基于石墨烯量子点的荧光墨水制备及其在荧光防伪中的应用

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随着科学技术的快速发展,人们逐渐意识到信息真伪和安全储存的重要性,对开发新型防伪材料和防伪技术的需求也愈发迫切。其中利用荧光材料的荧光防伪是目前使用最为广泛的防伪技术,它具有操作简便、省时和防伪性能强等优点。而石墨烯量子点(GQDs)作为一种新型的碳基荧光纳米材料,与传统的发光半导体量子点和有机荧光染料相比,具有表面修饰性强、毒性低、污染小、制备成本低和光稳定性好等优点,在荧光墨水领域具有潜在的应用价值。本论文将一种或多种荧光颜色的GQDs制备得到荧光墨水,通过书写或打印得到各种防伪图案。防伪图案在特定的激发光激发下,通过显现荧光信息提供便捷的辨认真伪方法,达到简单防伪的目的。此外,以氮硫共掺石墨烯量子点(N,S-GQDs)为荧光防伪材料,设计刺激响应型的信息存储和防伪技术。将N,S-GQDs与稀土铕配合物结合起来制备复合荧光墨水,实现更高级的多重防伪效果。具体研究内容如下:(1)我们以具有石墨烯母核结构的1,3,6-三硝基芘为碳源,以三乙胺为氮掺杂源和溶剂,发展了一步自下而上溶剂热制备油溶性好的高亮N-GQDs的方法。由于N-GQDs具有较好的抗盐性、光稳定性和在乙醇中良好的溶解性,我们成功地制备了油性荧光墨水,并研究其在荧光防伪中的应用。使用N-GQDs油性荧光墨水书写和打印后的印迹能够瞬时干燥,在紫外光照射下可显现明亮清晰的荧光图案,且具有较好的光稳定性。此外,N-GQDs也被用于荧光粉和荧光水凝胶的制备,均展现出良好的荧光效果。(2)我们以氮掺杂石墨烯量子点(N-GQDs)为蓝色荧光墨水,以羟基石墨烯量子点(OH-GQDs)为绿色荧光墨水,以氮掺杂碳点(N-CDs)为红色荧光墨水,基于三种碳量子点设计了多色荧光打印防伪技术。采用三种碳量子点制成的荧光油墨用于喷墨打印,获得的荧光图案在日光下能达到颜色加密的效果,而在365 nm紫外灯下能显现明亮的荧光图案,实现颜色解密,从而提高荧光防伪性能和增加视觉美观性。此外,三种荧光油墨还能清晰打印多种彩色荧光图案,且具有较好的荧光稳定性,能够长期储存。(3)我们以氮硫共掺石墨烯量子点(N,S-GQDs)为荧光材料,研究了其在信息安全储存和荧光防伪中的应用。采用N,S-GQDs与其荧光猝灭剂Cu2+配合,制备了N,S-GQDs/Cu2+荧光隐形墨水,使用可络合Cu2+的半胱氨酸(Cys)作为刺激剂可恢复N,S-GQDs的荧光,基于此原理设计了刺激响应型的信息存储和防伪技术。此外,我们将具有红色荧光的稀土铕配合物Eu3+DP掺入N,S-GQDs/Cu2+墨水中,制备了N,S-GQDs/Cu2+/Eu3+DP复合荧光墨水。将Cys作为一种刺激剂,引入可猝灭Eu3+DP红色荧光的柠檬酸(CA)作为第二种刺激剂。以刺激剂的输入顺序作为输入信号,对应的字迹荧光颜色变化路径作为输出信号,则可以实现一种类似于密码锁功能的荧光防伪技术,表现出更高级的多重防伪效果。
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