[發明專利]磺化花菁染料/水滑石復合薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201010195846.7
• 申請日: 2010-06-02
• 公開（公告）號: CN101864293A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 陸軍;閆東鵬;衛敏;段雪
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C09K11/06
• 分類號: C09K11/06;C09B23/08
• 代理公司: 北京太兆天元知識產權代理有限責任公司 11108
• 代理人: 張韜;張洪年

技術領域

本發明屬于有機-無機復合光功能材料技術領域，特別是提供了一種磺化花菁與水滑石多層復合薄膜及其制備方法，該薄膜具有近紅外吸收與熒光性能。

背景技術

近年來，近紅外熒光材料在醫學影像，光學記錄與存儲，三階非線性光學等領域具有重要的前景而倍受各國學者的關注。與之相對應的近紅外吸收材料在夜視，防偽等方面同時具有廣泛的應用。花菁染料及其衍生物的分子發色團具有簡單的準一維結構，其獨特的結構設計特點使其吸收和熒光特性具有極大的可調節性，通過增加花菁染料中共軛鏈的長度可以實現其在近紅外光譜范圍內的吸收與發射，其具有背景干擾小，摩爾吸收系數大和熒光量子產率高等優點。目前此類染料在近紅外吸收及熒光領域中的應用仍存在著許多缺點，主要體現在：(1)有機染料自身存在著光穩定性和熱穩定性差的不足；(2)染料分子容易產生分子間的堆積和相互作用，導致不同類型的聚集體的產生，造成吸收和發射峰位置的移動、寬化或熒光淬滅的產生。解決以上花菁類染料應用中存在的問題，制備性能優越的近紅外吸收及熒光材料對光功能材料領域的發展具有現實意義。

層狀雙金屬氫氧化物(Layered?Double?Hydroxides，簡寫為LDHs，又稱水滑石)是一類重要的陰離子型層狀粘土材料，層板的二價和三價金屬陽離子在層板高度分散，并與羥基以共價鍵形成有序的主體結構，層間陰離子以靜電作用，范德華作用力等平衡主體層板電荷，并具有離子交換性能。研究人員通過合理的設計將不同種類的陰離子與水滑石進行插層組裝賦予了該類材料多功能特性。水滑石層板的可剝離性使其可與不同種類的聚合物陰離子進行組裝，同時LDHs的層狀結構特征使其易于形成多層復合功能薄膜。

將帶有負電荷的花菁染料與水滑石納米片進行層層交替組裝，形成有機-無機復合超薄膜，利用水滑石層板的電荷有序性可實現花菁染料分子在層間的定向排列，有利于實現光功能分子取向與距離的微觀調控。花菁染料在水滑石層間的均勻分散可抑制其聚集態的形成而產生的發光淬滅現象。同時還有利于提高花菁染料的光熱穩定性和機械強度。目前盡管具有可見光發光的染料與水滑石復合的報道已有許多，然而將花菁類染料與水滑石進行組裝形成近紅外吸收與熒光薄膜的研究至今還未見報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種磺化花菁染料，即2-[7-(1，3-二氫-3，3-二甲基-1-(4-磺酰化丁基)-2H-吲哚-2-甲叉基)-1，3，5-七三烯-3，3-二甲基-1-(4-磺酰化丁基)-3H-吲哚內鹽與水滑石多層復合薄膜及其制備方法。

本發明的技術方案：基于靜電相互作用，將磺化花菁染料與剝離的水滑石納米片狀層板通過層層自組裝的方法，構成均一分散，高度有序的花菁染料/水滑石層狀結構的近紅外吸收及熒光材料。該復合材料充分利用了水滑石層板帶正電和易于成膜的特性，以及水滑石層板的限域作用和主客體相互作用，實現花菁染料的固定化和有序排列，并有效提高了花菁染料的光熱穩定性。

本發明的具體制備步驟如下：

1)制備層間陰離子為Cl^-或者NO₃^-，層板二價、三價金屬陽離子摩爾比M²⁺/M³⁺＝2.0-4.0的水滑石前體；

2)將步驟1)制備的水滑石前體加入甲酰胺或乙二醇溶劑里進行剝離，加入量為0.5-5g/L，攪拌速度為3000-5000轉/分，反應12-36小時后離心，棄去沉淀物，得到澄清透明膠體溶液A；

3)配制質量分數為0.3-6g/L的磺化花菁染料溶液B；

4)將親水化處理后的石英片、硅片、云母片或玻璃片在溶液A中浸泡10-20分鐘，用去離子水充分清洗后，放入溶液B中，浸泡10-20分鐘并充分清洗，得到一次循環的磺化花菁染料/水滑石復合薄膜；

5)重復步驟4)，得到磺化花菁染料/水滑石多層復合薄膜。

步驟1)所述的層板的二價金屬陽離子為Mg²⁺、Co²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Ca²⁺、Cu²⁺、Fe²⁺或Mn²⁺，三價金屬陽離子為Al³⁺、Cr³⁺、Ga³⁺、In³⁺、Co³⁺、Fe³⁺或V³⁺。