高發(fā)光性能硅納米粒子熒光粉和發(fā)光膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于固態(tài)發(fā)光及高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硅納米粒子熒光粉和發(fā)光膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相比于其他納米粒子，硅納米粒子有著如儲(chǔ)量豐富、成本低廉和毒性小等獨(dú)特的優(yōu)勢，所以近年來，硅納米粒子在多個(gè)領(lǐng)域都受到了廣泛的關(guān)注。此外，硅材料還有著良好的生物相容性，并且能夠與硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)合。這些潛在的優(yōu)勢，加上人們對硅納米粒子日益廣泛的研究，都使得其逐步替代經(jīng)典的I1-VI族重金屬納米粒子成為了可能。而硅納米粒子在固體發(fā)光器件的應(yīng)用方面首要解決的問題是如何將硅納米粒子穩(wěn)定在固態(tài)基質(zhì)中。然而，直接將娃納米粒子膠體溶液中的溶劑蒸發(fā)以制備娃納米粒子焚光粉的方法并不可取，因?yàn)樵诖烁稍镞^程中，硅納米粒子會(huì)發(fā)生聚集而產(chǎn)生聚集誘導(dǎo)熒光淬滅效應(yīng)(AIQ, Aggregat1n-1nduced quenching effect)。因此，我們需要找到一種合適的固體基質(zhì)能夠使得硅納米粒子在其中不發(fā)生聚集，從而將硅納米粒子制備成熒光粉或者發(fā)光膜，最終實(shí)現(xiàn)其固態(tài)發(fā)光。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種具有發(fā)光效率高及發(fā)光性能穩(wěn)定等優(yōu)異的光學(xué)性能的硅納米粒子熒光粉和發(fā)光膜及其制備方法。
[0004]本發(fā)明提供的硅納米粒子熒光粉和發(fā)光膜的制備方法，具體步驟如下:
(1)四氯化硅還原法制備硅納米粒子:以四氯化硅作為硅源，萘-鈉均相溶液作為還原劑，乙二醇二甲醚為介質(zhì)，以含有氮或氧等元素的有機(jī)物(如咔唑等)為硅納米粒子表面修飾劑或封端劑，反應(yīng)2-24 h，經(jīng)過離心，旋蒸，加水再分散，得到固含量為0.5-15%的硅納米粒子膠體溶液；
(2)室溫下(一般為25°C左右)，將硅酸鹽型水性膨潤土硅酸鎂鋰加入去離子水中，預(yù)混合配制成固含量為0.1-20%的懸浮液，快速攪拌，使其充分溶脹分散；根據(jù)需要，針對不同的硅納米粒，對該膨潤土水溶液用鹽酸調(diào)節(jié)pH至中性甚至是酸性；
(3)將上述的膨潤土水溶液與硅納米粒子膠體溶液以體積比1:1000-1:100的比例混合，并充分?jǐn)嚢瑁?br> (4)將步驟(3)所得混合液置于70-80°C(優(yōu)選75°C)烘箱中干燥24h以上(一般為24-48h)，待水分完全揮發(fā)，即得到發(fā)光性能良好的熒光粉；
或者，將步驟(3 )所得混合液與成膜性高分子溶液充分混合并澆膜，置于室溫抽濕環(huán)境中干燥，即得到發(fā)光性能良好的發(fā)光膜。
[0005]本發(fā)明中，采用的硅納米粒子為發(fā)光物質(zhì)。
[0006]本發(fā)明中，作為硅納米粒子表面修飾劑或封端劑的含有氮或氧元素的有機(jī)物，選用但不限于咔唑、1，2，3，4-四氫咔唑、二苯胺、正辛醇等。
[0007]本發(fā)明中，所用的硅酸鹽型水性膨潤土為固體基質(zhì)，但不限于硅酸鎂鋰，如鎂鋁硅酸鹽等膨潤土亦可。
[0008]本發(fā)明中，所用的成膜性高分子材料可以但不限于聚乙烯醇(PVA)，但也可以是其他任意的成膜性高分子。
[0009]本發(fā)明中，硅酸鹽型水性膨潤土是用來穩(wěn)定硅納米粒子防止其發(fā)生熒光淬滅的關(guān)鍵物質(zhì)。
[0010]本發(fā)明將硅納米粒子與硅酸鹽型水性膨潤土的水溶液混合，使硅納米粒子能夠貼附到膨潤土的片層結(jié)構(gòu)表面并在其上穩(wěn)定分散；干燥之后，硅酸鹽型水性膨潤土的片層結(jié)構(gòu)成功地阻隔了每個(gè)片層上的硅納米粒子在縱向結(jié)構(gòu)上的聚集，從而能夠得到維持原有硅納米粒子高發(fā)光性能的熒光粉。硅納米粒子通過表面修飾之后其表面表現(xiàn)為帶正電，而在膨潤土水溶液中，粘土片層需要靠吸附鈉離子來實(shí)現(xiàn)電中性，即粘土片層表面是帶負(fù)電的，所以硅納米粒子和粘土片層結(jié)構(gòu)之間能夠通過靜電相互作用結(jié)合在一起。本發(fā)明制備方法操作簡單，綠色溫和，節(jié)能高效，成本低廉。此外，若是將娃納米粒子與水性膨潤土的混合溶液再與高分子溶液共混，干燥之后還可以得到硅納米粒子的發(fā)光膜，使得硅納米粒子在固態(tài)發(fā)光領(lǐng)域具有了更加廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景。
[0011]本發(fā)明具有下述優(yōu)點(diǎn):
(I)本發(fā)明采用的硅納米粒子具有優(yōu)異的發(fā)光效率，所用的水性膨潤土是市面上常見的材料，價(jià)格低廉；且該熒光粉及膜的制備方法，簡單高效，綠色環(huán)保，成本低廉，可以用于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0012](2)本發(fā)明制備的硅納米粒子熒光粉和發(fā)光膜具有和液態(tài)硅納米粒子相近的光學(xué)性能，即具有優(yōu)異的熒光性能和光學(xué)穩(wěn)定性，可用于各種固態(tài)發(fā)光器件。
【附圖說明】
[0013]圖1為所制得的黃色硅納米粒子熒光粉在日光下的圖片。
[0014]圖2為所制得的黃色硅納米粒子熒光粉在紫外燈照射下(波長為365nm)的圖片。
[0015]圖3為所制得的硅納米粒子-PVA發(fā)光薄膜在日光下的圖片。
[0016]圖4為所制得的硅納米粒子-PVA發(fā)光薄膜在紫外燈照射下(波長為365nm)的圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用于限制本發(fā)明的范圍，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以下實(shí)例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
[0018]以下實(shí)施例中的原料均為市售商品。
[0019]實(shí)施例1
1.以四氯化硅作為硅源，萘-鈉均相溶液作為還原劑，乙二醇二甲醚為介質(zhì)，
I,2，3，4-四氫咔唑?yàn)楣杓{米粒子表面修飾劑，反應(yīng)10 h，以8000r/min轉(zhuǎn)速離心1min后取上清液，50°C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)掉溶劑，加水將硅納米粒子再分散，充分分散后可得到穩(wěn)定分散在水中的光學(xué)性能優(yōu)異的硅納米粒子膠體溶液； 2.室溫下(25°C左右)，將0.5g硅酸鎂鋰水性膨潤土加入2ml去離子水中進(jìn)行預(yù)混合，快速攪拌使其充分溶脹分散；
3.將上述的膨潤土水溶液與1ml娃納米粒子膠體溶液混合，并充分?jǐn)嚢瑁?br> 4.將所得混合液置于75°C烘箱中干燥24h，待水分完全揮發(fā)，即可得到發(fā)光性能良好的綠色熒光粉。
[0020]實(shí)施例2
1.以四氯化硅作為硅源，萘-鈉均相溶液作為還原劑，乙二醇二甲醚為介質(zhì)，咔唑?yàn)楣杓{米粒子表面修飾劑，反應(yīng)2 h，以8000r/min轉(zhuǎn)速離心1min后取上清液，50°C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)掉溶劑，加水將硅納米粒子再分散，充分分散后可得到穩(wěn)定分散在水中的光學(xué)性能優(yōu)異的硅納米粒子膠體溶液；
2.室溫下(25°C左右)，將0.5g硅酸鹽型水性膨潤土加入2ml去