巴沙木碳量子点的性能及其在荧光油墨中的应用

碳量子点是一种尺寸小于10 nm的荧光纳米材料,其因优异的发光特性,在多个领域尤其是防伪领域中备受关注,其制备方法也是多种多样。为探究不同方法所制碳量子点荧光特性的异同,以质轻、无毒害特性且自身含有硅元素的巴沙木包装废弃物作为原材料,分别用一步水热法与微波法制备碳量子点,并分别命名为H-CQDs和M-CQDs。通过对所制碳量子点的物理形貌、组分以及荧光性能的分析得出,2种方法制得的巴沙木碳量子点在365 nm紫外灯照射下均可发出蓝色荧光,且H-CQDs的荧光强度最高可达M-CQDs的3倍。H-CQDs与M-CQDs的光学性能具有相似性,它们的发光颜色相同、峰形位置相近;但同时激发波长也存在一定差异,H-CQDs的含氧官能团数量明显多于M-CQDs,H-CQDs的荧光量子产率(2.82%)高于M-CQDs(1.61%),且光学性能更为优异。同时,利用可发出明亮蓝色荧光且荧光量子产率较高的H-CQDs配制荧光油墨,该油墨在紫外灯下显示出明显的蓝色荧光,这说明巴沙木碳量子点可成功配制出荧光油墨,为其在防伪方面的应用提供了可能。

热敏型碳点作为温度传感材料的研究进展

高灵敏度的非接触式温度传感在活细胞及活体的生物分析、空气动力学研究、光电功能体系研究及食品货物包装涂层的温度监测等领域有着广泛的应用。荧光蛋白、有机化合物、碳点、金属纳米颗粒、稀土掺杂纳米颗粒和半导体量子点等已经被应用于温度传感器。其中碳点具有水溶性好、光稳定性高、生物相容性高、生物毒性小、制备方法简便、原材料来源丰富等优势,能克服传统金属量子点易猝灭、易团聚和对环境有害等缺点,逐渐成为其他温度传感器的替代品。本文梳理了热敏型碳点的制备方法、性能表现和应用领域,综述了其荧光变化规律和温度-荧光的线性关系,并分析总结了目前仍存在的问题及未来的发展趋势,为后续研究学者提供思考和学习的理论支撑。

分心木碳点/聚乙烯醇复合膜的制备及其在草莓保鲜的应用

目的制备不同浓度碳点的未掺杂分心木碳点(1-CDs)/聚乙烯醇复合膜和氮掺杂分心木碳点(2-CDs)/聚乙烯醇复合膜,以延长草莓的货架期。方法采用流延法制备复合膜,探讨不同浓度CDs对复合膜的光致发光行为、疏水性、力学性能、紫外吸收性能和阻隔性能的影响,并比较不同薄膜对草莓的保鲜效果。结果碳点和聚乙烯醇分子内或分子间发生了较强的相互作用,碳点的加入增强了复合膜的疏水性和紫外吸收性能,2-CDs/PVA-6复合膜在60 s时的接触角为65.3°,断裂伸长率和拉伸强度分别为(220.6±6.3)%、(107.55±4.9)MPa,2-CDs/PVA-6复合膜在波长300 nm时的紫外可见光透过率接近0,该复合膜对草莓的保鲜效果最好。结论作为包装材料,2-CDs/PVA-6复合膜表现出潜在的应用价值,能够延长草莓的货架期。

木质素荧光碳点-聚乙烯醇薄膜湿度传感器的制备及性能

实现家居环境中湿度监测和预警对人体健康具有重要意义,但基于碳点的湿度研究尚在初级阶段。以木质素为碳源,以间苯二胺、盐酸为掺杂剂,采用一锅水热法在水热反应温度为200℃,反应时间为10 h时获得碳点(carbon dots,CDs),并结合红外光谱、X射线光电子能谱、透射电镜和荧光分光光度计等进行测试分析。结果表明,该碳点的荧光量子产率达14.81%,在水溶液中表现出明显的紫外光区吸收特性,而且当激发波长为440 nm时,其荧光强度最高,并发出绿色荧光(发射波长为512 nm)。采用该碳点与聚乙烯醇构建的薄膜湿度传感器不仅表现出良好的湿敏性,而且具有良好的荧光性能和拉伸性能:当相对湿度从50%增加到90%时,传感器呈现明显的颜色变化,即该传感器在不同湿度下产生不同的响应;加入CDs后聚乙烯醇薄膜在365 nm的紫外光下产生明亮的绿光发射,其拉伸强度从58.36 MPa提升到92.46 MPa,断裂伸长率从237.15%提高到279.17%。该木质素荧光碳点-聚乙烯醇薄膜湿度传感器在家居环境中具有良好的应用潜力。

低碳经济下绿色快递包装纸箱的模数化研究

目的为解决快递包装箱体尺寸多样、过度缠绕胶带、高破损率和回收困难等普遍问题。方法通过层次分析法构建绿色快递包装纸箱模数化研究模型,并通过模糊综合评价得出消费者对于快递包装纸箱的评分。结果社会效益的权重为0.578,表示消费者重视环保意识、隐私和人工问题。同时,大气排放的权重最高0.724,人工问题的权重最低0.074,表明消费者希望提高快递物流工具的空间利用率,减少其对环境的污染,然而对快递人员打包、卸货、取件时的人力消耗关注较少。结论设计了2种零胶带、自锁底、易折叠,兼具保护与二次利用功能的绿色快递包装箱,同时,规范了快递包装箱体的尺寸规格,提出了8款箱体尺寸和4种箱体的堆码模型,从而在快递源头控制资源浪费,降低快递包装箱的破损率,提高快递物流的空间利用率和包装箱的回收率,为我国快递纸箱模数化实施提供理论参考。

淡竹叶碳量子点的微波法制备及在细胞成像中的应用探究

利用响应曲面法(RSM)系统研究了微波作用时间(T)、微波功率(W)、淡竹叶与去离子水的料液比(R)对微波法制备淡竹叶氮硅自掺杂碳量子点(N/Si-CQDs)荧光量子产率(QY)的影响。得到了上述工艺参数对QY的影响显著性次序以及对应的QY回归模型与最佳工艺参数,通过验证实验证明优化结果可靠。采用最佳工艺得到的N/Si-CQDs的平均粒径较小且分布均匀,在水中分散性良好,具有激发依赖的发射特性,荧光稳定性较高,对HEK293细胞具有较低细胞毒性,且可被细胞吸收而照亮细胞从而明确区分细胞质和细胞核,说明该碳量子点可用于细胞成像。该研究不仅为淡竹叶的高值化利用提供了一个新思路,而且对提高生物质碳量子点的微波法制备效率、促进其在细胞成像等生物医学领域的应用具有参考价值。

樟子松基碳量子点的制备工艺优化

目的将樟子松木材包装废弃物转化为荧光碳量子点,为实现废弃樟子松木材包装的高值化综合利用探索一条新途径。方法以60目樟子松木材包装废弃物为碳量子点前驱体,分别以硫酸和乙二胺为硫和氮掺杂剂,在温度为200℃、时间为10 h的水热条件下合成樟子松基碳量子点。采用紫外可见光分光光度计、荧光分光光度计、透射电子显微镜、傅里叶红外光谱仪和X射线光电子能谱仪等表征手段,研究原材料配比对所制备樟子松基碳量子点物理结构、化学结构和光学性质的影响,并以碳量子点的荧光量子产率为评价指标,优化樟子松基碳量子点的制备工艺。结果所得硫氮掺杂碳量子点呈规则球形,其平均粒径及粒径分布分别为4.30 nm和2.01~6.63 nm;当原材料配比为m(樟子松木粉)∶m(硫酸)∶m(乙二胺)=1∶1∶1时,合成的掺杂碳量子点的荧光最强、荧光量子产率最高。当樟子松木粉、去离子水、硫酸和乙二胺的质量比为1.250∶50∶1.250∶1.250时,掺杂碳量子点的荧光量子产率比未掺杂碳量子点的高约80倍。结论将樟子松木材包装废弃物转化为荧光碳量子点,是实现废弃樟子松木材包装的高值化综合利用的新途径。