碳纳米点可调制声致发光波长 水中蓝紫光变为橙光

仙仙

记者从中国科学院合肥物质科学研究院了解到，该院固体所研究员徐文课题组与重庆医科大学超声医学工程国家重点实验室合作，利用自主研制的“球形聚焦集声系统”，开展了碳纳米点对声致发光效应影响的研究，观测到碳纳米点对声致发光具有明显的调制作用，可使水中的蓝色和紫色光调制为橙色发光，其调制效应可肉眼分辨。相关研究成果日前发表在《纳米级》上。


在声场作用下，液体如纯水中会发生空化，形成气泡。气泡在正负交替的声压驱动下缓慢膨胀、快速塌缩，还发出光脉冲，此现象为声致发光。这一过程可通过气泡将声能积聚并转换为光能，为声学领域的重要实验现象。但是，目前学界对声致发光机理的认识仍未完全清晰。有研究认为，在声空化以及气泡膨胀和塌缩过程中，产生的羟基自由基是纯水中声致发光的关键要素。而碳纳米点作为一种表面具有丰富化学基团且表面化学活性较强的纳米材料，常被用作自由基捕获体。


鉴于此，研究人员利用碳纳米点对声致发光实验中的羟基自由基进行调制，使声致发光波长发生了显著变化。通过声致发光光谱分析、光脉冲信号时间分辨测量，及对超声作用前后碳点的物理、化学特性表征分析，证实了碳纳米点对水中声致发光的影响，主要是通过碳纳米点与羟基自由基的耦合产生。


此外，超声处理是碳纳米材料制备过程中常用的方法。研究发现聚焦超声作用可使碳纳米点的碳核尺寸变小、碳核结晶更好、碳点分散更均匀。而超声诱导的化学效应可使碳点表面的基团被氧化，形成了更多的羧基。


这一研究结果为深入理解声致发光的微观机理提供了新的研究方法，将有助于进一步优化荧光碳点的合成、调控及应用。（记者吴长锋）