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新型橙红色荧光碳点的制备及其在LED中的应用

【摘要】:碳点(CDs)具有制备过程简单、易功能化、毒性低、光稳定性高等突出优点,在光电器件、传感、生物医学、催化等方面得到广泛的应用。碳点也具有独特的光物理特性,特别是通过简单的表面功能化可达到较宽范围波长发射的碳点。为了获得较长波长发射的荧光碳点进一步拓展其在光电器件以及生物成像领域中的应用。本文在选择新型碳源的基础上,采用水热法,通过添加功能剂合成新型橙红色荧光碳点,结合透射电子显微镜(TEM)、光电子能谱仪(XPS)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)与荧光光谱仪等对其微观结构与光学性质进行研究分析,并探究了碳点在LED上应用。(1)以L-酪氨酸作为新型有机碳源,采用简单的一步水热法制备了L-酪氨酸碳点(L-CDs),并对其形貌、结构以及光学性质进行了表征,研究表明:L-CDs呈现类球形,平均粒径约为5.14 nm,具有明显的晶格条纹,晶面间距为0.21 nm。该碳点的最佳激发波长和发射波长分别位于345 nm与439 nm处,呈明亮的蓝色荧光,且表现出激发波长依赖的特性,量子产率可达8.6%。(2)以L-酪氨酸为有机碳源,以邻苯二胺作功能剂,通过优化反应温度与反应物配比,采用水热法获得一种发射波长较长的荧光碳点(M-CDs)。同时将邻苯二胺碳点(O-CDs)作对照组,对这两种碳点形貌、结构和光学性能进行了考察。分析结果表明:M-CDs和O-CDs均为类球形颗粒状,具有明显的晶格条纹,晶面间距均为0.21 nm,均表现出激发波长独立性。M-CDs的平均粒径约为4.43 nm,最佳激发和发射波长分别位于405 nm与590 nm处,呈现橙红色荧光,光稳定性强,量子产率高达20.9%,O-CDs粒径约为7.90 nm,最佳激发波长和发射波长分别位于430 nm与540 nm处,呈现绿色荧光,量子产率12.6%。(3)基于上述实验,将所制备的L-CDs、O-CDs与M-CDs按不同比例均匀分散于聚乙烯醇(PVA)基体中,形成蓝、绿、橙红以及白色的荧光薄膜,并将其应用于LED上,制备蓝光、绿光、橙红光以及白光LED器件,并通过光谱辐射计测试器件性能,测试结果表明成功制备暖色白光LED器件,其色坐标为(0.30,0.33),相关色温为6293 K。

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