新型发光材料在长春诞生 可能改变未来照明世界

 近日，中科院长春光机所曲松楠研究员课题组首次研制出高载负量、高荧光亮度的碳纳米点@二氧化硅复合凝胶。

首次通过凝胶实现高浓度碳点发光

记者了解到，该工作利用碳纳米点表面大量的羟基官能团引发正硅酸乙酯水解，在碳纳米点表面原位包覆二氧化硅。在高浓度的碳纳米点乙醇溶液中，实现具有高载负量、高荧光亮度的碳纳米点@二氧化硅复合凝胶，并可进一步获得荧光效率高达41%的干凝胶粉体材料，在开发基于碳纳米点的发光器件领域具有重要的应用前景。

中科院长春光机所曲松楠研究员对记者说，“固体发光材料应用的重要参数是亮度，要求高的发光中心浓度。现有的碳点固态发光材料都是低浓度的碳点掺杂，即发光中心浓度低，碳点高浓度就发生荧光淬灭。我们是基于凝胶的特点，让碳点在高浓度与二氧化硅原位复合形成凝胶，解决了碳点高度下的荧光淬灭问题，首次实现了碳点高掺杂浓度下高荧光量子效率的发光，离应用更进一步。”

据悉，发光碳基纳米点是近几年发展起来的新型碳基纳米发光材料。大量研究表明其具有无毒、生物相容性好、制备简单、光稳定性好等诸多优点，进而引起国际上的广泛关注，被认为是可能改变未来照明世界的八种发光新材料技术之一，其在生物成像、传感、催化、激光、光电器件及照明等领域具有潜在的应用。

攻克碳纳米点固态荧光淬灭的难题

记者了解到，基于碳纳米点的固态发光材料发展遇到瓶颈，主要问题是碳纳米点在固态时存在严重的因聚集引起荧光淬灭。“当提高碳纳米点载负量时，荧光量子效率却会大幅降低，不能应用于高亮度的照明器件。”因此，如何在高载负量的碳纳米点体系下实现高的荧光量子效率，进而实现高亮度的发光，成为碳纳米点在发光器件中应用的关键。

不同浓度的碳纳米点与二氧化硅形成复合材料的制备过程示意图

应用于发光二极管照明光源(LEDs)制备白光LEDs

据了解，该碳纳米点@二氧化硅复合干凝胶粉末荧光量子效率高达41%，实现高载负量、高荧光量子效率复合材料的合成。同时，这种制备方法也适用于表面同样具有丰富羟基的蓝光碳纳米点，进而得到高荧光亮度的蓝光碳纳米点@二氧化硅复合凝胶。基于高载负量以及强荧光性质，该复合材料可以作为颜色转换层应用于发光二极管照明光源(LEDs)中，制备出白光LEDs，有望成为新一类的高效固态发光照明材料。

碳纳米点@二氧化硅复合凝胶的(a1和a3)室光及(a2和a4)紫外光下照片。(b)冻干后所得干凝胶的荧光发射光谱及(c)紫外光下照片。干凝胶的(d)扫描与(e)透射电镜照片

超级碳纳米点可用于“喷水打印”

记者还了解到，发光碳纳米点实际上还有很多其他方面的应用。曲松楠说，“光机所研制出的基于”超级碳纳米点“的水触发”纳米荧光炸弹“是由部分烷基链修饰的碳纳米点在甲苯中自组装而成的，这将应用于'喷水打印'技术上。

”

喷水打印后的文字在紫外光照射下的效果

曲松楠研究员向记者简单地解释了“喷水打印”的原理，即用特殊的方法将碳纳米点聚集并与纸张复合，聚集后的碳纳米点荧光会淬灭，所以复合纸上只能表现出特别弱的荧光，而“喷水打印”后，超级碳纳米点遇水后会分解成小尺寸的碳纳米点，增强了荧光发光强度。而且这个过程是不可逆的，即使是水干后发光信息仍会保留在复合纸上。

指纹”的高强加密

据悉，发光碳纳米点在个人信息的加密方向还有应用，平时人们习惯将指纹上的纹路作为个人信息的辨识点，但是实际上，目前指纹的仿造其实是很容易的，但是手指上还有一种十分难以仿造的是指纹汗孔，由于汗液主要是水的成分，和喷水打印一样的原理，在复合纸上按压手指，就可以快速并且精准的采集指纹上汗孔的分布图，这在个人指纹信息加密上更安全更可靠。据了解，这项技术还可以通过了解人体汗液分布情况进而诊断个人健康。