碳纳米材料的激光法制备及其紫外光学性能研究

发布时间：2017-10-16 13:18

  本文关键词：碳纳米材料的激光法制备及其紫外光学性能研究

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【摘要】：与有机荧光染料和半导体量子点相比,碳纳米材料作为一种新兴的荧光材料,具有稳定、耐光漂白、易制备,及低毒、绿色环保等优点,在光电子器件、生物标记、成像、分析检测等众多领域具有应用。由于其独特而新颖的性质和广泛的应用前景,吸引了越来越多科学家对其制备方法、性能、机理,以及应用拓展等方面的研究和探索,但目前所制得的碳点荧光多位于蓝色、绿色,及黄色等可见光区,且碳点荧光理论仍然存在较大争议。本论文在前人的基础上采用简单一步法制备出具有紫外、深紫外发光性能的荧光碳纳米材料,并对其发光特点、机理及影响因素进行了研究和探索。首先,以金属靶材、石墨粉为原料,通过液相激光辐照/烧蚀的简单一步法,快速、绿色的制备出纯净、水溶性好、稳定性好,具有紫外、深紫外发光性能的荧光碳点和荧光碳壳层纳米颗粒,且其发射峰不随激发波长的改变而改变。其次,通过改变激光波长、液相介质和表面活性剂浓度,在不同条件下制备出荧光碳点,结果表明,在激光通量为200 mJ/pulse,波长为523 nm的激光下制得的碳点尺寸较小;水介质中制得的碳点不具有荧光;氨水中制得的碳点荧光发生红移,位于425 nm的紫光区;随着表面活性剂浓度增加,碳点尺寸减小,当颗粒尺寸减小到一定程度时,会造成荧光蓝移,从370 nm的紫外区到达290 nm的深紫外区。根据实验分析,提出了该碳点紫外、深紫外发光的荧光机理。最后,通过在有机溶剂中,激光轰击不同金属靶材,制备出具有不同金属核心的碳壳层纳米颗粒。通过酸逐步刻蚀的方法,发现不同金属等离子体对碳壳层荧光增强效果不同,钒、铬、钛、铝四种金属对碳壳层荧光增强因子分别为2.58、4.85、3.79和3.85,并分析提出了金属核心与碳壳层荧光的表面增强机制。
【关键词】：液相激光法 碳点 核壳结构 紫外发光 影响因素 荧光机制
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-24
• 1.1 引言13
• 1.2 研究背景13-14
• 1.3 碳点结构和性质14-18
• 1.3.1 结构14-15
• 1.3.2 紫外吸收性质15
• 1.3.3 光致发光性质15-17
• 1.3.4 其他优异性质17-18
• 1.4 碳点制备方法18-22
• 1.4.1 液相激光烧蚀法19-21
• 1.4.2 液相激光辐照法21-22
• 1.5 碳点应用22-23
• 1.6 论文研究目的及意义23-24
• 第二章 样品制备和表征方法24-30
• 2.1 实验设备及原料24
• 2.2 实验装置24-27
• 2.2.1 碳点制备25
• 2.2.2 碳壳层纳米颗粒制备25-27
• 2.3 样品结构性能表征27-28
• 2.3.1 透射电子显微镜27-28
• 2.3.2 傅里叶红外28
• 2.4 样品光学性能表征28-30
• 2.4.1 紫外-可见吸收28-29
• 2.4.2 光致发光29-30
• 第三章 碳点的激光法制备和发光性能30-50
• 3.1 引言30
• 3.2 实验内容30-31
• 3.2.1 不同激光波长下制备荧光碳点30
• 3.2.2 不同液相介质中制备荧光碳点30-31
• 3.2.3 不同表面活性剂浓度下制备荧光碳点31
• 3.3 结果和讨论31-47
• 3.3.1 激光波长对碳点的影响32-36
• 3.3.2 液相介质对碳点的影响36-41
• 3.3.3 表面活性剂浓度对碳点的影响41-47
• 3.4 机理探讨47-48
• 3.4.1 液相激光辐照法制备碳点机理47
• 3.4.2 碳点荧光影响机理47-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第四章 碳壳层的激光法制备和发光性能50-66
• 4.1 引言50
• 4.2 实验内容50-51
• 4.2.1 荧光碳壳层纳米颗粒的制备50-51
• 4.2.2 酸刻蚀碳壳层纳米颗粒51
• 4.3 结果和讨论51-62
• 4.3.1 实验条件对产物影响52-53
• 4.3.2 碳壳层纳米颗粒性能表征53-57
• 4.3.3 酸刻蚀碳壳层纳米颗粒性能表征57-62
• 4.4 机理探讨62-64
• 4.4.1 液相激光烧蚀法制备碳壳层纳米颗粒机理62-63
• 4.4.2 金属对碳壳层荧光作用机理63-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第五章 结论和展望66-68
• 5.1 结论66-67
• 5.2 展望67-68
• 参考文献68-76
• 致谢76-77
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文77

【参考文献】

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1 ;One-step synthesis of fluorescent hydroxyls-coated carbon dots with hydrothermal reaction and its application to optical sensing of metal ions[J];Science China(Chemistry);2011年08期

2 刘培生;蔡伟平;罗向东;曾海波;景为平;徐炜炜;;液相激光烧蚀合成TiO_2纳米颗粒及其XPS研究[J];南通大学学报(自然科学版);2008年04期

3 赵瑜,李隆弟;罗丹明和荧光素类染料的固体基质室温q泄庋芯縖J];分析化学;1996年07期

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本文编号：1042884