近年來,碳納米結(jié)構(gòu)材料因其獨特和新穎的性質(zhì)受到了越來越多研究人員的關(guān)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(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)成像、光催化、重金屬離子探測、白光轉(zhuǎn)換等領(lǐng)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(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(xué)性質(zhì)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(guān),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(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)時間。對其機理進行了分析,發(fā)現(xiàn)葡萄糖與氨的聚合反應(yīng)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。光學(xué)性質(zhì)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(yīng)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(fù)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(xué)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%。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(nèi)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(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積在硅表面可以制備硅基電子器件,相關(guān)研究可以促進硅基納米電子學(xué),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(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(AFM)測試表明硅表面出現(xiàn)了碳納米片。本文報道了一種簡單、不需要模板、直接在硅表面制備碳納米片的方法,這種方法與傳統(tǒng)硅基電子工藝相兼容。我們的研究結(jié)果表明,水溶性碳納米顆�？梢栽谳^低的溫度(低于100度)水熱法合成。所制備碳納米顆粒具有優(yōu)異的光學(xué)特性,是一種安全環(huán)保且極具潛力的熒光粉轉(zhuǎn)換白光發(fā)射材料。
【學(xué)位單位】：曲阜師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TB383.1
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 白光轉(zhuǎn)換熒光粉研究背景
    1.2 碳點概述
    1.3 碳點的合成方法
        1.3.1 電弧放電法
        1.3.2 激光燒蝕法
        1.3.3 電化學(xué)法
        1.3.4 燃燒/熱/水熱/酸氧化法
        1.3.5 模板合成法
        1.3.6 微波/超聲輔助合成法
    1.4 碳點的性質(zhì)
        1.4.1 熒光特性
        1.4.2 低細胞毒性和生物相容性
        1.4.3 其它性質(zhì)
    1.5 碳點的應(yīng)用
        1.5.1 生物成像
        1.5.2 分析檢測
        1.5.3 光催化
        1.5.4 電致發(fā)光
        1.5.5 白光轉(zhuǎn)換熒光粉
    1.6 其它白光二極管熒光轉(zhuǎn)換納米材料
    1.7 本文選題思路、研究內(nèi)容和創(chuàng)新之處
第二章 以六亞甲基四胺為前驅(qū)體制備空心碳納米球并應(yīng)用于熒光粉轉(zhuǎn)換白光二極管
    2.1 引言
    2.2 樣品制備
    2.3 形貌表征
    2.4 熒光特性
    2.5 黃色熒光粉應(yīng)用研究
    2.6 本章小結(jié)
第三章 以六亞甲基四胺混合葡萄糖為前驅(qū)體制備碳納米顆粒并應(yīng)用于黃光熒光粉
    3.1 引言
    3.2 樣品制備
    3.3 樣品表征
    3.4 熒光特性
    3.5 黃光熒光粉應(yīng)用
    3.6 本章小結(jié)
第四章 以葡萄糖摻雜氨水為前驅(qū)體低溫制備氮摻雜碳納米顆粒并應(yīng)用于紫外激發(fā)白光發(fā)射
    4.1 引言
    4.2 樣品制備
    4.3 樣品表征
    4.4 熒光特性
    4.5 紫外激發(fā)實現(xiàn)白光發(fā)射
    4.6 本章小結(jié)
第五章 碳納米片的制備與表征
    5.1 引言
    5.3 樣品制備
    5.4 退火前表面形貌
    5.5 表面增強拉曼效應(yīng)
    5.6 碳納米片的制備與表征
    5.7 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)及展望
參考文獻
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果
致謝


本文編號：2827990