纳米碳点的合成、荧光性质及其LED应用研究

发布时间：2017-07-08 04:11

  本文关键词：纳米碳点的合成、荧光性质及其LED应用研究

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【摘要】：荧光碳点作为一种新型的碳纳米发光材料,以其优异的生物相容性、良好的发光性能、简单的合成工艺、低廉的成本等优点受到广泛关注,在生物荧光标定、医学传感器以及发光器件等方面具有广阔的应用潜力。荧光碳点内部多为石墨晶体结构,其电子传输跃迁特性与传统半导体量子点有差别,一般认为其荧光行为与传统半导体量子点不同,目前对于荧光碳点的发光机理还未有统一的认识,表面能级发光理论被认为是最具科学性的理论之一,所以对其内部晶体的结构以及表面基团分析对其发光机理研究具有重要意义。同时,荧光碳点作为新一代绿色纳米材料的代表,其合成方法与制备原料的“绿色性”还有许多亟需改进之处。本文在水热与热解合成体系下,探究使用绿色环保的前驱体合成单分散性好、量子产率高、色域宽的高性能荧光碳点,同时研究了其结构和荧光机理,我们还利用制备的高性能荧光碳点与稀土发光材料制成具有高显色指数的紫外激发光致发光白光LED,主要工作如下：1.采用水热法,利用柠檬酸为唯一碳源,以氨水为反应修饰剂,合成具有结晶性优良、单分散性好、宽色域、量子产率高的水溶性氨调制荧光碳点。通过高分辨透射电镜(HRTEM)研究,碳点单分散性良好,平均直径为3nm。根据对二维晶格间距以及夹角的精确测量确定结构为石墨2H晶体结构,通过傅里叶红外光谱(FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)探究了其表面官能团。通过对比实验发现含N官能团的加入对碳点的荧光增强起到了关键的作用,根据能带理论建立了有关C-N以及表面缺陷吸收发射的电子跃迁能级模型,为荧光碳点的发光机理提供了一个合理的解释。2.利用高温热解的方法,以尿素或柠檬酸＆尿素为原料制备具有良好结晶性和单分散性的荧光碳点。此方法用料廉价,反应时间短,实验条件简单,不需要复杂的制备设备。我们对热解柠檬酸尿素制备的碳点的晶体结构进行了深入的分析,经过PDF卡片比对与原子结构模拟发现其结构PDF#89-848775-162189-7213的graphite 2H结构的晶面间距、晶面夹角等数据吻合自洽。同时对它们光学性能进行探究,发现在发射光谱随激发光谱红移的现象,与单一热解尿素不同的是在330-370nm红移不明显,在380-390nm红移明显,我们尝试了用第一章提出的表面能级跃迁模型解释了所制备的荧光碳点荧光发射光谱的红移现象。3.采用方法1制备的高性能的荧光碳点,使用乙醇作为分散剂与树脂胶混合,结合稀土发光材料(SrSi2O2N2:Eu和Sr2Si5N8:Eu)作为绿色和红色发光组分,制成高性能紫外激发WLED,在100mA的电流驱动下发出明亮的暖白光,其CIE色坐标为(0.33,0.37)、色温5447K、Ra值为95,其中R9=97,拓展了荧光碳点的应用。
【关键词】：水热法 热解法 碳点 WLEDs 发光机理
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TN312.8
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-10
• Abstract10-17
• 第一章 绪论17-28
• 1.1 引言17
• 1.2 荧光碳点的合成方法17-20
• 1.2.1 自上而下的合成方法17-19
• 1.2.2 自下而上的合成方法19-20
• 1.3 碳点的荧光机理20-23
• 1.4 碳点的应用23-26
• 1.4.1 生物成像以及药物运输23-24
• 1.4.2 传感器24-25
• 1.4.3 LED器件25-26
• 1.5 本论文的立题意义26-28
• 第二章 水热法氨调制荧光碳点的合成与荧光机理研究28-46
• 2.1 引言28-29
• 2.2 实验部分29-32
• 2.2.1 实验药品与仪器29-30
• 2.2.2 氨调制荧光碳点的合成30
• 2.2.3 实验表征手段30-32
• 2.3 结果与讨论32-45
• 2.3.1 荧光碳点的结构与形貌表征32-37
• 2.3.2 荧光碳点的光学性质37-38
• 2.3.4 不同合成条件对荧光碳点的光学性质影响38-43
• 2.3.5 荧光碳点荧光机制的研究与表面电子能级跃迁模型的建立43-45
• 2.4 本章小结45-46
• 第三章 热解法荧光碳点的合成与表征46-58
• 3.1 引言46
• 3.2 实验部分46-48
• 3.2.1 实验药品和仪器46-47
• 3.2.2 高温热解尿素制备荧光碳点47-48
• 3.2.3 高温热解柠檬酸&尿素制备荧光碳点48
• 3.3 实验结果与讨论48-56
• 3.3.1 热解尿素制备荧光碳点的形貌结构及光学特性分析48-53
• 3.3.2 热解柠檬酸&尿素制备法荧光碳点的形貌结构及光学特性分析53-56
• 3.4 本章小结56-58
• 第四章 基于荧光碳点的高显色指数WLEDs器件制备光学特性的研究58-67
• 4.1 引言58-59
• 4.2 高显色指数WLEDs的制备59-62
• 4.2.1 实验药品、器材与仪器59
• 4.2.2 LED性能测试手段59-61
• 4.2.3 单色LED与WLED的制备61-62
• 4.3 WLEDs的发光特性研究62-66
• 4.3.2 单色LED器件发光特性研究62-64
• 4.3.3 WLEDs发光特性研究64-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第五章 总结67-68
• 参考文献68-76
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况76

【参考文献】

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1 WANG Wei;CHENG Lu;LIU WenGuang;;Biological applications of carbon dots[J];Science China(Chemistry);2014年04期

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本文编号：532980