碳纳米管 (CNT) 因其高导电性、化学稳定性、重量轻和高强度等独特性质而在许多领域中需求量巨大。由于其在可见光下的超黑特性和红外光的光热效应，它们在光学相关领域也备受关注。最近，借助二氧化硅光子晶体 (PC) 涂层，通过简单的液相法实现了可见光下 CNT 的着色。然而，尚未研究 CNT 对红外和紫外 (UV) 波段的光致发光 (PL) 特性等响应调制。在此，将硅烷功能化碳点 (SiCD) 引入二氧化硅 PC 中，成功实现了 CNT 纤维 (CNTFs) 的结构着色和 PL。在 SiCDs 液滴的帮助下，还实现了单个 CNT 和悬浮 CNT 网络 (SCNTNs) 的光学和荧光可视化。该类SiCDs修饰SiPCs包覆CNTFs（SiCDs@SiPCs-CNTFs）表现出上/下转换PL响应，激发光源可以是紫外光、可见光和近红外激光。结构着色和新PL性能的开发将推动PL碳杂化材料在智能显示、智能纺织、防伪等许多领域的广泛应用。
 

图 1. SiCDs@SiPCs-CNTFs 制备示意图。a) 通过简单浸涂法制备 SiCDs@SiPCs-CNTFs 示意图。b) SiCDs@SiPCs 合成过程示意图。c) 结构彩色和 PL SiCDs@SiPCs-CNTFs 示意图。
 
 
图 2. SiCDs@SiPCs-CNTFs 的形貌表征。a–c) CNTFs (a)、SiCDs 涂覆的 CNTFs (b) 和 SiCDs@SiPCs-CNTFs (c) 的扫描电子显微镜 (SEM) 图像。d) 不含 SiCD 的二氧化硅 PC 的透射电子显微镜 (TEM) 图像。(e) SiCDs@SiPCs 的 TEM 图像。SiCDs 溶液的添加量（5% 负载分数）为 3 mL。f) 图 2e 中所示的 SiCDs@SiPCs 表面形貌的 TEM 图像。可以清楚地观察到添加 SiCD 之前的原始二氧化硅 PC 的边缘。
 
 
图3. SiCDs@SiPCs-CNTFs的结构色和PL特性。a-c) 不同直径的SiCDs@SiPCs涂覆的蓝色（a）、绿色（b）、粉色（c）CNTF的照片。d-f) 365 nm紫外照射下蓝色（d）、绿色（e）、粉色（f）SiCDs@SiPCs-CNTFs的照片（a-c）。它们表现出不同的结构色，但由于添加了相同的SiCD和不同尺寸的二氧化硅PC，因此都发出荧光。g-k) 四种典型结构色SiCDs@SiPCs-CNTFs的光学图像（g-j）和CIE坐标（k）：蓝色（g）、绿色（h）、黄色（i）和紫色（j）SiCDs@SiPCs-CNTFs，分别对应210、245、280和305 nm的二氧化硅PC。
 
 
图 4. SiCDs 和 SiCDs@SiPCs 的光学特性。a) 不同负载率（分别为 100%、50%、5%、0.5%）的 SiCDs/乙醇溶液的紫外可见吸收光谱。b) 负载率为 5% 的 SiCDs 溶液在 360 至 560 nm 处激发的 PL 发射光谱。插图显示了可见光（左）、254 nm 紫外线照射（中）和 365 nm 紫外线照射（右）下 SiCDs 溶液的照片。c) 负载率为 100% 的 SiCDs 溶液在 440 至 560 nm 处激发的 PL 发射光谱。插图显示了可见光（左）、254 nm 紫外线照射（中）和 365 nm 紫外线照射（右）下 SiCDs 的照片。d) 740 至 900 nmNIR 飞秒激光激发的 SiCDs@SiPCs-CNTFs 的双光子发射光谱。 e) 二氧化硅光子晶体、SiCDs@SiPCs 和 SiCDs 的 FTIR 光谱。f) 有和没有 SiCDs 修饰的二氧化硅光子晶体的平均直径。插图显示了 SiCDs@SiPCs-CNTFs 的光学图像和相应的二氧化硅光子晶体直径。
 
 
图 5. SiCDs@SiPCs-CNTFs 的应用。a) SiCDs@SiPCs-CNTFs 作为紫外线指示剂的示意图。b–d) 在不同环境下绣有 SiCDs@SiPCs-CNTFs 的 T 恤：b) 自然阳光环境；c) 紫外线暴露的阳光环境；d) 紫外线暴露的黑暗环境。（d）中的插图显示了绣有 SiCDs@SiPCs-CNTFs 的图案的放大视图。e) 在紫外线暴露的环境中，缠绕在线轴上的 SiCDs@SiPCsCNTFs 的光学图像。f) 在自然阳光环境下，在黑色棉布上绣有 SiCDs@SiPCs-CNTFs 的帆船图案（f）呈现黄色结构色；在紫外线暴露的黑暗环境中发出荧光。
 

图 6. SiCDs 纳米液滴辅助 CNT 和 SCNTN 的光学可视化。a、b) 在沉积 SiCDs 纳米液滴之前 (a) 和之后 (b) 的 SCNTN 的光学图像。在沉积 SiCDs 纳米液滴之前，SCNTN 是不可见的。c) 用固化的 SiCDs 装饰的 SCNTN 的光学图像。固化后，颗粒在显微镜下变黄。d) 暴露在紫外线下发出荧光的 SCNTN 的光学图像。e) 沉积 SiCDs 液滴的 SCNTN 在 561 nm 光激发下的激光扫描共聚焦显微镜图像。f-h) 用 SiCDs 液滴装饰的悬浮 CNT 在 405 nm (f)、488 nm (g) 和 561 nm (h) 光激发下的激光扫描共聚焦显微镜图像。i、j) 用 SiCDs 液滴装饰的 SCNTN (i) 和 CNT 束 (j) 的 SEM 图像。纳米液滴接近球形，在 CNT 上具有一定的接触角。k,l) 用 SiCD 液滴装饰的 CNT 束的 TEM 图像。l 中的图像是 k 中接触角的放大视图。
  
      相关科研成果由清华大学Rufan Zhang课题组于2024年发表在Advanced Optical Materials（https://doi.org/10.1002/adom.202400282）上。原文：Structural Coloration and Up/Down-Conversion Photoluminescence of Carbon Nanotube Fibers for Ultraviolet Detection
原文链接：https://doi.org/10.1002/adom.202400282

转自《石墨烯研究》公众号