本發明具體涉及一種耐水性有機-無機雜化亞銅鹵化物發光材料及其制備方法與應用,屬于納米發光材料。
背景技術:
1、溫度是自然過程中最重要的物理參數之一,準確測量溫度具有重要意義。傳統的接觸式溫度計受到技術限制,難以測量納米和亞微米級別的物體或快速移動的物體的溫度。在眾多的測溫方式中,光學溫度傳感通過監測光學參數(如熒光強度、熒光強度比、發射半峰寬、峰位置和熒光壽命)與溫度變化之間的響應關系來實現溫度監測,具有非侵入性、響應快、準確度高和抗電磁干擾等優勢,引起學術界和工業界的廣泛關注,其中,光學測溫材料的開發是光學溫度傳感的重中之重。
2、近年來,金屬鹵化物因其具有多樣化的溫度依賴型發光特征而從眾多光學測溫材料中脫穎而出。一方面,金屬鹵化物可通過摻雜具有溫度敏感度的ns2組態離子實現基于其納秒級熒光壽命的溫度傳感。另一方面,金屬鹵化物還可通過與有機組分雜化形成有機-無機雜化金屬鹵化物進而具備顯著的結構溫度敏感性。在高溫下,有機分子的熱運動加劇,使晶胞急劇膨脹,打破了晶格規整結構并誘導晶體缺陷的形成。這些缺陷影響了自捕獲激子的發光特性,致使其熒光壽命對溫度變化敏感,成為溫度響應參數,進而實現溫度的傳感與監測。中國專利cn119331613a公開了一種基于雙模熱響應上轉換發光的溫度傳感材料及其制備方法和應用,所述材料化學式為bi4yti0.5m0.5o8x:rey;其中,m為w或mo,x為cl或br,re為er或yb/er,并采用水熱熔鹽法串聯合成策略進行制備;與傳統的熱猝滅材料不同,該專利提供的溫度傳感材料bi4ti0.5m0.5o8x,隨溫度升高可見光減弱的同時800nm近紅外發光也出現增強,其在熒光強度模式和熒光壽命模式下都具有較高的光學溫度靈敏度,是一種可以用于高溫環境檢測的寬溫度測量范圍光學溫度傳感材料,在光學溫度傳感領域有較大應用潛力;中國專利cn109943329a公開了一種二維混金屬鹵化物發光半導體,分子式為[(me)2dabco]ag2pbbr6,屬于單斜晶系,p21空間群,該混金屬鹵化物可在波長316nm的紫外線激發下,發射波長711nm的紅光,發光強度在80~200k內與溫度呈線性關系,可作為低溫區熒光溫度傳感材料。
3、可見,金屬鹵化物已成為制備光學測溫材料的理想之選。然而,金屬鹵化物本征特性是離子晶體,各組分通過電荷吸引和多面體配位相結合,其存在固有的穩定性差——尤其是水穩定性差的問題。受這些問題的制約,現有的金屬鹵化物難以在高濕度環境下得以應用。目前,在開發兼具高水穩定性和高光學溫度傳感性能的金屬鹵化物領域,仍處于空白狀態。因此,迫切需要研制出具有良好水穩定性的新型金屬鹵化物,以滿足現有溫度傳感的實際需求。
技術實現思路
1、針對現存的問題,本發明提供一種耐水性有機-無機雜化亞銅鹵化物發光材料及其制備方法與應用,該發光材料兼具良好的發光性與高的溫敏性,其熒光的壽命和光強對溫度變化敏感,通過對該材料熒光壽命或光強的監測,有望實現光學溫度傳感;此外,該發光材料還具有出色的水穩定性,這使得其可廣泛應用于各類高濕度的生產、生活場景。
2、本發明的技術方案如下:
3、本發明提供一種耐水性有機-無機雜化亞銅鹵化物發光材料,所述發光材料的化學式為:(c18h15p)3cu2br2。
4、進一步地,所述發光材料為針狀的微米級晶體。
5、進一步地,所述發光材料的空間群為p21/n,其晶胞參數為:α=90°,β=109.8°,γ=90°。
6、本發明提供的上述耐水性有機-無機雜化亞銅鹵化物發光材料可在250~400nm波長的光激發下,發射出波長在420~700nm可見光范圍內的綠色熒光,發射峰值在500~600nm之間,熒光量子產率大于40%,具有良好的發光性能,發射的熒光的壽命和光強對溫度變化敏感。
7、本發明還提供一種上述耐水性有機-無機雜化亞銅鹵化物發光材料的制備方法,包括如下步驟:
8、s1、將溴化亞銅和三苯基溴化膦混合,而后將所得的混合物于溶劑中充分分散,得到混合物分散液;
9、s2、將步驟s1得到的混合物分散液加熱攪拌直至混合物完全溶解并再持續攪拌反應0~60min,得到澄清透明的溶液;
10、s3、將步驟s2得到溶液停止加熱,自然冷卻至室溫,重結晶析出晶體;所得晶體經有機溶劑洗滌、干燥,得到所述耐水性有機-無機雜化亞銅鹵化物發光材料。
11、進一步地,步驟s1中,所述溶劑為體積比為(4~6):1的n,n-二甲基甲酰胺與次磷酸的混合溶劑。
12、進一步地,步驟s1中,溴化亞銅與三苯基溴化膦的摩爾比為1:(0.25~2)。
13、進一步地,步驟s2中,混合物分散液加熱攪拌的溫度為80~120℃。
14、進一步地,步驟s3中,用于洗滌的有機溶劑為乙醇或異丙醇;干燥的溫度為30~80℃。
15、本發明提供的耐水性有機-無機雜化亞銅鹵化物發光材料可應用于光學溫度傳感領域。
16、區別于現有技術,本發明具有如下有益效果:
17、1、本發明提供了一種耐水性有機-無機雜化亞銅鹵化物發光材料,其為針狀的微米級晶體,兼具良好的發光性與高的溫敏性,在250~400nm波長的光激發下,可發射出波長在420~700nm可見光范圍內的綠色熒光,熒光的壽命和光強對溫度變化敏感,其溫度傳感的相對靈敏度最高可達12.8%?k-1,是非摻雜發光金屬鹵化物的最高值,因此其在光學溫度傳感領域具有廣闊的應用前景。
18、2、相較于現有的鹵化物發光材料,本發明提供的耐水性有機-無機雜化亞銅鹵化物發光材料還具有良好的水穩定性,本發明的發光材料化學式為(c18h15p)3cu2br2,化學結構中三苯基膦結構的存在使得發光材料具有較強的疏水性,同時,三苯基膦還與cu通過共價鍵相連,共價鍵的連接進一步提升了發光材料化學結構的水穩定性;因此,上述特性使得本發明合成的發光材料克服了現有的鹵化物發光材料水穩定性差的固有缺陷,在水中浸泡30天后仍能保持87%以上的發光強度,可應用于各類高濕度環境的溫度監測、傳感。
19、3、本發明通過溶劑熱法,在較高的溫度下將三苯基膦與含銅鹵化物溶解于混合溶劑中,經自然冷卻至室溫并重結晶析晶得到所述發光材料;該制備方法的反應原料均可直接從試劑公司購買得到,不需要進一步的提純,能夠有效降低制備成本,工藝簡潔,成本低廉且可重復性極高,便于大規模制備并實現工業化應用。
1.一種耐水性有機-無機雜化亞銅鹵化物發光材料,其特征在于,所述發光材料的化學式為:(c18h15p)3cu2br2。
2.根據權利要求1所述的耐水性有機-無機雜化亞銅鹵化物發光材料,其特征在于,所述發光材料為針狀的微米級晶體;所述發光材料的空間群為p21/n,其晶胞參數為:α=90°,β=109.8°,γ=90°。
3.一種如權利要求1或2所述的耐水性有機-無機雜化亞銅鹵化物發光材料的制備方法,其特征在于,包括如下步驟:
4.根據權利要求3所述的耐水性有機-無機雜化亞銅鹵化物發光材料的制備方法,其特征在于,步驟s1中,所述溶劑為體積比為(4~6):1的n,n-二甲基甲酰胺與次磷酸的混合溶劑。
5.根據權利要求3所述的耐水性有機-無機雜化亞銅鹵化物發光材料的制備方法,其特征在于,步驟s1中,溴化亞銅與三苯基溴化膦的摩爾比為1:(0.25~2)。
6.根據權利要求3所述的耐水性有機-無機雜化亞銅鹵化物發光材料的制備方法,其特征在于,步驟s2中,混合物分散液加熱攪拌的溫度為80~120℃。
7.根據權利要求3所述的制備方法,其特征在于,步驟s3中,用于洗滌的有機溶劑為乙醇或異丙醇;干燥的溫度為30~80℃。
8.將如權利要求1或2所述的耐水性有機-無機雜化亞銅鹵化物發光材料應用于光學溫度傳感領域。