，所述催化剂的粒径为10~30 nm。
3. 如权利要求1所述的石墨烯量子点的加工方法，其特征在于，所述球磨处理的速度为500 rpm~1500 rpm；和/或，
所述球磨处理的时间为10 min~30 min；和/或，
所述球磨处理过程中加入了锆珠。
4.如权利要求1-3任一项所述的石墨烯量子点的加工方法，其特征在于，所述刻蚀处理的步骤之后，还包括：将所述刻蚀处理后的产物加入溶剂中，进行超声处理，然后离心分离，得到加工后的石墨烯量子点。
5.如权利要求4所述的石墨烯量子点的加工方法，其特征在于，所述溶剂为水；和/或，
将所述刻蚀处理后的产物加入溶剂后的浓度为10~100 mg/ml；和/或，
所述超声处理的时间为10~40min。
6.一种石墨烯量子点，其特征在于，所述石墨烯量子点由权利要求1-5任一项所述的石墨烯量子点的加工方法加工得到。
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Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008101094A (ja) * | 2006-10-18 | 2008-05-01 | Shimane Pref Gov | 蛍光材料の製造方法 |
| CN102020240A (zh) * | 2009-09-09 | 2011-04-20 | 中国科学院金属研究所 | 一种具有边界选择性的裁剪石墨烯的方法 |
| KR20130050167A (ko) * | 2011-11-07 | 2013-05-15 | 삼성전자주식회사 | 그래핀 양자점의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 그래핀 양자점 |
| CN103613093A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-03-05 | 黄德欢 | 一种用氢气还原制备石墨烯的方法 |
| WO2014176519A1 (en) * | 2013-04-25 | 2014-10-30 | University Of North Dakota | Graphene quantum dots and method of making |
| CN104555998A (zh) * | 2013-10-17 | 2015-04-29 | 延世大学校产学协力团 | 氢表面处理石墨烯、其形成方法及包含该石墨烯的电子设备 |
| CN104787756A (zh) * | 2015-04-07 | 2015-07-22 | 上海大学 | 石墨烯量子点的宏量制备方法 |
| CN104843681A (zh) * | 2015-04-07 | 2015-08-19 | 上海大学 | 可控尺寸石墨烯量子点的宏量制备方法 |
| CN105452163A (zh) * | 2013-08-16 | 2016-03-30 | 印度马德拉斯理工学院 | 石墨烯量子点、其复合材料及其制备方法 |
| WO2017032330A1 (zh) * | 2015-08-25 | 2017-03-02 | 深圳粤网节能技术服务有限公司 | 不同含氧量的石墨烯量子点的制备方法、石墨烯量子点和荧光材料 |
| KR20170082680A (ko) * | 2016-01-06 | 2017-07-17 | 한양대학교 산학협력단 | 그래핀 양자점과 그 제조 방법 및 이를 이용한 발광 소자 |
| CN107601466A (zh) * | 2017-10-12 | 2018-01-19 | 青岛科技大学 | 一种尺寸均匀的石墨烯量子点的制备方法及其应用 |
| CN108155350A (zh) * | 2016-12-02 | 2018-06-12 | 华为技术有限公司 | 一种功能化石墨烯复合材料及其制备方法和应用 |
| CN108190868A (zh) * | 2018-03-06 | 2018-06-22 | 绍兴文理学院 | 一种石墨烯材料的制备方法 |
| KR20180091569A (ko) * | 2017-02-07 | 2018-08-16 | 주식회사 가온인터내셔널 | 그래핀을 이용한 패턴 제조 방법 |
| US20190031906A1 (en) * | 2017-07-28 | 2019-01-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of preparing graphene quantum dot, hardmask composition including the graphene quantum dot obtained by the method, method of forming pattern using the hardmask composition, and hardmask formed from the hardmask composition |
-
2020
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Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008101094A (ja) * | 2006-10-18 | 2008-05-01 | Shimane Pref Gov | 蛍光材料の製造方法 |
| CN102020240A (zh) * | 2009-09-09 | 2011-04-20 | 中国科学院金属研究所 | 一种具有边界选择性的裁剪石墨烯的方法 |
| KR20130050167A (ko) * | 2011-11-07 | 2013-05-15 | 삼성전자주식회사 | 그래핀 양자점의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 그래핀 양자점 |
| WO2014176519A1 (en) * | 2013-04-25 | 2014-10-30 | University Of North Dakota | Graphene quantum dots and method of making |
| CN105452163A (zh) * | 2013-08-16 | 2016-03-30 | 印度马德拉斯理工学院 | 石墨烯量子点、其复合材料及其制备方法 |
| CN104555998A (zh) * | 2013-10-17 | 2015-04-29 | 延世大学校产学协力团 | 氢表面处理石墨烯、其形成方法及包含该石墨烯的电子设备 |
| CN103613093A (zh) * | 2013-11-25 | 2014-03-05 | 黄德欢 | 一种用氢气还原制备石墨烯的方法 |
| CN104787756A (zh) * | 2015-04-07 | 2015-07-22 | 上海大学 | 石墨烯量子点的宏量制备方法 |
| CN104843681A (zh) * | 2015-04-07 | 2015-08-19 | 上海大学 | 可控尺寸石墨烯量子点的宏量制备方法 |
| WO2017032330A1 (zh) * | 2015-08-25 | 2017-03-02 | 深圳粤网节能技术服务有限公司 | 不同含氧量的石墨烯量子点的制备方法、石墨烯量子点和荧光材料 |
| KR20170082680A (ko) * | 2016-01-06 | 2017-07-17 | 한양대학교 산학협력단 | 그래핀 양자점과 그 제조 방법 및 이를 이용한 발광 소자 |
| CN108155350A (zh) * | 2016-12-02 | 2018-06-12 | 华为技术有限公司 | 一种功能化石墨烯复合材料及其制备方法和应用 |
| KR20180091569A (ko) * | 2017-02-07 | 2018-08-16 | 주식회사 가온인터내셔널 | 그래핀을 이용한 패턴 제조 방법 |
| US20190031906A1 (en) * | 2017-07-28 | 2019-01-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of preparing graphene quantum dot, hardmask composition including the graphene quantum dot obtained by the method, method of forming pattern using the hardmask composition, and hardmask formed from the hardmask composition |
| CN107601466A (zh) * | 2017-10-12 | 2018-01-19 | 青岛科技大学 | 一种尺寸均匀的石墨烯量子点的制备方法及其应用 |
| CN108190868A (zh) * | 2018-03-06 | 2018-06-22 | 绍兴文理学院 | 一种石墨烯材料的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113912050A (zh) | 2022-01-11 |
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