本發明涉及一種新型柔性高效的熒光膜的制備方法，具體的說是一種基于摻氮碳點熒光膜的制備方法。

背景技術：

熒光膜制作方法豐富復雜，膜的材料和熒光體的選取是關鍵。目前的熒光體有很多，制作熒光體的方法復雜，熒光體發光強度低，部分熒光體具有毒性。

碳點以其簡單的制備、良好的生物相容性、易調的熒光特點而在生物成像上得到了廣泛的研究和應用，而在顯示、照明領域尚無充足的研究。碳量子點因其量子效應具有優良的光學性質：較窄的發射峰、光學性質穩定、寬的吸收峰、大的斯托克斯、發射波長可調、熒光效率極高。

在光源不斷更新換代的今天，通過對碳點發光性質的調控和發光載體的設計，提高碳點的含氮量、將碳點依托于柔性固態透明材料中(如有機分子膜)，有效利用碳點高亮度的熒光特性，達到特定場景下的照明需求。

技術實現要素：

針對于現有熒光膜發光強度低的缺陷，本發明提供了一種基于摻氮碳點熒光膜的制備方法。本發明制備的熒光膜含有碳點，在紫外線的照射下會發出紅、綠、藍三原色光，因此還可以組成各種顏色的熒光。本產品碳點通過摻雜氮元素，在碳量子點上附著氮，顯著提高量子效應，明顯提高碳點的發光強度。

本發明采用的技術方案：

一種基于摻氮碳點熒光膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，以苯二胺作為碳源，以尿素作為氮源，將苯二胺和尿素溶解于無水乙醇中得到混合液，溶解比例為每10ml無水乙醇溶解0.033-0.075g苯二胺和0.067-0.15g的尿素；

步驟2，將苯二胺、尿素和無水乙醇混合液裝入水熱反應釜中，在溫度為158-162℃條件下反應11.5-12.5小時獲得碳點溶液；

步驟3，將碳點溶液與聚乙二醇水溶液混合，將所得混合液均勻滴涂在干凈玻璃片上，放于干燥無塵的風箱中風干得到碳點薄膜；其中，聚乙二醇水溶液的配比為每5g的聚乙二醇對應25-40ml水，碳點溶液與聚乙二醇水溶液以每20-50μl的碳點溶液對應1ml聚乙二醇水溶液混合，混合時將碳點向聚乙二醇水溶液中緩慢滴放。

上述制備方法中，采用鄰苯二胺、間苯二胺和/或對苯二胺作為碳源。

上述制備方法中，每種苯二胺純度均大于98.5%。

上述制備方法中，采用純度在99%以上的固態粉末狀尿素作為氮源。

上述制備方法中，聚乙二醇水溶液的制備：先將溶質聚乙二醇在60-70℃溶劑水中靜置30-40分鐘，使聚乙二醇充分吸水溶脹；然后將溶劑水溫度調至90-100℃，攪拌，使聚乙二醇充分溶解。

上述制備方法中，將最后得到的碳點溶液與聚乙二醇水溶液的混合液在玻璃片上沿一個方向均勻滴涂，風干后，在玻璃片表面形成一層厚度在0.02-2mm，透光率在75-85%之間的薄膜。

本發明與現有技術相比，具有如下有益效果：

本發明提供了一種新型碳點熒光材料的制備方法，該方法所制備的摻氮碳點熒光膜，具有較高的發光強度，制造工藝經濟簡單；

本發明采用鄰苯二胺(o-pd)、間苯二胺(m-pd)、對苯二胺(p-pd)作為碳源，對應生成摻氮o型碳點溶液、摻氮m型碳點溶液、摻氮平p型碳點溶液，這些碳點溶液能在紫外線下分別發出綠、藍、紅光，而這種三種光正是光的三原色。采用摻氮o型碳點溶液，摻氮m型碳點溶液，摻氮p型碳點溶液可以分別制成熒光為綠、藍、紅三色的發光膜。按照不同比例混合這三種不同的碳點也可以制成各種顏色熒光的發光膜，色彩豐富多樣。膜的重量輕、強度高韌性強、能覆蓋大面積、制作方便能達到一步合成。

附圖說明

圖1為本發明各實施例制備碳點溶液的流程圖和反應原理示意圖，(a)對應摻氮o型碳點溶液；(b)對應摻氮m型碳點溶液；(c)對應摻氮p型碳點溶液；

圖2為本發明實施例一制備的碳點溶液在紫外燈下的效果圖；

圖3為本發明實施例一中摻氮o型碳點溶液的吸收和發射光譜圖像；

圖4為本發明實施例一中摻氮m型碳點溶液的吸收和發射光譜圖像；

圖5為本發明實施例一中摻氮p型碳點溶液的吸收和發射光譜圖像；

圖6為本發明實施例一中摻氮和未摻氮的o型碳點溶液發光光譜圖像。

具體實施方式

下面結合具體實施例和附圖對本發明方法作進一步說明。

本發明中提供的熒光碳點溶液的發光強度的光譜圖僅說明了碳點溶液的發光特性。但是

需要說明的是，因為聚乙二醇制成的膜透明而且對吸收光的影響較小，所以本發明中熒光碳點溶液的發光特性可大致看作熒光膜的發光特性。

＜實施例一＞

溶劑熱法制備碳點，原理和過程見圖1和圖2，該方法主要包括以下步驟：

碳點溶液的制備：以鄰苯二胺(o-pd)、間苯二胺(m-pd)、對苯二胺(p-pd)三種苯二胺分別作為三種碳點制作的碳源，尿素作為氮源，將碳源、氮源溶解在無水乙醇碳點溶劑中，無水乙醇與碳源、氮源的比例為10ml無水乙醇對應溶解0.05g苯二胺和0.1g的尿素；將溶解有尿素和苯二胺無水乙醇裝在清洗潔凈的水熱反應釜中，在160℃加熱12小時后可獲得三種碳點溶液。

聚乙二醇水溶液的制備主要包括以下步驟：

聚乙二醇的溶脹：將5g的聚乙二醇放在30ml的水中，將水溫調至60℃，靜置40分鐘，使得聚乙二醇充分吸水溶脹；

聚乙二醇的溶解：將水溫調至95℃，攪拌，使聚乙二醇充分溶解，充分溶解后得到的聚乙二醇溶液，具有濃稠且清澈的特點。

將制得好的碳點溶液向聚乙二醇水溶液中滴加，1ml的聚乙二醇水溶液對應50μl碳點溶液。一定不要把聚乙二醇水溶液向碳點溶液中滴加，否則會產生白絮狀聚乙二醇析出。得到的混合膜溶液在玻璃片上沿一個方向滴涂，要使得液體因為張力在玻璃表面變得飽滿且均勻。放在恒溫箱低溫風干后，在玻璃片表面形成了一層薄薄的薄膜，厚度在0.02-2mm，透光率在75-85%之間。從玻璃片剝下，很有質感，韌性很強。

碳點光譜圖分析：將三種碳點溶液分別在光譜儀中測量發射和吸收光譜，見附圖3至圖5。其中光譜分析的光源為氙燈，氙燈光源的波長分別定為三種碳點的最佳激發：摻氮o型碳點溶液的最佳激發波長為435nm，摻氮m型碳點溶液的最佳激發波長為365nm，摻氮p型碳點的最佳激發波長為495nm。

未摻氮o型碳點溶液制備：以鄰苯二胺(o-pd)苯二胺作為碳源，沒有氮源，將碳源溶解在無水乙醇碳點溶劑中，將溶解有苯二胺的無水乙醇裝入清洗潔凈的水熱反應釜中，在160℃加熱12小時后可獲得未摻氮碳點溶液。

將上述摻氮o型碳點溶液和未摻氮o型碳點溶液的發光強度進行對比：將摻氮o型碳點溶液和未摻氮o型碳點溶液在激發波長為365nm測量同波長的激發光下的發射光強，得到了附圖6中(a)與(b)的光譜對比圖，可以看出摻氮碳點的發光強度高了很多，摻氮o型碳點溶液的發光強度大致是未摻氮的碳點強度的3倍。因設置光譜光柵參數不同，其中摻氮的碳點圖像數據是強度縮小大致為原來的1/5，所以摻氮的碳點光強比未摻氮的碳點強度提高了大約15倍，亮度提高顯著。

＜實施例二＞

溶劑熱法制備碳點，原理和過程見圖1和圖2，該方法主要包括以下步驟：

碳點溶液的制備：以鄰苯二胺(o-pd)、間苯二胺(m-pd)、對苯二胺(p-pd)三種苯二胺分別作為三種碳點制作的碳源，尿素作為氮源，將碳源、氮源溶解在無水乙醇碳點溶劑中，無水乙醇與碳源、氮源的比例為10ml無水乙醇對應溶解0.075g苯二胺和0.15g的尿素；將溶解有尿素和苯二胺無水乙醇裝在清洗潔凈的水熱反應釜中，在162℃加熱12.5小時后可獲得三種碳點溶液。

聚乙二醇水溶液的制備主要包括以下步驟：

聚乙二醇的溶脹：將5g的聚乙二醇放在40ml的水中，將水溫調至60℃，靜置30分鐘，使得聚乙二醇充分吸水溶脹；

聚乙二醇的溶解：將水溫調至95℃，攪拌，使聚乙二醇充分溶解，充分溶解后得到的聚乙二醇溶液，具有濃稠且清澈的特點。

將制得好的碳點溶液向聚乙二醇水溶液中滴加，1ml的聚乙二醇水溶液對應50μl碳點溶液。一定不要把聚乙二醇水溶液向碳點溶液中滴加，否則會產生白絮狀聚乙二醇析出。得到的混合膜溶液在玻璃片上沿一個方向滴涂，要使得液體因為張力在玻璃表面變得飽滿且均勻。放在恒溫箱低溫風干后，在玻璃片表面形成了一層薄薄的薄膜，厚度在0.02-2mm，透光率在75-85%之間。從玻璃片剝下，很有質感，韌性很強。

碳點光譜圖分析：將三種碳點溶液分別在光譜儀中測量發射和吸收光譜，測得了發射和吸收光譜，與實例一無差異。其中光譜分析的光源為氙燈，氙燈光源的波長分別定為三種碳點的最佳激發：摻氮o型碳點溶液的最佳激發波長為435nm，摻氮m型碳點溶液的最佳激發波長為365nm，摻氮p型碳點的最佳激發波長為495nm。測得結果與實例一相同。

未摻氮o型碳點溶液制備：以鄰苯二胺(o-pd)苯二胺作為碳源，沒有氮源，將碳源溶解在無水乙醇碳點溶劑中，將溶解有苯二胺的無水乙醇裝入清洗潔凈的水熱反應釜中，在162℃加熱12.5小時后可獲得未摻氮碳點溶液。

將上述摻氮o型碳點溶液和未摻氮o型碳點溶液的發光強度進行對比：將摻氮o型碳點溶液和未摻氮o型碳點溶液在激發波長為365nm測量同波長的激發光下的發射光強，得到了光譜對比圖，可以看出摻氮碳點的發光強度高了很多，摻氮o型碳點溶液的發光強度大致是未摻氮的碳點強度的15倍，亮度顯著提高。

＜實施例三＞

溶劑熱法制備碳點，原理和過程見圖1和圖2，該方法主要包括以下步驟：

碳點溶液的制備：以鄰苯二胺(o-pd)、間苯二胺(m-pd)、對苯二胺(p-pd)三種苯二胺分別作為三種碳點制作的碳源，尿素作為氮源，將碳源、氮源溶解在無水乙醇碳點溶劑中，無水乙醇與碳源、氮源的比例為10ml無水乙醇對應溶解0.06g苯二胺和0.125g的尿素；將溶解有尿素和苯二胺無水乙醇裝在清洗潔凈的水熱反應釜中，在158℃加熱12小時后可獲得三種碳點溶液。

聚乙二醇水溶液的制備主要包括以下步驟：

聚乙二醇的溶脹：將5g的聚乙二醇放在40ml的水中，將水溫調至60℃，靜置30分鐘，使得聚乙二醇充分吸水溶脹；

聚乙二醇的溶解：將水溫調至95℃，攪拌，使聚乙二醇充分溶解，充分溶解后得到的聚乙二醇溶液，具有濃稠且清澈的特點。

將制得好的碳點溶液向聚乙二醇水溶液中滴加，1ml的聚乙二醇水溶液對應50μl碳點溶液。一定不要把聚乙二醇水溶液向碳點溶液中滴加，否則會產生白絮狀聚乙二醇析出。得到的混合膜溶液在玻璃片上沿一個方向滴涂，要使得液體因為張力在玻璃表面變得飽滿且均勻。放在恒溫箱低溫風干后，在玻璃片表面形成了一層薄薄的薄膜，厚度在0.02-2mm，透光率在75-85%之間。從玻璃片剝下，很有質感，韌性很強。

碳點光譜圖分析：將三種碳點溶液分別在光譜儀中測量發射和吸收光譜，測得了發射和吸收光譜，與實例一無差異。其中光譜分析的光源為氙燈，氙燈光源的波長分別定為三種碳點的最佳激發：摻氮o型碳點溶液的最佳激發波長為435nm，摻氮m型碳點溶液的最佳激發波長為365nm，摻氮p型碳點的最佳激發波長為495nm。測得結果與實例一相同。

未摻氮o型碳點溶液制備：以鄰苯二胺(o-pd)苯二胺作為碳源，沒有氮源，將碳源溶解在無水乙醇碳點溶劑中，將溶解有苯二胺的無水乙醇裝入清洗潔凈的水熱反應釜中，在158℃加熱12小時后可獲得未摻氮碳點溶液。

將上述摻氮o型碳點溶液和未摻氮o型碳點溶液的發光強度進行對比：將摻氮o型碳點溶液和未摻氮o型碳點溶液在激發波長為365nm測量同波長的激發光下的發射光強，得到了光譜對比圖，可以看出摻氮碳點的發光強度高了很多，摻氮o型碳點溶液的發光強度大致是未摻氮的碳點強度的15倍，亮度顯著提高。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方法替代，但并不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。