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文献综述
1.1引言
新材料的发展及应用极大地推动了人类社会的文明与进步。在一定程度上，新材料的研发水平和产业化规模已成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。随着近年来纳米工程学和纳米电子学的兴起，具有优异光学性能的新型纳米材料引起了研究者广泛的兴趣，尤其在光电器件(如LED照明灯、发光二极管、光电耦合器)和生命科学(如生物成像、生物标记、生物传感和免疫分析)等领域得到快速发展[1-2]。荧光纳米粒子的相关研究正是在这种背景下广泛展开的，为新型荧光功能材料的设计与发展提供了机遇和挑战。近年来，利用光子晶体为前驱体通过高温热解简便快速制备荧光可调碳量子点，并将其应用在LED器件上。这为多功能荧光碳量子点众多应用，例如，光电器件，传感器和生物成像等又创造了一个广阔的应用前景[3]。
1.2荧光碳量子点的特性
荧光纳米粒子(荧光量子点)是一类介于体相材料与分子之间的物质，由于自身显著的尺寸效应、量子限域效应和表面效应，展现出与常规的块状晶不同的新奇特性，如特殊的光、电、磁、催化、力学及热力学等性能。荧光碳点的产生（CDS）为制备新型量子点（QDs）提供了新途径，其具有独特的荧光性质、光稳定性、毒性低、耐化学性和电子转移性质[4]。目前，碳点是从较大的碳骨架（如：石墨，多壁碳纳米管）中剥离得到或利用分子前驱体（如：蜡烛或煤气烟尘，柠檬酸盐，糖或碳水化合物）制备。更为重要的是这些已制备的碳点的量子产率（QYS）和多色荧光性质，然而，与传统的金属半导体纳米晶体比碳点略显平淡。在大多数情况下，目前已制备的碳点仅有单调的蓝色荧光性质（PL）并且量子产率小于10%，极大地限制了其实际应用的范围。然而，光子晶体为前驱体通过高温热解简便快速制备荧光可调碳量子点及其应用在LED器件上，拓展了碳点的应用前景[3]。
1.3碳量子点的研究进展
碳量子点(carbondots)是最近发现的一种新型荧光量子点，作为碳家族的新成员引发了人们广泛的研究兴趣。2004年，Xu等人[5]在纯化单壁碳纳米管时偶然发现了一种碳纳米材料，这种材料具有优异的荧光性能，即之后被定义为碳量子点的一类发光物质。与传统的半导体量子点相比，碳量子点主要成分为C，H，O和N等元素，不含任何重金属元素，因此表现出优异的生物相容性和环境友好性。另外，碳量子点具有稳定的荧光特性，激发波长相关性以及易于表面功能化等优点，因而在近几年来得到长足的发展。目前，许多课题组致力于碳量子点的研究，主要集中于三方面的内容：探索光物理行为的产生机制、寻求简便有效的合成方法以及开发新型的应用。
1.3.1碳量子点制备方法
碳量子点的制备方法一般来说可归为三大类：自上而下法、自下而上法和其他方法。自上而下法主要是将碳量子点从更大的碳结构(如石墨烯、纳米碳管等)上剥离下来的过程，自下而上法主要是将原料通过氧化、碳化等手段生成含碳前驱体，再经过分离等后处理形成良好的碳量子点。其他方法则是自上而下法和自下而上法相综合或者两者之外的方法。
图1-1碳量子点的制备方法分类
1.3.1.1电弧放电法
Xu等人[6]在2004年利用电弧放电法提纯单壁碳纳米管时，将产物通过硝酸氧化和凝胶电泳法分离后得到三种不同粒径的发光材料，在激发波长为366nm时分别发射蓝绿色、黄色和橙色荧光，如图1-2所示。他们对其进行TEM分析后认为这是一种新型的发光碳纳米材料，并预言这种材料在将来具有广泛的应用；但是他们并没有进行深入的机理阐述和后续的研究。这种碳材料即为荧光碳量子点。
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