专利名称：一种二维片层碳纳米荧光材料的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种具有突出荧光性能二维片层碳纳米荧光材料。
背景技术：
碳元素广泛存在于地球上的各种生物、非生物体内，在生物进化中起着非常重要的作用，碳是组成生物体等有机物质的最基本的元素。对于碳单质的同质异形体非常多，在生产科研等领域具有广泛应用的包括金刚石、石墨、碳纳米管、富勒烯、石墨烯、碳纳米纤维
坐寸ο随着对碳材料的研究不断深入，尤其是石墨烯的发现，二维碳纳米材料逐渐引起了人们的关注。二维碳纳米材料只有一维处于纳米尺度范围，一般是片层状结构。二维碳纳米材料具有大比表面积、稳定的化学性质、高弹性等优异的性能，在场发射、光电、催化等诸多领域具有广泛的应用。典型的二维片层碳纳米材料包括石墨烯、碳纳米片等。石墨烯(graphene)是指由碳原子紧密堆积成的具有二维蜂窝状晶格结构的单层石墨片。自2004年获得稳定存在的石墨烯后，其优异的性能使其在短短几年时间内成为凝聚态物理、材料科学和电子科技等领域最具活力的研究课题。目前石墨烯的制备方法主要有机械剥离法、化学剥离、化学气相沉积法等。机械剥离法这种方法是利用机械剥离的方式从高纯石墨晶体表面剥离出石墨烯。其特点是制备方法简单易操作，易于获得高质量石墨烯，但是该方法制备效率低下，成本闻。化学剥离法此方法是对石墨进行氧化处理，增大石墨层间距。经过超声处理，这种大间距的石墨层极易分开，形成氧化石墨烯溶液。通过对该溶液进行还原处理，就可以得到石墨烯。其特点是操作简单，成本低，但是产物质量差、缺陷较多，物理化学性质有明显降低。化学气相沉积法利用高温裂解碳源气体，在铁或镍催化剂存在的条件下，获得石墨烯片层。其的特点是以相对较低的成本制备大面积的高质量石墨烯，但是由于有产物转移等诸多繁琐的过程，这种方法的操作难度很大，产量和成本控制仍然难以满足生产、科研需求。不同于石墨烯，碳纳米片一般由多层或数十层石墨片层构成，其制备方法主相对简单并且单一，主要是是以化学气相沉积技术为基础，包括热丝化学气相沉积、微波等离子体增强化学气相沉积、射频等离子体化学气相沉积等。热丝化学气相沉积以碳氢气体为碳源，在几百到几千度的温度下均可以制备出碳纳米片。随着气体浓度，温度的变化产物的产量、厚度、有序度均会发生变化。微波等离子体增强化学气相沉积以碳氢气体为碳源，微波源功率通常在500W以上，生长温度在700°C左右。这种方法生长的碳纳米片的厚度，高度、生长速率等受到微波源功率，反应气体压强，气体浓度等诸多因素的影响。射频等离子体化学气相沉积以碳氢气体为碳源，射频功率为900w，生长温度为700°C左右。碳纳米片的生长速度和气体碳源的浓度以及温度有关系。在荧光材料领域，典型的荧光材料主要包括氧化物、硫化物、氟化物和复合氧化物等几类。在这几类荧光材料中氟化物的声子能量较小，氧化物的声子能量最大。根据物质类型，传统的突光材料又可以分为无机突光材料和有机突光材料。无机突光材料中最为重要的部分是稀土荧光材料或者稀土基荧光材料。稀土荧光材料具有独特的光谱结构和优异的光学特性，其发射光谱呈线状，具有色彩鲜艳、发光寿命长、耐高温、高激发能量密度、高流明当量等特点。根据发光类型可以分为阴极发光、X射线荧光以及光致发光三类。无机荧光材料的制备方法多种多样，目前主要有溶胶-凝胶法、以金属有机化合物为前驱体的化学液相法、水热法、溶剂热法等。溶胶-凝胶法制备方法的优点是简单，适用性强，制备材料的结晶性也好；缺点是制备的荧光材料的颗粒均匀性、分散性差，形貌也比较难控制。化学液相法的优点可以制备直径小于100 nm的均匀分散颗粒；缺点是由于大量使用金属有机化合物，反应温度较高，需要无氧条件，反应毒性大，适用范围小不适于大规模制备。水热法和溶剂热法优点是在氟化物、氧化物等荧光材料制备中应用广泛，材料结晶度、分散性能较好并且易于实现材料的掺杂复合；缺点是这种方法的可控性差，可控的水热法、溶剂热法的实现还有待进一步探究。对于有机荧光材料，种类繁多，有机分子中含有如=C=0、-N=O等荧光基团并且这些基团是分子共轭体系的一部分时，该有机物就可能体现较好的荧光特性。有机荧光材料按结构大致可以分为三类，包括具有刚性结构的芳香稠环化合物、具有共轭结构的分子内电荷转移化合物以及金属有机配合物。综上所述，二维片层碳纳米材料以及荧光材料的制备方法固然多种多样，均显示了一定的优势，但是也都有明显的缺陷，例如制备成本较高，过程复杂，操作难度大，产量较低，不能满足应用需求等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种二维片层碳纳米材料。本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为一种二维片层碳纳米荧光材料，该材料是通过首先制备出非晶态“实心”碳纳米纤维；然后将非晶态“实心”碳纳米纤维在真空度低于30 Pa，温度为100(Γ1700 ，轴向压强为20 100 MPa的条件下反应I 30分钟得到的。所述的反应条件是通过真空热压炉或放电等离子烧结系统中达到。在本发明中所涉及的非晶态“实心”碳纳米纤维定义为直径在100 nm以下且不具有“空心”结构的“实心”碳纳米纤维。非晶态“实心”碳纳米纤维是通过火焰法得到，即利用碳-氢化合物燃烧的扩散火焰作为热源和碳源来合成碳纳米纤维。放电等离子烧结技术(Spark Plasma Sintering, SPS)技术是近年来发展起来的一种新型的快速烧结技术。SPS技术将等离子活化、热压、电阻加热三者融为一体，因而具有升温速度快、加热源分布弥散、烧结时间短、晶粒均匀、有利于控制烧结体的细微结构、获得的材料致密度高、性能好等特点。本发明主要是利用SPS技术来处理非晶态“实心”碳纳米纤维得到二维片层碳纳米荧光材料。
该方法制备的二维片层碳纳米材料具有特殊的荧光性能，在紫外光的激发下会发射荧光，发光的波长范围200 nnT600 nm。这种材料和典型的突光材料有明显差别,在光电子器件、复合材料、催化等诸多领域的应用具有重要意义。本发明的有益效果在于
1)在火焰法制备的碳纳米纤维基础上，实现了一维碳纳米纤维向二维片层碳纳米材料的转变；
2)在高温真空高压条件下，一方面可以去除碳纳米纤维中的缺陷和其他官能团，另一方面，碳纳米纤维在高温高压条件下产生形态和结构变化，得到高质量的二维片层碳纳米材料；
3)本发明制备的二维片层碳纳米材料具有特殊的荧光性质；
4)本发明的制备工艺流程简单、操作容易、制备成本低、产物质量高、可控性好以及大
规模生产
图I为实施例I制备的非晶态“实心”碳纳米纤维的扫描电镜图。
图2为实施例I制备的非晶态“实心”碳纳米纤维的透射电镜图。
图3为实施例I制备的非晶态“实心”碳纳米纤维的拉曼光谱曲线。
图4为实施例I制备的非晶态“实心”碳纳米纤维的荧光曲线。
图5为实施例2制备的二:维片层碳纳米材料的扫描电镜图。
图6为实施例2制备的二:维片层碳纳米材料的透射电镜图。
图7为实施例3制得的二:维片层碳纳米材料的扫描电镜图。
图8为实施例3制得的二:维片层碳纳米材料的拉曼光谱曲线。
图9为实施例4制备的二:维片层碳纳米材料的拉曼光谱曲线。
图10为实施例4制备的:二维片层碳纳米材料和荧光曲线。
图11为实施例5制备的:二维片层碳纳米材料的透射电镜图。
图12为实施例5制备的:二维片层碳纳米材料的荧光曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步阐述，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之内。
实施例I
制备非晶态“实心”碳纳米纤维
配置O. IM的FeCl2溶液，用滴管将该溶液涂覆在光洁的基板表面，自然风干或用电炉微热使其蒸干。待乙醇挥发后，将基板插入乙醇火焰中，调节至合适的高度，燃烧3分钟后可在基板表面生成一层黑色物质，即为非晶态“实心”碳纳米纤维。其形貌如图I和图2所示。其拉曼光谱显示很强的D峰，碳纳米纤维结晶程度差，如图3所示。其在波长为325 nm激光的激发下的荧光发射图如图4所示，其荧光强度几乎没有。 制备二维片层碳纳米荧光材料将原始的非晶态“实心”碳纳米纤维放入石墨模具中，然后置于真空热压炉中进行高温高压处理，炉体真空度在30 Pa以下，以每分钟100°C的升温速率升温到1000°C，烧结时间为I分钟。烧结过程中的外加轴向压强通过热压炉系统的上下压头加载到石墨模具的上下压头获得，烧结过程中的轴向压强为20 MPa，获得二维片层碳纳米荧光材料。实施例2
火焰法制备非晶态“实心”碳纳米纤维的过程和实施例I相同，得到非晶态“实心”碳纳米纤维后，将原始的非晶态“实心”碳纳米纤维放入石墨模具中，然后置于SPS系统中进行高温高压处理，炉体真空度在30 Pa以下，以每分钟100°C的升温速率升温到1000°C，烧结时间为I分钟。烧结过程中的外加轴向压强通过SPS系统的上下冲头加载到石墨模具的上下压头获得，烧结过程中的轴向压强为20 MPa，获得二维片层碳纳米荧光材料，其扫描电镜图如图5所示,透射电镜图如图6所示。实施例3
火焰法制备非晶态“实心”碳纳米纤维的过程和实施例I相同，得到非晶态“实心”碳纳米纤维后，将原始的非晶态“实心”碳纳米纤维放入石墨模具中，然后置于SPS系统中进行高温高压处理，炉体真空度在30 Pa以下，以每分钟100°C的升温速率升温到1500°C，烧结时间为5分钟。烧结过程中的外加轴向压强通过SPS系统的上下冲头加载到石墨模具的上下压头获得，烧结过程中的轴向压强为30 MPa，获得二维片层碳纳米荧光材料，其形貌如图7所示；如图8所示，D峰是表征碳材料结构无序成分和缺陷的存在；G峰对应于晶态石墨的拉曼活性E2g高频模，与碳-碳切向伸缩振动模有关，主要用于表征碳材料的对称性和有序度，由SP2原子对的拉伸运动产生；2D峰是双振动拉曼散射造成，高的2D峰表示高的结构有序度。其拉曼光谱曲线显示D峰明显减弱，其缺陷明显减少，结晶度明显提高。实施例4
火焰法制备非晶态“实心”碳纳米纤维的过程和实施例I相同，得到非晶态“实心”碳纳米纤维后，将原始的非晶态“实心”碳纳米纤维放入石墨模具中，然后置于SPS系统中进行高温高压处理，炉体真空度在30 Pa以下，以每分钟100°C的升温速率升温到1700°C，烧结时间为5分钟。烧结过程中的外加轴向压强通过SPS系统的上下冲头加载到石墨模具的上下压头获得，烧结过程中的轴向压强为50 MPa，获得二维片层碳纳米荧光材料。其拉曼光谱曲线如图9所示，325 nm激光激发下的荧光发射图如图10所示。实施例5
火焰法制备非晶态“实心”碳纳米纤维的过程和实施例I相同，得到非晶态“实心”碳纳米纤维后，将原始的非晶态“实心”碳纳米纤维放入石墨模具中，然后置于SPS系统中进行高温高压处理，真空度在30 Pa以下，以每分钟100°C的升温速率升温到1700°C，烧结时间为5分钟。烧结过程中的外加轴向压强通过SPS系统的上下冲头加载到石墨模具的上下压头获得，烧结过程中的轴向压强为100 MPa，获得二维片层碳纳米荧光材料。其形貌图如图11所示，其在325 nm激光激发下的荧光发射图如图12所示。实施例6
火焰法制备非晶态“实心”碳纳米纤维的过程和实施例I相同，得到非晶态“实心”碳纳米纤维后，将原始的非晶态“实心”碳纳米纤维放入石墨模具中，然后置于SPS系统中进行高温高压处理，炉体真空度在30 Pa以下，以每分钟100°C的升温速率升温到1700°C，烧结时间为30分钟。烧结过程中的外加轴向压强通过SPS系统的上下冲头加载到石墨模具的上下压头获得，烧结过程中的轴向压强为100 MPa，获得二维片层碳纳米荧光材料。 从以上实施例可以看出，真空高温高压处理可以有效的实现一维碳纳米纤维向二维片层碳纳米材料的转变，并且该方法制备出来的二维片层碳纳米材料具有突出的荧光性倉泛。
权利要求
1.一种二维片层碳纳米荧光材料，其特征在于所述的材料是通过首先制备出非晶态“实心”碳纳米纤维；然后将非晶态“实心”碳纳米纤维在真空度低于30 Pa，温度为100(Γ1700 ，轴向压强为20 100 MPa的条件下反应I 30分钟得到的。
2.根据权利要求I所述的一种二维片层碳纳米荧光材料的制备方法，其特征在于所述的反应在真空热压炉或放电等离子烧结系统中进行。
全文摘要
本发明公开了一种二维片层碳纳米荧光材料，该材料是通过首先制备出非晶态“实心”碳纳米纤维；然后对制备的非晶态“实心”碳纳米纤维在高温真空高压条件下反应而得到。该材料具有特殊的荧光性质，且制备工艺简单，操作容易控制，制备成本低，产物质量高，可控性好以及大规模生产等优点，实现了一维碳纳米纤维向二维片层碳纳米材料的快速、高效转变以及碳纳米荧光材料的大量制备。
文档编号B82Y40/00GK102976311SQ20121056526
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者潘春旭, 黎德龙, 张豫鹏 申请人:武汉大学