熒光碳納米顆粒制備及其白光轉(zhuǎn)換應(yīng)用研究.pdf

1、近年來(lái)，碳納米結(jié)構(gòu)材料因其獨(dú)特和新穎的性質(zhì)受到了越來(lái)越多研究人員的關(guān)注。其中，水溶性碳納米顆粒是一類(lèi)新型的熒光納米材料，可應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)成像、光催化、重金屬離子探測(cè)、白光轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域，特別是因其無(wú)毒、成本低廉、熒光穩(wěn)定、發(fā)光波長(zhǎng)寬等優(yōu)點(diǎn)，作為白光轉(zhuǎn)換熒光粉在替代傳統(tǒng)稀土熒光粉方面有潛在應(yīng)用價(jià)值。本論文研究了利用幾種不同的前驅(qū)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(jī)理，并研究應(yīng)用于熒光粉轉(zhuǎn)換白光二極管。具體工作包括以下幾個(gè)

2、部分：
　　1.以六亞甲基四胺為前驅(qū)體，利用水熱法制備了水溶性碳納米顆粒。通過(guò)透射電鏡（TEM）對(duì)樣品形貌進(jìn)行了表征，為直徑約260-300 nm的空心碳納米球。利用紫外-可見(jiàn)光譜(UV-Vis)、紅外光譜(IR)、熒光光譜(PL)等測(cè)量手段對(duì)光學(xué)性質(zhì)進(jìn)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(qiáng)度和波長(zhǎng)與激發(fā)光波長(zhǎng)有關(guān)，熒光量子產(chǎn)率達(dá)到35％。最后，把制備的樣品涂在藍(lán)色發(fā)光二極管表面，透射

3、的藍(lán)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?jī)?nèi)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(yīng)用于熒光粉轉(zhuǎn)換白光發(fā)射。
　　2.以六亞甲基四胺少量摻雜葡萄糖為前驅(qū)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(yīng)時(shí)間。對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)葡萄糖與氨的聚合反應(yīng)促進(jìn)了六亞甲基四胺的分解。碳納米顆粒由粒徑約為2nm的碳點(diǎn)組成。光

4、學(xué)性質(zhì)測(cè)量表明，碳納米顆粒的熒光量子產(chǎn)率達(dá)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(shuō)明具有應(yīng)用于白色熒光燈部分替代稀土熒光粉的潛力；涂在藍(lán)光LED表面可實(shí)現(xiàn)復(fù)合白光輸出，其色溫接近于太陽(yáng)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(duì)機(jī)理進(jìn)行了分析。光學(xué)特性研究表明，所制備的碳納米顆粒熒光量子產(chǎn)率達(dá)到10.3%

5、。利用IR和X射線光電子能譜（XPS）重點(diǎn)研究了碳納米顆粒表面所含的官能團(tuán)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(zhǎng)紫外LED表面，都可以實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光輸出；合適的涂層厚度在紫外光激發(fā)下可實(shí)現(xiàn)白光輸出。本部分研究?jī)?nèi)容提供了一種在較低溫度（低于水沸點(diǎn)）制備氮摻雜碳納顆粒的方法，并將其作為白光熒光粉應(yīng)用于紫外激發(fā)熒光粉轉(zhuǎn)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(guān)研究可以促進(jìn)硅基納米電子學(xué)，納米機(jī)電系統(tǒng)，以及納米生物傳感器的研制。傳統(tǒng)的化學(xué)制備方法與半導(dǎo)體工藝不兼容，而模板法需要在后處理過(guò)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(dāng)沉積溫度高于鎵的熔點(diǎn)時(shí)，鎵的不浸潤(rùn)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(cè)試表明非晶碳膜出現(xiàn)了石墨化，原子力顯微鏡