長春光機所研制出發(fā)光碳納米點復合材料
近日，中國吉林網、吉刻APP記者從中科院長春光機所獲悉，曲松楠研究員課題組首次研制出基于碳納米點的超穩(wěn)定、強熒光復合材料，這種復合材料在開發(fā)基于碳納米點的光電器件領域具有重要的應用前景。
曲松楠研究員對中國吉林網、吉刻APP記者說，“以往的發(fā)光材料主要是有機和無機的，有機材料通過一些小分子的合成制作發(fā)光材料，無機材料類似于稀土熒光粉、量子點材料等。而且現(xiàn)在的量子點材料通常是含重金屬元素的，并且有毒的。
“過去，碳材料基本不被認為是一種好的發(fā)光材料，在2010年以前，碳納米點的發(fā)光效率一直很低，而且實現(xiàn)對這種材料的發(fā)光代謝和發(fā)光強度的掌控是很難的。但是光機所使用尿素和檸檬酸小分子無毒材料制備出了具有發(fā)光特性的碳納米顆粒，同時還實現(xiàn)了多個波長多種顏色的高效發(fā)光，發(fā)光效率能達到30%-50%以上?！鼻砷芯繂T說。
碳納米點熒光粉發(fā)光情況
原料成本低，易調控
由于碳納米點材料在國際上很受歡迎，但是目前國外的做法是通過更換不同的原料，嘗試來實現(xiàn)碳點不同的發(fā)光特性。光機所則通過研究發(fā)光學的原理和其深層次的物理學機制，基于尿素和檸檬酸兩種原材料不變去實現(xiàn)全譜端的高效發(fā)光，對后續(xù)的發(fā)展是一種很重要的基礎支撐，而且這兩種材料的低成本也有助于其廣泛應用。
“這種復合方法從元素上講，檸檬酸是碳源，利用尿素進行摻氮，然后通過控制這其中碳化反應的條件實現(xiàn)對尺寸和發(fā)光特性的調控，因為在生物應用上，納米材料必須很小的尺寸才能夠進入到細胞中?！鼻砷芯繂T說。
中國吉林網、吉刻APP記者了解到，目前國際上的碳點材料都是在溶液下實現(xiàn)高效發(fā)光，但是大部分的發(fā)光材料都是需要在固體下發(fā)光，一直以來碳點在固體下都有著發(fā)光淬滅的問題，長春光機所在碳點材料上進行表面包覆來實現(xiàn)碳點在固態(tài)下的發(fā)光，從而在固態(tài)照明器件中廣泛應用。
高穩(wěn)定性，無毒且環(huán)保
據(jù)悉，光機所研制的這種發(fā)光材料的穩(wěn)定性很強、無毒并且環(huán)保，采用穩(wěn)定的無機材料硫酸鋇，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。
“簡單來說，好像在碳納米點外包覆了一層硫酸鋇的“殼”，硫酸鋇既能耐高溫，又能耐強酸強堿，所以這種復合材料能夠在經過300°C處理后仍舊保持90%以上的熒光性質，并且在強酸、強堿及有機溶劑中保持穩(wěn)定。”曲松楠研究員說。
硫酸鋇包覆碳納米點
超級碳納米點可用于“噴水打印”
中國吉林網、吉刻APP記者還了解到，發(fā)光碳納米點實際上還有很多其他方面的應用。曲松楠說，“光機所研制出的基于‘超級碳納米點’的水觸發(fā)‘納米熒光炸彈’是由部分烷基鏈修飾的碳納米點在甲苯中自組裝而成的，這將應用于‘噴水打印’技術上。”
圖為噴水打印后的文字在紫外光照射下的效果
曲松楠研究員向中國吉林網、吉刻APP記者簡單地解釋了“噴水打印”的原理，即用特殊的方法將碳納米點聚集并與紙張復合，聚集后的碳納米點熒光會淬滅，所以復合紙上只能表現(xiàn)出特別弱的熒光，而“噴水打印”后，超級碳納米點遇水后會分解成小尺寸的碳納米點，增強了熒光發(fā)光強度。而且這個過程是不可逆的，即使是水干后發(fā)光信息仍會保留在復合紙上。
“指紋”的高強加密
據(jù)悉，發(fā)光碳納米點在個人信息的加密方向還有應用，平時人們習慣將指紋上的紋路作為個人信息的辨識點，但是實際上，目前指紋的仿造其實是很容易的，但是手指上還有一種十分難以仿造的是指紋汗孔，由于汗液主要是水的成分，和噴水打印一樣的原理，在復合紙上按壓手指，就可以快速并且精準的采集指紋上汗孔的分布圖，這在個人指紋信息加密上更安全更可靠。據(jù)了解這項技術還可以通過了解人體汗液分布情況進而診斷個人健康。
-
精英視角
