熒光碳納米顆粒制備及其白光轉換應用研究.pdf

1、近年來，碳納米結構材料因其獨特和新穎的性質受到了越來越多研究人員的關注。其中，水溶性碳納米顆粒是一類新型的熒光納米材料，可應用于生物醫(yī)學成像、光催化、重金屬離子探測、白光轉換等領域，特別是因其無毒、成本低廉、熒光穩(wěn)定、發(fā)光波長寬等優(yōu)點，作為白光轉換熒光粉在替代傳統(tǒng)稀土熒光粉方面有潛在應用價值。本論文研究了利用幾種不同的前驅體水熱法法制備碳納米顆粒，探討了水熱環(huán)境下碳納米顆粒形成機理，并研究應用于熒光粉轉換白光二極管。具體工作包括以下幾個

2、部分：
　　1.以六亞甲基四胺為前驅體，利用水熱法制備了水溶性碳納米顆粒。通過透射電鏡（TEM）對樣品形貌進行了表征，為直徑約260-300 nm的空心碳納米球。利用紫外-可見光譜(UV-Vis)、紅外光譜(IR)、熒光光譜(PL)等測量手段對光學性質進行了表征。碳納米顆粒溶液在紫外光照射下可發(fā)出黃綠色熒光；光致發(fā)光特性研究表明，發(fā)光強度和波長與激發(fā)光波長有關，熒光量子產(chǎn)率達到35％。最后，把制備的樣品涂在藍色發(fā)光二極管表面，透射

3、的藍光和碳納米顆粒被激發(fā)產(chǎn)生的黃光疊加后產(chǎn)生白光發(fā)射。本部分研究內容提供了一種不需要金屬納米顆粒模板、不需要高溫退火制備空心碳納米球的方法，并將其作為黃光熒光粉研究應用于熒光粉轉換白光發(fā)射。
　　2.以六亞甲基四胺少量摻雜葡萄糖為前驅體，利用水熱法制備了碳納米顆粒。發(fā)現(xiàn)加入葡萄糖可降低制備碳納米顆粒的溫度，并縮短反應時間。對其機理進行了分析，發(fā)現(xiàn)葡萄糖與氨的聚合反應促進了六亞甲基四胺的分解。碳納米顆粒由粒徑約為2nm的碳點組成。光

4、學性質測量表明，碳納米顆粒的熒光量子產(chǎn)率達到58.3%。把制備的熒光碳納米顆粒涂在紫外發(fā)光二極管表面，可形成寬譜黃光發(fā)射，說明具有應用于白色熒光燈部分替代稀土熒光粉的潛力；涂在藍光LED表面可實現(xiàn)復合白光輸出，其色溫接近于太陽光。
　　3．以葡萄糖和氨水分別為碳源和氮源，水熱法制備了氮摻雜碳納米顆粒。研究發(fā)現(xiàn)加入氨水可使碳納米顆粒合成溫度降低至90℃，對機理進行了分析。光學特性研究表明，所制備的碳納米顆粒熒光量子產(chǎn)率達到10.3%

5、。利用IR和X射線光電子能譜（XPS）重點研究了碳納米顆粒表面所含的官能團以及碳納米顆粒中氮摻雜濃度及表面成鍵情況，氮原子百分比含量為7.7 at.%。把所制備的氮摻雜碳納米顆粒涂在不同波長紫外LED表面，都可以實現(xiàn)可見光輸出；合適的涂層厚度在紫外光激發(fā)下可實現(xiàn)白光輸出。本部分研究內容提供了一種在較低溫度（低于水沸點）制備氮摻雜碳納顆粒的方法，并將其作為白光熒光粉應用于紫外激發(fā)熒光粉轉換白光二極管。
　　4．水溶性碳納米片狀顆粒沉

6、積在硅表面可以制備硅基電子器件，相關研究可以促進硅基納米電子學，納米機電系統(tǒng)，以及納米生物傳感器的研制。傳統(tǒng)的化學制備方法與半導體工藝不兼容，而模板法需要在后處理過程中去除掩膜，因此直接在硅襯底上生成碳納米片有利于后續(xù)硅基納米電子器件的制備。利用電子束蒸發(fā)方法，依次在硅襯底上沉積金屬鎵和碳膜。當沉積溫度高于鎵的熔點時，鎵的不浸潤性使得沉積的鎵呈現(xiàn)納米滴的形狀。將沉積樣品放入管式爐中退火，拉曼光譜測試表明非晶碳膜出現(xiàn)了石墨化，原子力顯微鏡