一种超长室温磷光水凝胶材料及其制备方法与流程

1.本发明属于水凝胶材料领域，具体涉及一种超长室温磷光水凝胶材料及其制备方法。
技术背景
2.超长室温磷光，又称长余辉，是一种有趣的光学现象。当移去激发光源后，超长室温磷光材料能持续发光几秒钟、几分钟、甚至几小时。由于具有长的寿命、大的斯托克位移和高的激子利用率等优点，这类材料在照明显示、数据加密及防伪、生物成像、有机电致发光二极管等领域有着广泛的应用。磷光是由三线态激子辐射跃迁产生的。通常，三线态激子容易被水汽和氧气等猝灭。一种常用的隔绝水汽和氧气的方法就是材料结晶化或者掺杂在刚性的基质中，刚性基质如聚乙烯醇、类固醇等。有趣的是，通过水分在碳量子点和三聚氰酸之间构建氢键网络骨架，可以大大增强磷光发射。此外，水还能增强三聚氰酸和均苯三甲酸混合物的磷光效率，同时延长磷光寿命。但是，当含水量大于20％时，磷光强度随含水量的增加而降低。此外，水凝胶往往是高含水量，在水凝胶中，由于弱的动态的分子间作用力，使得非辐射跃迁较强，以及水分对三线态激子的猝灭，使得水凝胶实现超长有机磷光比较困难。
3.芳香π基团修饰的水溶性亲水链或者长的烷基链在适当的溶剂中可自组装形成许多有机凝胶。由于具有芳香π单元的离域π电子，这些有机凝胶具有发光、载流子迁移率和导电性等本征电子性质。它们被应用于场效应晶体管、光伏器件、成像和传感等领域。荧光水凝胶主要是荧光蛋白、掺杂有机荧光发光分子、镧系化合物或发光纳米颗粒的聚合物水凝胶。与荧光相比，室温磷光具有激子利用率高、stokes位移大、寿命长等优点，超长室温磷光水凝胶在生物和医学领域有着巨大的应用前景，开发超长室温磷光水凝胶将进一步拓宽水凝胶和超长室温磷光材料的应用范围。近年来，通过引入金属配合物磷光发光分子或超分子聚合物水凝胶来实现室温磷光水凝胶。但它们的寿命在微秒范围内。延长发光水凝胶的寿命是一个棘手的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种超长室温磷光水凝胶材料及其制备方法
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
6.一种超长室温磷光水凝胶材料，该材料由一种含有羧基的芳香酸和一种含吡啶基的衍生物超分子自组装而成；
7.其中，所述含有羧基的芳香酸的结构式为以下任一种：
8.9.所述含吡啶基的衍生物的结构式为以下任一种：
[0010][0011]
所述超长室温磷光水凝胶材料的构建单元均具有超长室温磷光性质，能溶于水，易结晶。
[0012]
所述超长室温磷光水凝胶材料的制备方法如下：将一种含有羧基的芳香酸和一种含吡啶基的衍生物的加入水热釜中，加入去离子水，密封后放入烘箱中，设置温度为120～140℃，加热8～22小时，然后冷却至室温，即可得到超长室温磷光水凝胶材料。
[0013]
本发明采用以上技术方案，一种芳香酸和一种含吡啶基的衍生物通过水热自组装形成一维纳米线，纳米线相互缠绕形成三维网络，吸收大量的水。羧基与含吡啶基的衍生物之间强烈的氢键作用有效地阻碍了芳香羧酸和吡啶基衍生物的自身结晶或沉淀，从而有助于水凝胶的形成。
[0014]
所述超长室温磷光水凝胶材料的结构性质为：水凝胶在荧光显微镜下是长纳米线状，长度可达到1mm，扫描电子显微镜下显示其直径为200nm～1μm。
[0015]
所述超长室温磷光水凝胶材料的光物理性质为：水凝胶含水量高达96％(固体质量/(固体质量 水质量))，仍保持超长室温磷光发射，聚集态下材料室温磷光寿命长达609ms，黄绿色的余辉肉眼可见。
[0016]
本发明具有以下优点：(1)水热法合成材料，原料廉价，合成方法简便；(2)合成的材料具有超长室温磷光发光现象；(3)水凝胶是由纳米线交织而成；(4)材料可3d打印成各种模型。利用本发明的材料用于生物光电子领域，可用于人体健康状况检测和生物标记等应用。可以预期，该类有机发光凝胶材料将是一类有巨大商业化潜力的新型纯有机长余辉材料。
附图说明
[0017]
图1为制备得到的水凝胶在室内光、紫外灯照射下和观点紫外灯之后的照片；
[0018]
图2为水凝胶在荧光显微镜下明场照片；
[0019]
图3为水凝胶77k冷冻干燥后的扫描电子显微镜照片；
[0020]
图4为水凝胶在室温条件的寿命。
具体实施方式
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超长室温磷光水凝胶材料合成过程：
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实施例1
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称取均苯四甲酸60mg，异烟碱(57.5mg)，加入25ml的水热釜中，加入5ml的去离子水。密封后，放入烘箱，设置温度为140℃，加热22小时，关掉烘箱，让其缓慢冷却至室温，即可得到质地均匀的白色水凝胶。
[0024]
实施例2
[0025]
称取均苯三甲酸60mg，2-吡啶甲酸52.8mg，加入25ml的水热釜中，加入5ml的去离子水。密封后，放入烘箱，设置温度为120℃，加热16小时，关掉烘箱，让其缓慢冷却至室温，即可得到质地均匀的白色水凝胶。
[0026]
实施例3
[0027]
称取2,6-吡啶二羧酸50mg，3-羟基吡啶28.5mg，加入25ml的水热釜中，加入5ml的去离子水。密封后，放入烘箱，设置温度为120℃，加热8小时，关掉烘箱，让其缓慢冷却至室温，即可得到质地均匀的白色水凝胶。


技术特征：
1.一种超长室温磷光水凝胶材料，其特征在于：所述水凝胶材料由一种含羧基的芳香酸和一种含吡啶基的衍生物自组装而成。2.根据权利要求1所述的一种超长室温磷光水凝胶材料，其特征在于：所述含羧基的芳香酸的结构式为以下任一种：所述含吡啶基的衍生物的结构式为以下任一种：3.如权利要求1或2所述的一种超长室温磷光水凝胶材料的制备方法，其特征在于：将一种含羧基的芳香酸和一种含吡啶基的衍生物加入水热釜中，加入去离子水，密封后放入烘箱中，设置温度为120～140℃，加热8～22小时，然后冷却至室温，即可得到超长室温磷光水凝胶材料。4.根据权利要求3所述的一种超长室温磷光水凝胶材料的制备方法，其特征在于，所制备的超长室温磷光水凝胶材料为纳米线状，长度达到1mm，直径200nm～1μm。5.根据权利要求3所述的一种超长室温磷光水凝胶材料的制备方法，其特征在于，所制备的超长室温磷光水凝胶材料，含水量超过96％，仍保持超长室温磷光发射，室温磷光寿命达到609ms。

技术总结
本发明公开了一种超长室温磷光水凝胶材料及其制备方法。所述水凝胶材料是由一种含羧基的芳香酸和一种吡啶基衍生物超分子自组装而成。本发明具有以下特点：（1）水热法合成材料，原料廉价，合成方法简便；（2）合成的材料具有超长室温磷光发光现象；（3）水凝胶是由纳米线交织而成；（4）材料可3D打印成各种模型。将本发明的水凝胶材料用于生物光电子领域，可用于人体健康状况检测和生物标记等应用。该类有机发光凝胶材料将是一类有巨大商业化潜力的新型纯有机长余辉材料。型纯有机长余辉材料。型纯有机长余辉材料。


技术研发人员：蔡素芝 黄维
受保护的技术使用者：海峡创新实验室
技术研发日：2022.04.14
技术公布日：2022/7/29