近日，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所研究員曲松楠課題組首次研制出基于碳納米點的超穩(wěn)定、強熒光復(fù)合材料，該工作利用靜電誘導(dǎo)自組裝過程，通過碳納米點表面電荷逐步靜電吸附離子并原位形成無機包覆層，實現(xiàn)具有超高穩(wěn)定性、強發(fā)光的碳納米點復(fù)合材料，在開發(fā)基于碳納米點的光電器件領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

基于碳納米點與硫酸鋇的高效復(fù)合材料制備示意圖

定義

碳納米點通常為尺寸小于10nm、準(zhǔn)球形的納米粒子。在廣義上可分為金剛石型（納米金剛石）、石墨型（石墨烯納米點）和聚合物型（熒光碳納米顆粒），通常將聚合物型的稱為碳納米點。

成果

發(fā)光碳納米點是近十年發(fā)展起來的一類重要發(fā)光材料。大量研究表明其具有良好的光穩(wěn)定性、優(yōu)異的發(fā)光性質(zhì)、低廉的制備成本、良好的生物相容性等優(yōu)勢，引起國際上的廣泛關(guān)注，其在生物成像、傳感、催化、激光、光電器件及照明等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。然而，碳納米點在白光照明中的應(yīng)用進(jìn)展緩慢，主要問題是碳納米點在固態(tài)時存在嚴(yán)重的聚集引起熒光淬滅問題，不能在固態(tài)照明器件中應(yīng)用。

針對這一難題，課題組采取碳納米點表面逐步靜電吸附離子并原位形成無機包覆層的解決方案。利用碳納米點表面電荷逐步靜電吸附鋇離子以及硫酸根離子，最終原位形成硫酸鋇包覆碳納米點的強熒光復(fù)合材料(熒光量子效率27%)。該復(fù)合材料能夠在經(jīng)過300°C處理后保持90%以上的熒光性質(zhì)，并且在強酸、強堿及有機溶劑中保持穩(wěn)定。基于這種優(yōu)良的穩(wěn)定性以及強熒光性質(zhì)，該復(fù)合材料可以作為顏色轉(zhuǎn)換層應(yīng)用于發(fā)光二極管照明光源(LEDs)中，通過調(diào)節(jié)復(fù)合材料的比例可以實現(xiàn)不同色溫的白光LEDs。

歷程

早在2012年，中科院長春光學(xué)精密機械與物理研究所研制出一種基于碳納米點的具有生物相容性的熒光墨水。審稿人對該工作給予高度評價，認(rèn)為“以這種方法制備的熒光碳納米點可以取代所有具有毒性的含重金屬內(nèi)核的量子點（CdS, PbSe），可以真正實現(xiàn)多種復(fù)雜的應(yīng)用，特別是在環(huán)境和生物領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值”。

在2014年，曲松楠副研究員及其科研團(tuán)隊在國際上首次提出超級碳納米點的概念，并研制出基于超級碳納米點的水觸發(fā)“納米熒光炸彈”。復(fù)合該“納米熒光炸彈”的紙可以實現(xiàn)噴水熒光打印、指紋汗孔熒光采集等多種實際應(yīng)用。

再到2016年初，曲松楠研究員課題組研制出橙紅光波段熒光量子效率高達(dá)46%的碳納米點，為國際上最高值。

參考來源：中國科學(xué)院

長春光學(xué)精密機械與物理研究所