具有圆偏振室温磷光效应的碳化聚合物点/液晶复合材料的研究
室温磷光(Room Temperature Phosphorescent,RTP)材料凭借其大的斯托克斯位移和长余辉发射的独特优势，在传感、生物成像、信息加密等领域有着广泛应用。碳点(Carbon Dots,CDs)作为一种纳米尺寸的新型光学功能材料，具有制备简单、发光性能优异、生物相容性好等优点。通过嵌入刚性基体、引入杂原子、交联增强发射等方式，可以有效实现 CDs 基 RTP。圆偏振发光(Circularly Polarized Luminescence,CPL)材料是最近研究的热点。研究者们在手性液晶(Liquid Crystals,LC),有机小分子，聚合物等诸多领域开发了一系列新型CPL材料。然而目前有关CPL的研究主要集中在单重激发态的圆偏振荧光发射上。将手性与磷光相结合，在无金属RTP材料中植入CPL还存在一定的困难，特别是制备同时具有高不对称因子(Luminescence Asymmetry Factor,glum)和长磷光寿命的圆偏振室温磷光(Circularly Polarized Room Temperature Phosphorescent,CPRTP)材料仍是一个巨大的挑战。本文中，设计并制备了一种具有长磷光寿命的碳化聚合物点(Carbonized Polymer Dots,CPDs),并通过将 CPDs 与胆甾相液晶(Cholesteric Liquid Crystal,CLC)聚合物膜叠层复合，实现了超高glum值的CPRTP发射。具体研究内容如下: 1)长寿命磷光CPDs的制备及研究 以3-(2-氨基乙胺)丙基三乙氧基硅烷和磷酸为原料，在210℃下水热反应12 h制备得到N,P共掺杂的CPDs(NP-CPDs)。NP-CPDs在激发光关闭后发出明亮的绿色RTP,磷光量子产率达9.74％,磷光寿命长达1.25 s,余辉持续时间超过14 s。并利用NP-CPDs优异的磷光性能，探索了其在防伪、信息加密及指纹成像等领域的潜在应用。 2)CPDs / LC叠层复合光子膜的CPRTP效应研究 设计并制备了 CPDs / LC叠层复合光子膜，利用CLC聚合物膜的滤光作用，将NP-CPDs发射的非偏振RTP转化为CPRTP且glu1m值高达1.09,首次实现了 CPRTP的可视化。此外，通过控制叠层复合光子膜中NP-CPDs的点涂位置和LC聚合物膜的相态，开发了具有信息加密特性的复合光子阵列膜，从而扩展了 CPRTP材料在防伪方面的应用。 综上所述，本论文中研究并制备了一种具有长RTP寿命的CPDs,并利用CLC聚合物膜的选择性反射，实现了兼备超高glum与长磷光寿命的CPRTP发射。
复合材料;碳化聚合物点;胆甾相液晶;制备工艺;圆偏振室温磷光效应
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
宋春风
2023
中文
TB342
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）