[发明专利]一种基于碳点和水滑石形成的压制变色发光传感器薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于碳点和水滑石形成的压制变色发光传感器薄膜及其制备方法。该薄膜由3‑氨基苯磺酸、层状双氢氧化物和聚乙烯醇三种原料构建而成。本发明制备的薄膜具有CDs的双重发射(荧光和磷光)行为；并且当进行压力传感测试时，该薄膜不仅在荧光方面而且在磷光方面都与压力均呈线性关系。该薄膜在压膜后，可以在短时间内通过加热回到其原始状态；薄膜在UV光下照射1h后，薄膜的荧光强度和磷光强度都只降低到其原始值的80％左右；表现出良好的对于外界压力的敏感性、可逆性和光(荧光，磷光)稳定性。这种具有双重发射性能的薄膜极大地提高了传感器的灵敏度。

技术领域

本发明属于压制变色发光传感器制备技术领域，特别是涉及了一种基于碳点和水滑石形成的压制变色发光传感器薄膜及其制备方法。

背景技术

压致变色发光(PCL)材料在机械传感器和光电设备中具有广阔的应用前景。它们的光学信号的变化主要是通过调节分子的堆积方式而化学结构保持不变来实现的。通常，分子堆积模式由弱的分子间相互作用决定，如π-π相互作用和氢键。因此，固体中的相变通常是由于诸如剪切应力或磨削应力之类的弱驱动力而发生的，这很容易实现光学性能的显著变化。但是，目前的PCL材料存在诸如聚集猝灭(ACQ)效应等问题，容易受到外部环境的影响，并且由于以粉末形式存在而具有很差的自我恢复能力。因此，设计一种有效的PCL材料仍然是一个挑战。

近年来，基于有机配合物，分子组装体和聚集诱导的发光分子的PCL材料已经取得了巨大的研究进展，但是仍然存在诸如合成步骤复杂等问题。相比之下，碳点(CDs)作为一种新型发光材料，具有非常简单的合成方法，并具有优异的光学性能和良好的生物相容性，因此它是PCL材料的优良候选者。但是，大多数处于粉末状态的CDs可能会产生ACQ效应，并且它们的分子结构在高压下会被破坏，从而导致荧光猝灭。

发明内容

本发明的目的在于提供一种溶蒸发法制备碳点/水滑石@聚乙烯醇复合膜，即为基于碳点和水滑石形成的压制变色发光传感器薄膜。

本发明所述的基于碳点和水滑石形成的压制变色发光传感器薄膜的制备方法为：

1)水热法制备硝酸根水滑石：将二价可溶金属盐和三价可溶金属盐溶于90-150mL去CO₂和去离子水中得到混合盐溶液，其中二价金属离子和三价金属离子的摩尔比为1-3，二价金属离子的浓度为0.01-1.6M；向三口烧瓶中缓慢滴加浓度为1-4M的NaOH溶液至pH＝6.5-8.7，将得到的浆液倒入高压反应釜中，在100-120℃温度下晶化15-20h；待反应釜冷却至室温后，将得到的胶状物离心并将沉淀用水洗涤4-6次，50-70℃真空干燥得到硝酸根水滑石；

2)制备插层水滑石：将3-氨基苯磺酸0.012-0.03mol溶于100-150mL水中，然后加入1.0-2.0g硝酸根水滑石，60-80℃下，在氮气保护下搅拌70-80h，将产物离心后得到的插层水滑石用水洗涤4-6次，最终分散于水中备用；

3)制备碳点/水滑石：将步骤2)得到的插层水滑石分散液倒入高压反应釜中，200-220℃下反应10-12h，待反应釜冷却至室温后，将产物离心，得到的碳点/水滑石用水洗涤4-6次，最终分散于水中备用；

4)制备碳点/水滑石@聚乙烯醇复合膜：将聚乙烯醇加入水中，85-95℃下搅拌溶解得到质量浓度为3-10％的聚乙烯醇溶液；取步骤3)得到的碳点/水滑石分散液与聚乙烯醇溶液混合，55-65℃下搅拌3-3.5h，并超声30-40min；最后将混合液倒入表面皿中，50-60℃下干燥即得碳点/水滑石@聚乙烯醇复合膜，即为基于碳点和水滑石形成的压制变色发光传感器薄膜。

所述的二价金属离子选自Mg²⁺、Zn²⁺、Ca²⁺中的一种或几种；所述的三价金属离子选自Fe³⁺、Al³⁺中的一种或两种。