CN118027505A - 一种可3d打印长寿命多色室温磷光材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本项目公开了一种可3D打印长寿命多色室温磷光材料及其制备方法。该方法包括：将魔芋多糖溶于纯水处理后，加入带硼酸基团的芳香环衍生物，在搅拌的作用下对魔芋多糖进行B‑O共价交联；将反应结束后得到的混合溶胶置入注射器静置消泡，在计算机控制程序的帮助下，通过3D直写打印机得到三维立体结构，冷冻干燥后实现立体磷光泡沫的制备。该制备过程简单快速、绿色环保、可完全生物降解，并且可通过不同规模的打印机实现不同规模的3D磷光物体的建造。制备出的3D磷光物体不仅具有长寿命磷光，而且具有高机械强度。本技术可有效改善室温磷光材料加工性能差的问题，是立体磷光器件应用发展的重要开端，为室温磷光材料的工业化生产提供新的方向。
Description
技术领域
本发明属于室温磷光技术领域，具体涉及一种可3D打印长寿命多色室温磷光材料及其制备方法。
背景技术
长余辉发光是一种光学现象，在去除激发源后，材料可以持续发光数秒、数分钟甚至数小时。目前，大多数商业化的长余辉发光材料仅限于无机体系，这些体系存在加工性差、成本高、毒性高和制备条件苛刻等问题。制备有机室温磷光材料是可解决上述问题的替代方案，可通过设计有机室温磷光材料的分子结构来增强其磷光性能。然而，目前所报道的有机室温磷光材料在应用方面主要局限于用粉末或油墨来打印二维图案，或用于制备平面结构，例如磷光纸或磷光膜。有报道通过物理混合或喷涂磷光材料在立体模型表面用于制备三维磷光材料，然而这些方法面临相分离、迁移、浸出和稳定性差等问题。因此，开发直接打印的具有宏观形状和高保真外观的3D室温磷光材料意义重大。魔芋多糖作为从魔芋块茎中分离的中性多糖，储量丰富、成本低、生物相容性好，独特的结构使魔芋多糖溶液具有高粘度和优异的流变性能，适用于3D打印。此外，冷冻干燥的魔芋多糖表现出极高的机械强度，可以保持印刷的高保真度，不易损坏。因此，我们认为魔芋多糖是通过3D打印构建长寿命且颜色可调的3D室温磷光材料的理想基质。本发明提出通过简单的硼-氧(B-O)共价交联，将改性后的魔芋多糖通过3D打印大规模制备成多色长寿命3D室温磷光材料，可大规模生产，具有一定的实用价值。
发明内容
为了赋予生物质室温磷光材料的实用价值和实现工业化生产，克服目前有机室温磷光材料存在的余辉颜色单一、制备过程复杂、无法直接进行3D塑形等问题，本发明的首要目标在于提供一种可3D打印的长寿命多色室温磷光材料。
本发明的另一目标在于克服上述现有技术的不足，提供一种可大规模3D打印的长寿命多色室温磷光材料的方法。该方法是利用简单的B-O共价交联对魔芋多糖进行改性，从而将魔芋多糖转化为可3D打印、长寿命多色余辉的室温磷光材料。重要的是，这一过程可以通过3D直写打印机实现大规模制备，不仅实现了魔芋多糖的高值化利用，而且可以通过各种规模的3D直写打印机进行立体室温磷光材料的制备。立体室温磷光材料具有广阔的应用范围，不仅可以制成磷光装饰品，还能额外提供防伪加密功能，具有重要的实际应用价值。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种大规模生产可3D打印长寿命多色室温磷光材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将1mg～1g硼酸基的芳环衍生物加入到魔芋多糖溶胶中，在加热的环境中通过B-O共价交联得到改性后的魔芋多糖溶胶。
步骤2：将上述得到的魔芋多糖溶胶分别通过3D直写打印机和冷冻干燥机进行3D打印和冷冻干燥，得到不同形状的长寿命多色立体磷光泡沫。
所述步骤1的加热时间为20min,加热温度为80℃
所述步骤2的立体磷光泡沫的质量不等，根据发色团共轭程度不同，立体磷光泡沫的颜色可覆盖整个可见光区域，可从蓝色调节到绿色再到红色。
大规模制备的多色立体磷光泡沫不仅可用于磷光装饰品，而且可以实现高维度的信息防伪和加密。
本发明具有如下有益效果：
1.本发明通过B-O共价交联，采用3D直写打印机通过计算机程序控制制备了长寿命的多色立体磷光泡沫，用作磷光装饰品和高维度防伪。本发明的优点是立体磷光泡沫本身没有颜色，加密的信息在日光和紫外光下不可见，移除激发光源后可以观察到加密信息，可应用于立体物体的信息防伪和加密。其次，利用3D打印工艺，立体磷光泡沫通过更大规模的3D打印机可以实现工业化大规模生产，实现了室温磷光材料在日常生活中的实际应用价值，也为生物质高值化利用提供新方向。
附图说明
图1 3D打印制备的长寿命多色立体磷光泡沫
图2 实施例1中长寿命多色立体磷光泡沫的归一化稳态光致发光和磷光光谱图
图3 实施例1中长寿命多色立体磷光泡沫的磷光衰减曲线
具体实施方式
实施例1
以魔芋多糖为原料，利用B-O共价交联对魔芋多糖进行改性，再经过3D打印技术获得多色的立体磷光泡沫，具体的立体磷光泡沫制备步骤如下：
称取魔芋多糖1.05g均匀分散在15mL水中，加入菲-9-硼酸10mg，在80℃的条件下反应20min,反应结束后，分别通过3D直写打印机和冷冻干燥机进行3D打印和冷冻干燥获得长寿命的立体绿色磷光泡沫。
实施例2
称取魔芋多糖1.05g均匀分散在15mL水中，加入3-联苯硼酸10mg，在80℃的条件下反应20min,反应结束后，分别通过3D直写打印机和冷冻干燥机进行3D打印和冷冻干燥获得长寿命的立体蓝色磷光泡沫。
实施例3
称取魔芋多糖1.05g均匀分散在15mL水中，加入1-芘硼酸21mg，在80℃的条件下反应20min,反应结束后，分别通过3D直写打印机和冷冻干燥机进行3D打印和冷冻干燥获得长寿命的立体红色磷光泡沫。
Claims (7)
1.一种可3D打印长寿命多色室温磷光材料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)称取一定量的魔芋多糖在适量水中均匀分散，以达到可3D打印的性能要求。
2)取步骤1)已处理好的魔芋多糖溶胶，加入带硼酸基的芳环衍生物，置于80℃条件下反应0.3h，反应结束后，形成的混合溶胶倒入注射器中，静置消泡备用。
3)将步骤2)中制备的均匀分散的混合溶胶通过3D直写打印机进行3D打印和冷冻干燥机进行冷冻干燥，得到长寿命的多色立体磷光泡沫。
2.根据权利要求1所述的一种可3D打印的长寿命多色室温磷光材料及其制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的溶胶为魔芋多糖溶胶。
3.根据权利要求1所述的一种可3D打印的长寿命多色室温磷光材料及其制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述可3D打印魔芋多糖溶胶的浓度为0.07g/mL-0.15g/mL。
4.根据权利要求1所述的一种可3D打印的长寿命多色室温磷光材料及其制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述带硼酸基的芳环衍生物为咔唑衍生物、氧芴衍生物、苯衍生物、四苯基乙烯衍生物、萘衍生物、联苯衍生物、菲衍生物、蒽衍生物及芘衍生物中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种可3D打印的长寿命多色室温磷光材料及其制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述魔芋多糖和带硼酸基的芳环衍生物的重量为1:1～1:10000。
6.根据权利要求1所述的一种可3D打印的长寿命多色室温磷光材料及其制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述3D直写打印机的打印速度为10mL/h。
7.根据权利要求1所述的一种可3D打印的长寿命多色室温磷光材料在信息加密、装饰品、防伪等领域中的应用。
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