[发明专利]蓝色荧光碳量子点修饰的超疏水材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种蓝色荧光碳量子点修饰的超疏水材料及其制备方法和应用，属于疏水材料技术领域。所述超疏水材料一方面利用改性剂将层状硅铝酸盐进行改性，以便于共水解时SiO₂纳米球以及碳量子点能够均匀的分布于该片层的表面；另一方面氟烃基硅烷提供低表面能物质F，使得该材料具备超疏水的两个条件：粗糙结构和低表面能物质。本发明的超疏水材料兼备良好且稳定的转光以及超疏水性能，其作为功能填料能够更好的应用于聚合物自清洁、防尘、转光等领域。

技术领域

本发明属于疏水材料技术领域，具体涉及一种蓝色荧光碳量子点修饰的超疏水材料及其制备方法和应用。

背景技术

超疏水材料表面独特的润湿性使其在生产及生活中具有广阔的应用前景。在建筑领域方面，将超疏水材料用于建筑外墙可赋予其自清洁性能，大幅减少了清洁难度和维护费用；在海洋领域方面，在网状或多孔材料表面构建超疏水涂层，利用涂层对油和水的浸润性差异可实现高效率的油水分离，对于环境保护及资源回收利用具有重要意义。同时，将超疏水材料涂覆在轮船、潜水艇等外壳表面，可有效减少船体在水面运动时的阻力，提高航速，并防止外壳金属被海水腐蚀或污染物附着；在服装纺织领域，将超疏水涂层用于纺织品和鞋类表面，可减少服饰清洗次数，且在阴雨天气起到防雨防污的作用。金属材料作为重要的工程材料，在金属材料表面构造超疏水涂层，可有效减少腐蚀性液体与金属表面的直接接触，并隔绝水分和微生物，起到出色的防腐蚀作用；在日常生活中，电线、工业设备、道路等因严寒天气造成的表面覆冰会引起严重的安全事故和经济损失，而超疏水材料表面具有延迟冰的形成或防止冰附着的作用。因此，超疏水材料的制备与研究具有极大的实际价值。随着现代工业和人工智能的快速发展，单一的超疏水性难以满足材料在严苛环境和新兴领域中的使用要求。因此，在设计和制备超疏水材料时，除了使其具备超疏水性外，同时赋予其修复性、拉伸性、磁性、透明性、导电性、导热性、阻燃性等至少一种功能，则可以延长此类材料的使用寿命及拓宽其在柔性电子、快速融冰融雪、无人驱动、透明电极等新兴领域中的应用。

碳纳米材料如纳米金刚石、富勒烯、碳纳米管、石墨烯片和碳量子点，以其独特性质和在多种技术应用中的巨大潜力而受到了广泛的研究。碳量子点通常是指尺寸小于10nm以碳质骨架及表面官能团构成的纳米材料，其碳质骨架通常以sp²杂化的 C=C、C-O、O-C=O和石墨碳，或sp²/sp³杂化碳混合的无定形碳构成，除了碳元素外，碳量子点的表面通常含有活性官能团，如羧基（-COOH）、氨基（-NH₂）、羟基（-OH）等。碳量子点具有不同于传统的金属量子点的一些特点，如光稳定性高、生物分子相容性好、没有光激发波长依赖性、制备过程简便、成本低廉等。另外，碳量子点具有快速的光生电子传递能力，是良好的电子接受体及给予体，并且粒径和分子量都比较小，能够激发产生上转换荧光。近年来，在碳量子点的物理化学特性中，它们的光学特性和功能化特性引起了人们越来越多的兴趣。

中科院翟阅臣等人研究了绿光碳点蒙脱土复合材料，探究其在LED光学领域的应用；华南理工大学石雅芳等人，通过物理共混的方式制备了二氧化硅-改性蒙脱土复合涂层，该涂层表面的纳米级SiO₂与微米级的蒙脱土共同构建了微纳复合结构，研究表明当SiO₂与MMT的比例为1:1，其WCA为163.5°，WSA为4.3°；该研究虽然借助蒙脱土在有机组分中的良好分散性可以减缓纳米粉体团聚沉降过程，但物理共混的方式可能会造成纳米粉体与蒙脱土之间可能出现混合不均匀、分离以及二氧化硅与树脂的粘结力差而被磨掉等问题。目前已有研究人员利用碳点的荧光性质应用于提高植物转光效率，增加其光合作用的报道。虽然超疏水材料和碳点的应用广泛，但是关于这两种材料相互结合以及协同作用研究较少，尤其将二者结合为超疏水材料并将该材料作为纳米填料应用于聚合物基体中来实现转光-超疏水双功能，未见文献报道。

发明内容