具有激发波长依赖性荧光光谱的硅纳米颗粒的制备及其在防伪方面的应用

发布时间：2017-07-06 20:03

  本文关键词：具有激发波长依赖性荧光光谱的硅纳米颗粒的制备及其在防伪方面的应用

  更多相关文章： 硅纳米颗粒 禾本科植物 防伪 溶剂极性 光学性质

【摘要】：硅纳米颗粒是一种重要的零维硅纳米材料,它具有优异的光学性能。在过去的几十年中,硅纳米颗粒的合成方法得到了快速发展。可是大多数合成硅纳米颗粒的方法采用的硅源材料较为昂贵,并且在合成过程中还需要添加有机试剂辅助反应。此外,虽然科研工作者们发展了大量的制备硅纳米颗粒的方法,但是关于溶剂极性影响硅纳米颗粒光学性质的研究目前鲜有报道。本文以禾本科植物(稻壳、甘蔗、小麦)为反应前驱体,发展了一种“绿色”的化学合成方法,简便合成得到具有激发波长依赖性荧光光谱的硅纳米颗粒。制备得到的硅纳米颗粒具有良好晶型、强荧光(量子效率:~15%)以及小尺寸(~4 nm)。此外,这种硅纳米颗粒还具有良好的储存稳定性,在自然环境中放置1个月,仍能保持强而稳定的荧光。值得注意的是,这种硅纳米颗粒的荧光光谱具有激发波长依赖性。当激发波长从300 nm变化到500 nm时,最大发射波长从~430nm红移至~550 nm。我们进一步证明,这种硅纳米颗粒可以作为一种新型的荧光墨水,应用于防伪方面。我们用这种硅纳米颗粒溶液对图案以及羽毛进行染色,当采用不同波长的光源照射时,图案或羽毛会显示不同颜色的荧光。我们不仅研究了硅纳米颗粒在水溶液中的光学性质,还继续探讨了在不同极性溶剂中制备得到的硅纳米颗粒的光学性质。在相同的实验条件(160 oC/8 h)下,不同的极性溶剂环境中,可以制备得到尺寸不同的硅纳米颗粒,尺寸变化范围在3.8~5.2 nm。透射电镜结果表明在丙酮溶剂(极性经验参数ET(30)=41.3)中制备的硅纳米颗粒尺寸为3.8±0.4 nm;在二甲基亚砜溶剂中(ET(30)=45.1)制备的硅纳米颗粒的尺寸为4.8±0.3 nm;在乙酸溶剂中(ET(30)=51.7)制备的硅纳米颗粒的尺寸为5.2±0.3 nm;在乙二醇溶剂中(ET(30)=56.3)制备的硅纳米颗粒的尺寸为5.0±0.3 nm;在水相(ET(30)=63.1)中制备的硅纳米颗粒的尺寸为4.0±0.2 nm。我们进一步研究了不同溶剂极性对硅纳米颗粒光学性质的影响。在420nm的激发光照射下,丁酮溶剂中合成的硅纳米颗粒的最大发射波长为480 nm(量子效率:7%);二甲基亚砜溶剂中合成的硅纳米颗粒的最大发射波长为510 nm(量子效率:3%);乙酸溶剂中合成的硅纳米颗粒的最大发射波长为620 nm(量子效率:8%);乙二醇溶剂中合成的硅纳米颗粒的最大发射波长为525 nm(量子效率:5%);水相中合成的硅纳米颗粒的最大发射波长为490 nm(量子效率:19%)。此外,在不同极性的溶剂中制备得到的荧光硅纳米颗粒均具有良好的光稳定性,用大功率的紫外灯对这几种硅纳米颗粒溶液照射150 min后,样品的荧光强度能保持原始强度的87%~95%。研究结果表明禾本科植物可以作为一种廉价的反应前驱体,制备得到具有激发波长依赖性荧光光谱的硅纳米颗粒,为制备硅纳米颗粒提供了新的绿色渠道。此外我们进一步研究了溶剂极性对硅纳米颗粒光学性质产生的影响,为调控硅纳米颗粒的荧光量子效率提供了重要信息。
【关键词】：硅纳米颗粒 禾本科植物 防伪 溶剂极性 光学性质
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.2;TB383.1
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 引言10-25
• 1.1 硅纳米颗粒的合成方法10-14
• 1.1.1 “自上而下”法制备硅纳米颗粒10-12
• 1.1.2 “自下而上”法制备硅纳米颗粒12-13
• 1.1.3 前驱体的分解和自组装13
• 1.1.4 传统合成硅纳米颗粒的方法的优势和缺点13-14
• 1.2 硅纳米颗粒的表面修饰14-17
• 1.3 防伪的应用17-19
• 1.4 本文的研究意义及主要研究内容19-20
• 1.4.1 立题依据及意义19
• 1.4.2 主要研究内容19-20
• 参考文献20-25
• 第二章 用稻壳、甘蔗、小麦秆制备荧光硅纳米颗粒25-54
• 2.1 前言25
• 2.2 实验部分25-29
• 2.2.1 材料、试剂与仪器25-27
• 2.2.2 实验步骤27-29
• 2.3 结果与讨论29-48
• 2.4 结论48
• 参考文献48-54
• 第三章 荧光硅纳米颗粒在防伪方面的应用54-70
• 3.1 前言54-55
• 3.2 实验部分55-56
• 3.2.1 材料、试剂与仪器55
• 3.2.2 实验步骤55-56
• 3.3 结果与讨论56-66
• 3.3.1 PL表征56-62
• 3.3.2 FTIR表征62-64
• 3.3.3 细胞毒性测试64
• 3.3.4 硅纳米材料的防伪应用64-66
• 3.4 结论66-67
• 参考文献67-70
• 第四章 溶剂极性对荧光硅纳米颗粒的光学性质产生的影响70-84
• 4.1 前言70-71
• 4.2 实验部分71-73
• 4.2.1 材料、试剂与仪器71
• 4.2.2 实验步骤71-73
• 4.3 结果与讨论73-80
• 4.3.1 PL光谱表征73-76
• 4.3.2 光稳定性研究76-77
• 4.3.3 TEM表征77-80
• 4.4 结论80-81
• 参考文献81-84
• 第五章 总结与展望84-86
• 5.1 论文总结84-85
• 5.2 研究展望85-86
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文86-87
• 致谢87-88

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本文编号：527592