一種發(fā)白光的單基質(zhì)碳點熒光粉的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種發(fā)白光的單基質(zhì)碳點熒光粉的制備方法，屬納米碳材料熒光碳點 的制備及應用的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 白光發(fā)光二極管，因高效節(jié)能，綠色環(huán)保和壽命長的優(yōu)點，被視為新一代照明技 術(shù)，根據(jù)發(fā)光二極管發(fā)光機理，單色發(fā)光二極管芯片不能發(fā)出連續(xù)光譜，要得到白光，必須 通過復合多種光色才能實現(xiàn)，目前，白光二極管主要有兩種類型，即光色混合型白光發(fā)光二 極管和熒光粉轉(zhuǎn)換型白光發(fā)光二極管。
[0003] 光色混合型白光發(fā)光二極管，是將紅、綠、藍三基色芯片封裝在一起而形成多芯片 組合的白光發(fā)光二極管器件，通過空間混色原理，按照比例進行匹配，使得紅、綠、藍三種顏 色的光混合形成白光，這種方式得到的白光發(fā)光二極管由于發(fā)光時不需要經(jīng)過熒光粉的轉(zhuǎn) 換，具有發(fā)光效率高、能量損耗少的優(yōu)點。
[0004] 熒光粉轉(zhuǎn)換型白光發(fā)光二極管的獲取方式主要有三種：第一種，將藍光芯片作為 激發(fā)源，與一種藍光激發(fā)下產(chǎn)生黃光的熒光粉進行匹配，復合形成白光發(fā)光二極管；第二 種，采用藍光芯片激發(fā)同時發(fā)出紅光和綠光的熒光粉，或在藍光激發(fā)下分別產(chǎn)生紅光和綠 光兩種不同光色的熒光粉與藍光芯片匹配混合形成白光；第三種，用紫外光激發(fā)紅、綠、藍 三基質(zhì)熒光粉或紅、綠、藍單基質(zhì)熒光粉獲得白光；其中，以紫外芯片激發(fā)紅、綠、藍光單基 質(zhì)熒光粉是近年來新發(fā)展起來的一種技術(shù)，該方法的優(yōu)點在于紫外光在白光配色過程中不 實際參與，芯片發(fā)光強度與紫外光發(fā)光二極管波長的變化對形成白光沒有太大的影響，這 種方法制備出來的白光發(fā)光二極管成本低、顯色性好，光色可調(diào)，采用轉(zhuǎn)換效率高的熒光粉 可以提高光效；目前，較常見的單基質(zhì)熒光粉主要是稀土材料，硅、半導體量子點、石墨烯 量子點及碳點；其中，稀土材料是使用最廣的材料，它主要通過不同激活離子來實現(xiàn)不同顏 色，這種白光實現(xiàn)方式的難點在于激活離子種類多，較難實現(xiàn)共激活；半導體量子點具有發(fā) 射譜寬、量子產(chǎn)率高、光穩(wěn)定性好的優(yōu)點；以碳元素為基礎(chǔ)的碳點及石墨烯量子點，作為新 發(fā)現(xiàn)的熒光材料，繼承了半導體量子點優(yōu)異的光學性能，具有生物相容性好、環(huán)境友好的特 點，是新興單基質(zhì)熒光粉的優(yōu)異選擇，已成為研宄的熱點。
[0005] 單基質(zhì)碳點熒光粉的制備，要求溶劑分散性好、單分散性好、光譜范圍廣、熒光量 子產(chǎn)率高，常用的制備方法有電弧放電法、激光刻蝕法、電化學法、有機物碳化法、超聲波法 和水熱合成法，但這些方法均存在技術(shù)上的不足和弊端。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的
[0007] 本發(fā)明的目的是針對【背景技術(shù)】的實際情況，以檸檬酸銨為碳源，磷酸銨為氮磷摻 雜劑，采用微波輻射法，制備單基質(zhì)碳點熒光粉，大幅度的提高發(fā)光材料的發(fā)光性能，以便 在單基質(zhì)熒光粉白光發(fā)光二極管中得到應用。
[0008] 技術(shù)方案
[0009] 本發(fā)明使用的化學物質(zhì)材料為：檸檬酸銨、磷酸銨、無水乙醇、去離子水，其組合準 備用量如下：以克、毫升為計量單位
[0010] 檸檬酸銨：（NH4)3C6H5O7 5g±0.001 g
[0011] 磷酸銨：（NH4)3PO4 · 3H20 I g±0.001 g 尤水乙醇：C2H5OH 5000 mL±50mL 去離 了 水：H2O 5000 mL±5() mL
[0012] 制備方法如下：
[0013] (1)精選化學物質(zhì)材料
[0014] 對制備使用的化學物質(zhì)材料要進行精選，并進行質(zhì)量純度控制：
[0015] 檸檬酸銨：固態(tài)固體 99.8% 磷酸銨：固態(tài)固體 99.8% 無水乙醇：液態(tài)液體 99.7% 去離子水：液態(tài)液體 99.99%
[0016] ⑵制備碳點熒光粉混合液
[0017] ①配制溶液，稱取檸檬酸銨5g±0.0 Olg、磷酸銨lg±0.0 Olg，量取去離子水 10mL±0. lmL，加入燒杯中；然后將燒杯置于超聲波分散儀中，進行超聲分散，超聲頻率 40kHz，超聲分散時間6min，分散后成混合溶液；
[0018] ②將盛有混合溶液的燒杯置于微波加熱爐中，進行加熱，加熱溫度200°C ±2°C， 加熱時間150s ;
[0019] 混合溶液在水熱合成過程中將發(fā)生化學反應，反應方程式如下：
[0020] 2()0'C±2€ a Λ (NH4)5CrHsO7+ (NH4)5PO4-3 Η,Ο + H7O-> CDs + NH. + NHjH2PO+H7O - - 150 s 一
[0021] 式中：
[0022] CDs :碳點熒光粉 [0023] NH3:氨氣
[0024] NH4H2PO4:磷酸氫二銨
[0025] ③冷卻，水熱合成后，停止加熱，取出盛有碳點熒光粉混合液的燒杯；
[0026] (3)超聲分散，在燒杯中加入無水乙醇40mL，去離子水10mL，然后將燒杯置于超聲 波分散儀中，進行超聲分散，超聲頻率40kHz，超聲分散時間Imin ;
[0027] (4)離心分離，將超聲波分散的混合液置于離心分離管內(nèi)，進行離心分離，分離轉(zhuǎn) 速8000r/min，分離時間lOmin，分離后留存上清液，棄去沉淀物；
[0028] (5)蒸發(fā)去除無水乙醇，將上清液置于茄型瓶中，然后置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)機內(nèi)，并密閉； 然后抽取旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)機內(nèi)空氣，待機內(nèi)壓強降至IOkPa;然后進行加熱，加熱溫度40°C，加熱 時間lOmin，加熱后除去無水乙醇，留存上清液；
[0029] (6)洗滌、過濾
[0030] 將上清液加入燒杯中，然后加入去離子水lOOmL，攪拌5min，成混合液；然后用截 留分子量1000的濾膜進行過濾，留存濾液，棄去沉淀物，洗絳、過濾重復進行三次。
[0031] (7)冷凍
[0032] 將濾液置于凍干瓶中，并將凍干瓶置于冷凍箱中，進行冷凍，冷凍溫度_80°C，冷凍 時間為30min ;
[0033] (8)真空冷凍干燥
[0034] 將凍干瓶置于真空冷凍干燥箱中，進行真空冷凍干燥，冷凍干燥溫度_88°C，真空 度10Pa，冷凍干燥時間24h，冷凍干燥后為固體碳點熒光粉；
[0035] (9)研磨、過篩
[0036] 將冷凍干燥后的固體碳點熒光粉用瑪瑙研缽、研棒進行研磨，然后用650目篩網(wǎng) 過篩，研磨過篩重復進行，成單基質(zhì)碳點熒光粉；
[0037] (10)檢測、分析、表征
[0038] 對制備的單基質(zhì)碳點熒光粉的色澤、形貌、結(jié)構(gòu)、成分、化學物理性能進行檢測、分 析、表征；
[0039] 用透射電子顯微鏡進行形貌分析；
[0040] 用熒光光譜儀和紫外可見分光光度計進行熒光性能分析；
[0041] 用X射線光電子能譜儀進行成分分析；
[0042] 用紅外光譜儀進行表面官能團分析；
[0043] 結(jié)論：單基質(zhì)碳點熒光粉為棕色粉體顆粒，粉體顆粒直徑< 10nm，產(chǎn)物純度99% ;
[0044] (11)產(chǎn)物儲存
[0045] 對制備的單基質(zhì)碳點熒光粉儲存于棕色透明的玻璃容器中，密閉避光儲存，要防 水、防曬、防酸堿鹽侵蝕，儲存溫度20°C，相對濕度< 10%。
[0046] 有益效果
[0047] 本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比具有明顯的先進性，是針對白光發(fā)光二極管用單基質(zhì)碳點 熒光粉精度高、產(chǎn)率低的情況，采用檸檬酸銨為碳源、磷酸銨為摻雜劑、去離子水為溶劑，采 用微波輻射法制成碳點熒光粉水溶液，經(jīng)離心分離、過濾、冷凍、真空冷凍干燥、研磨，制成 發(fā)白光的單基質(zhì)碳點熒光粉，此制備方法工藝先進，迅速快捷，數(shù)據(jù)精確翔實，產(chǎn)物為棕色 粉體顆粒、顆粒直徑< l〇nm，產(chǎn)物純度高，達99%，是十分理想的發(fā)白光的單基質(zhì)碳點熒光 粉的制備方法。
【附圖說明】
[0048] 圖1、碳點熒光粉混合液制備狀態(tài)圖
[0049] 圖2、發(fā)白光