[發明專利]石墨烯量子點及其應用和微波輔助下制備石墨烯量子點的方法

在審

• 申請號: 201811246373.1
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN109592671A
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 王亮;李偉濤;劉一健;韓禹;潘登余;吳明紅
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C01B32/184
• 分類號: C01B32/184;B82Y30/00;C09K11/65;H01L33/50;G01N15/10
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發明公開了一種石墨烯量子點及其應用和微波輔助下制備石墨烯量子點的方法，采用自下而上的制備方法從小分子1,3,6?三硝基芘為前驅物，在堿性條件下，快速合成石墨烯量子點。本發明石墨烯量子點能作為熒光探針應用于生物細胞成像和暖白光LEDs，本發明制備石墨烯量子點的方法制備周期短，甚至在3分鐘內即可制備好熒光穩定的石墨烯量子點。本發明合成方法簡單，周期短，重復性高。所得石墨烯量子點均勻、穩定、熒光強，量子產率高，在暖白光LED和生物探針領域有很重要的應用價值。

技術領域

本發明涉及一種納米材料、其應用和制備方法，特別是涉及一種石墨烯材料、其應用和制備方法，應用于熒光納米材料技術領域，并應用于發光二極管(LEDs)器件和生物成像技術領域。

背景技術

量子點是由有限數目的原子組成，三個維度的尺寸都在100nm以下的球形或類球形納米顆粒。量子點尺寸一般在1～20nm之間，由于量子限域效應，連續的能帶結構變成具有分子特性的分立能級結構，其吸收所有高于其帶隙能量的光子后，可以發出熒光。基于量子效應，量子點在發光器件和生物探針等領域具有廣泛的應用前景。

現已報道的石墨烯量子點的制備方法有溶劑熱法、強酸氧化剝離法、電化學法、電子束刻蝕法等方法。這些方法已經解決了很多石墨烯量子點領域存在的問題，如尺寸調控、多色熒光調控等。但是，這些方法制備得到的石墨烯量子點仍然有反應產率低、反應周期長等缺點。因此，發展一種簡單超快的方法應用于制備產率高、熒光穩定的石墨烯量子點是很有必要的。而微波法采用直接對分子進行加熱，而非普通熱傳導的方式，大大縮短了反應周期，極大的滿足了現代社會快速發展的需求。

白色LEDs具有成本低、壽命長、高效低耗等優異的特性成為新一代固體照明的代表。目前，已商業化應用的白色LEDs是藍光LED芯片配合釔鋁石榴石(YAG)熒光粉獲得白光，這種商業化的產品結構簡單，成本較低，制作工藝相對簡單。然而，目前白色LEDs仍然存在YAG熒光粉隨時間老化，導致色溫漂移和壽命縮短；同時，難以實現低色溫(白光偏向暖色的暖白光)，顯色指數較低(70-80)等問題。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種石墨烯量子點及其應用和微波輔助下制備石墨烯量子點的方法，本發明石墨烯量子點能作為熒光探針應用于生物細胞成像和暖白光LEDs，本發明制備石墨烯量子點的方法制備周期短，甚至在3分鐘內即可制備好熒光穩定的石墨烯量子點。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種石墨烯量子點由層數不大于十層的少數幾層納米尺度的石墨烯納米片層組成，部分石墨烯納米片層包含連接在邊位碳原子上羥基；所述石墨烯量子點的平均直徑為2～7nm，石墨烯量子點的平均厚度為0.6～3.6nm，并且所述石墨烯量子點包含C、N、O、H四種元素。

作為本發明優選的技術方案，石墨烯量子點由層數不大于五層的少數幾層納米尺度的石墨烯納米片層組成，石墨烯量子點平均直徑為3.3nm，平均厚度為1.8nm。

一種石墨烯量子點在發光器件中應用，采用本發明石墨烯量子點替代LED中的熒光粉，在藍光芯片器件上制備熒光材料層，在450nm藍光芯片激發下，使LED器件發射出暖白光。

作為優選的石墨烯量子點在發光器件中應用，將所述石墨烯量子點500μL加入到2g硅膠中，再用勻膠機進行攪拌至少15min，將石墨烯量子點與硅膠充分混合制成石墨烯量子點及硅膠的混合物漿料，然后將石墨烯量子點及硅膠的混合物漿料滴加成膜或涂覆在藍光芯片器件上，制備熒光材料層，制成LED器件，然后對LED器件通入30mA的電流及加入2.7V的工作電壓下，使LED器件發射出暖白光。

一種石墨烯量子點在活細胞成像中的應用，將本發明石墨烯量子點作為著色劑材料，使活細胞的細胞核的染色體成像。