應(yīng)用于白光LED的碳點(diǎn)熒光粉的研究進(jìn)展

邱漢迅,張 爭(zhēng),王園遲

（上海理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200093）

碳點(diǎn)（carbon dots，CDs）作為一種新興的碳材料，自2006年被發(fā)現(xiàn)以來，因其優(yōu)良的熒光特性一直受到廣泛的關(guān)注[1]。碳點(diǎn)是一種新型0維碳納米材料，尺寸通常小于10 nm，由碳核和其表面官能團(tuán)組成，主要含有C，H，O元素，并且常常伴有B，N，P，S等雜原子摻雜[2-4]。相較于有毒的傳統(tǒng)的半導(dǎo)體量子點(diǎn)，碳點(diǎn)具有優(yōu)良的熒光特性、低毒性、制備成本低廉和良好的生物相容性，使CDs在生物醫(yī)學(xué)[5-6]、化學(xué)傳感[7-8]和光電子領(lǐng)域[9-10]具有潛在的應(yīng)用前景。目前，CDs的發(fā)光波長(zhǎng)已經(jīng)覆蓋從紫外到近紅外的范圍[6,11]，有部分CDs的熒光光譜覆蓋了整個(gè)可見光并直接發(fā)出白光[12-13]。此外，熒光量子產(chǎn)率（quantum yield，QY）為99%的藍(lán)色碳點(diǎn)已經(jīng)被制備，這已經(jīng)與傳統(tǒng)的發(fā)光材料性能相近[14]。自2010年開始，CDs在光電子領(lǐng)域得到應(yīng)用。光電子領(lǐng)域主要包括發(fā)光二極管（LED）、光電催化及太陽(yáng)能電池等。其中，LED作為第四代照明，因其能耗低、壽命長(zhǎng)而受到廣泛關(guān)注。目前，照明能源消耗占全球能源消耗的22%，高效的LED可以減少一半的能源消耗[15]。商用白光LED制備主要有兩種方式：藍(lán)光芯片與黃色熒光粉；紫外芯片與RGB（紅、綠、藍(lán)）三基色熒光粉。常用的熒光粉主要為昂貴的稀土熒光粉或有毒的Pd2+/Cd2+量子點(diǎn)，因此，尋找新的替代品是一個(gè)亟需解決的問題。若要將CDs作為發(fā)光材料應(yīng)用于照明和顯示領(lǐng)域，CDs不僅需要具有液態(tài)發(fā)光性質(zhì)，而且還需要具備固態(tài)發(fā)光性質(zhì)。然而，在液態(tài)下具有較好熒光性能的CDs，在固態(tài)下易發(fā)生聚集，產(chǎn)生熒光淬滅，導(dǎo)致在LED領(lǐng)域上難以應(yīng)用。因此，制備出穩(wěn)定性能高的熒光粉是非常必要的。本文介紹了碳點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)、制備方法，重點(diǎn)闡述了近年來碳點(diǎn)熒光粉的研究進(jìn)展，為碳點(diǎn)在白光LED應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展提供一些參考。

1 碳點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)

目前，研究者們已經(jīng)合成出不同的發(fā)光顏色的碳點(diǎn)，其在紫外?可見光吸收、熒光光譜方面都有著一些相似的特點(diǎn)，但也存在著許多不同。

1.1 紫外?可見吸收

通常，碳點(diǎn)在紫外區(qū)（230～300 nm）有較強(qiáng)吸收能力，這是由于碳點(diǎn)有著較大的sp2共軛結(jié)構(gòu)和豐富的表面官能團(tuán)。230 nm 處的寬吸收峰通常是基于芳香結(jié)構(gòu)的C＝C 鍵的π–π*躍遷，而300 nm處的吸收一般是基于C＝O 鍵或其他相關(guān)基團(tuán)的n–π*躍遷。除了紫外區(qū)的吸收，碳點(diǎn)也在可見光出現(xiàn)吸收，特別是長(zhǎng)波長(zhǎng)碳點(diǎn)。如圖1所示，隨著發(fā)射波長(zhǎng)的紅移，碳點(diǎn)在可見光區(qū)域出現(xiàn)新的吸收，不同顏色的碳點(diǎn)出現(xiàn)了不同的可見光吸收[16]。

圖1 不同碳點(diǎn)的紫外?可見與熒光光譜[17]Fig.1 UV-vis fluorescence spectra of different carbon dots[17]

1.2 熒光性能不同

碳點(diǎn)作為一種新型發(fā)光材料，因其優(yōu)異的熒光性能受到了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)量子點(diǎn)和稀土元素發(fā)光材料都具有較小的半峰寬，但碳點(diǎn)常常都具有較大的半峰寬，這可能與碳點(diǎn)表面豐富的官能團(tuán)以及碳點(diǎn)的純度和結(jié)晶度有關(guān)，這一特點(diǎn)有利于碳點(diǎn)在白光LED器件的應(yīng)用。除此之外，碳點(diǎn)也表現(xiàn)出一些其他的熒光性能。

1.2.1 上轉(zhuǎn)換性能

上轉(zhuǎn)換發(fā)光是反斯托克定律的一種現(xiàn)象，在長(zhǎng)波長(zhǎng)光激發(fā)下，會(huì)發(fā)射出短波長(zhǎng)的光。由于長(zhǎng)波長(zhǎng)的激發(fā)光源，特別是近紅外光源，具有對(duì)生物組織損害小、散射能力較弱、自發(fā)熒光干擾小、空間分辨率高等特點(diǎn)，使上轉(zhuǎn)換發(fā)光在生物成像領(lǐng)域能夠得到很好的應(yīng)用。如圖2（a）所示，Zhang等[17]用咖啡豆合成出來具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光的碳點(diǎn)，用633 nm的長(zhǎng)波長(zhǎng)光激發(fā)，發(fā)射出藍(lán)光，成功地應(yīng)用在細(xì)胞成像上。λex為激發(fā)波長(zhǎng)。Lu等[11]用能形成大共軛sp2的多巴胺和鄰苯二胺合成了近紅外發(fā)光碳點(diǎn)，用800 nm的長(zhǎng)波長(zhǎng)光激發(fā)光后，能發(fā)射出710 nm的熒光，將其應(yīng)用在小鼠的活體成像中。但是，具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)的碳點(diǎn)的發(fā)光原理尚未明確，需要進(jìn)一步研究。

1.2.2 溶劑效應(yīng)

碳點(diǎn)表面具有豐富的官能團(tuán)，且這些基團(tuán)對(duì)碳點(diǎn)的發(fā)光性能有一定的影響，因此，對(duì)溶劑有較強(qiáng)的依賴性。溶劑的極性和pH會(huì)對(duì)碳點(diǎn)的發(fā)射波長(zhǎng)和熒光強(qiáng)度產(chǎn)生影響。如圖2（b）所示，Yang等[18]通過微波輔助固相合成出的碳點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)分散相中水和乙醇的比例，可以使碳點(diǎn)的發(fā)射波長(zhǎng)發(fā)生變化。此外，不同pH碳點(diǎn)溶液的熒光強(qiáng)度存在差異，并根據(jù)這個(gè)性質(zhì)制備了pH傳感器，檢測(cè)范圍為3.4～5.2。如圖2（c）所示，Chao等[19]制備的溶劑依賴性碳點(diǎn)，碳點(diǎn)的熒光性能隨著溶液中的水含量的變化而發(fā)生變化，根據(jù)此性能制備出了檢測(cè)水含量的比率計(jì)。圖2（c）中，R2為決定系數(shù)，X=3指橫坐標(biāo)為3。碳點(diǎn)的溶劑效應(yīng)使碳點(diǎn)在化學(xué)傳感領(lǐng)域有了較大的應(yīng)用前景。

圖2 碳點(diǎn)的其他性能[18, 20-22]Fig.2 Other properties of CDs[18, 20-22]

1.2.3 磷光性質(zhì)

大部分熒光材料，當(dāng)入射光消失，發(fā)射光便會(huì)立即消失。但也有些熒光物質(zhì)，其熒光壽命較長(zhǎng)，可達(dá)到毫秒級(jí)，甚至長(zhǎng)達(dá)幾秒，這種長(zhǎng)余輝發(fā)光現(xiàn)象便稱為磷光。近年來，碳點(diǎn)作為一種新型熒光材料，在研究其熒光性能時(shí)，其磷光性質(zhì)也逐漸被發(fā)現(xiàn)。通常，碳點(diǎn)在水溶液中具有較好的熒光性能，但由于溶液中的水分子和溶解的氧對(duì)三線態(tài)的淬滅作用，致使碳點(diǎn)在液態(tài)溶液中幾乎沒有磷光現(xiàn)象出現(xiàn)。但是，研究人員在研究固態(tài)發(fā)光碳點(diǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)碳點(diǎn)的又一個(gè)性質(zhì)，便是磷光現(xiàn)象。目前，隨著對(duì)碳點(diǎn)磷光性能研究的深入，熒光壽命已從最初幾毫秒增加到幾秒。如圖2（d）所示，Qi等[20]合成出的碳點(diǎn)在365 nm紫外光激發(fā)下，平均熒光壽命達(dá)750 ms。但是，具有磷光性能的碳點(diǎn)在制備方法以及應(yīng)用上仍存在一定困難，需要研究人員繼續(xù)探索研究。

2 碳點(diǎn)熒光粉

熒光粉作為一種發(fā)光材料，常用于LED器件中。目前，發(fā)光二極管以其體積小、壽命長(zhǎng)、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，在照明和顯示領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。熒光粉是LED的一個(gè)重要組成部分，其材料通常是昂貴的稀土熒光粉或有毒的Pd2+/Cd2+量子點(diǎn)，研究人員一直在努力尋找低成本和環(huán)保的替代品。碳點(diǎn)作為一種新型發(fā)光材料，由于其優(yōu)異的發(fā)光性能，近年來，在LED領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。而碳點(diǎn)的固態(tài)聚集導(dǎo)致的熒光淬滅是碳點(diǎn)在固態(tài)發(fā)光應(yīng)用中的一大難題，制約了碳點(diǎn)的大規(guī)模LED商業(yè)化應(yīng)用。目前，為了防止碳點(diǎn)出現(xiàn)固態(tài)熒光淬滅，大部分研究人員采用將碳點(diǎn)負(fù)載到基質(zhì)的復(fù)合方法，少部分能夠?qū)崿F(xiàn)單組分固態(tài)發(fā)光。近年來，有關(guān)固態(tài)發(fā)光碳點(diǎn)熒光粉的報(bào)道雖有所增加，但大部分都需要相對(duì)嚴(yán)格的工藝或后處理。因此，開發(fā)一種簡(jiǎn)易制備高性能碳點(diǎn)熒光粉的新方法是非常必要的。

2.1 復(fù)合碳點(diǎn)熒光粉

為了避免碳點(diǎn)因固態(tài)易聚集而產(chǎn)生熒光淬滅，研究人員發(fā)現(xiàn)，將碳點(diǎn)與基質(zhì)復(fù)合可以有效防止熒光淬滅，從而實(shí)現(xiàn)固態(tài)發(fā)光。與碳點(diǎn)復(fù)合的基質(zhì)可以分為有機(jī)物和無機(jī)物兩大類。其中，有機(jī)物基質(zhì)較為常見。有機(jī)物在固態(tài)下可以很好地分散碳點(diǎn)，使碳點(diǎn)之間保持一定的距離，從而起到防止碳點(diǎn)自淬滅的作用，常使用的方法是分散混合后干燥。無機(jī)物基質(zhì)通過碳點(diǎn)嵌入晶體而防止聚集誘導(dǎo)的熒光淬滅現(xiàn)象發(fā)生，常用的方法有蒸發(fā)結(jié)晶、靜電誘導(dǎo)組裝等。

2.1.1 有機(jī)基質(zhì)

a.淀粉。

近年來，研究人員通過將CDs與淀粉顆粒相結(jié)合，使CDs分散，制備出一種新型的環(huán)境友好型熒光粉。淀粉是一種天然高分子，是一種碳水化合物。淀粉自身具備優(yōu)良的吸附性能，很容易與一些有機(jī)小分子通過氫鍵相互締合形成結(jié)晶性復(fù)合體沉淀。淀粉基質(zhì)既不吸收激發(fā)光，也不吸收CDs的發(fā)射光，從而不影響碳點(diǎn)的熒光性能。如圖3（a）所示，Sun等[21]將CDs和淀粉按照一定比例在水溶液中機(jī)械攪拌24 h后過濾、干燥，得到了量子產(chǎn)率接近50%的熒光粉，并且成功地應(yīng)用到了LED器件上。作者認(rèn)為淀粉顆粒表面含有大量的羥基，可以有效地吸收CDs，CDs表面通過氫鍵作用被大量的羧基和酰胺基功能化。由于CDs在淀粉顆粒表面有效分散，使CDs之間能夠保持一定的距離，抑制了CDs的非輻射衰變過程和聚集引起的光致發(fā)光猝滅。Cao等[22]以鄰苯二胺作為前驅(qū)體，通過水熱法合成出了黃色碳點(diǎn)，并將碳點(diǎn)與淀粉按照不同比例混合制備得到黃色熒光粉，得到了量子產(chǎn)率為66.9%的熒光粉。淀粉作為碳點(diǎn)熒光粉的一種復(fù)合基質(zhì)，其成本低廉、環(huán)境友好，并且熒光粉的復(fù)合制備過程易操作，淀粉是一種較有潛力的基質(zhì)材料。

圖3 有機(jī)基質(zhì)[14, 23, 30]Fig.3 Organic matrix[14, 23, 30]

b.PVA與PVP。

聚乙烯醇（PVA）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）是有機(jī)合成高分子材料，由于其透光性好、成膜性好等特點(diǎn)，常用作碳點(diǎn)發(fā)光薄膜的基體材料[23-24]。近年來，有研究人員將PVP或PVA與碳點(diǎn)復(fù)合制備出熒光粉。如圖3（b）所示，Zheng等[25]在LED封裝過程中，為了避免碳點(diǎn)的熒光聚集淬滅，向碳點(diǎn)溶液中添加PVA或PVP，形成膠體滴加到芯片上。Wang等[26]以間萘二酚和KIO3為前驅(qū)體，通過溶劑熱法得到碳點(diǎn)溶液，并通過柱色譜方法進(jìn)行分離提純，得到了量子產(chǎn)率為53%的紅色碳點(diǎn)。將紅色碳點(diǎn)與PVP的乙醇溶液超聲混合1 h后，40℃下真空干燥24 h得到固體，經(jīng)過研磨得到紅色熒光粉。并結(jié)合藍(lán)、綠熒光粉制備得到顯色指數(shù)高達(dá)97的白光LED器件。這項(xiàng)工作為探索低成本、環(huán)保、高性能的碳點(diǎn)基LED提供了新的途徑。

c.聚合物微球。

聚合物微球是通過聚合反應(yīng)得到的粒徑均一的小球，常作為制備介孔材料的模板，也是微膠囊封裝常用的材料。常見的聚合物微球有聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）、聚硅氧烷（PSI）、三聚氰胺?甲醛（MF），這些有機(jī)微球具有較好的光學(xué)性質(zhì)、穩(wěn)定性，并且其粒徑大小可控、表面具有豐富官能團(tuán)。目前，已有研究人員成功地將碳點(diǎn)封裝在微球中避免碳點(diǎn)固態(tài)聚集誘導(dǎo)的熒光淬滅現(xiàn)象發(fā)生。Wu等[13]首先將CDs與MF預(yù)聚物通過靜電相互作用，再通過酸催化和加熱使MF預(yù)聚體發(fā)生聚合，將CDs封裝在微球內(nèi)部。如圖3（c）所示，制備得到的微球粒徑均勻，尺寸為（2.0 ± 0.08） μm。碳點(diǎn)與三聚氰胺?甲醛復(fù)合后的發(fā)射光譜范圍變寬，通過改變碳點(diǎn)的濃度來改變微球的發(fā)光性能。Hu等[27]以PSI為基質(zhì)，將碳點(diǎn)封裝在微球中，得到了三色的熒光粉。三色CDs @ PSI相較于CDs水溶液具有優(yōu)異的光穩(wěn)定性、高熱穩(wěn)定性及優(yōu)異的熒光性能等，在白光LED領(lǐng)域的應(yīng)用有較大前景。聚合物微球作為碳點(diǎn)熒光粉的基質(zhì)近年來得到應(yīng)用，由于聚合物微球種類眾多且相應(yīng)合成方法多樣，其研究前景非常廣闊。

d.硅烷偶聯(lián)劑與硅膠。

為了克服固態(tài)碳點(diǎn)自淬滅的問題，Wang等[28]提出了一種將固態(tài)碳點(diǎn)物理嵌入到硅烷偶聯(lián)劑中的新方法。如圖3（b）所示，作者將硅烷偶聯(lián)劑KH-792與CDs水溶液混合，80℃干燥后制備了CDs/KH-792復(fù)合材料，其量子產(chǎn)率高達(dá)41.72%。并提出了光致發(fā)光在固態(tài)CDs中淬滅和在CDs/Silica復(fù)合材料中恢復(fù)的機(jī)理。Feng等[29]用硫代水楊酸和乙二胺制備的藍(lán)色碳點(diǎn)與硅膠混合后，涂覆到芯片上，制得白光LED。得到的白光LED表現(xiàn)出較好的性能，對(duì)應(yīng)的色溫為5227K，色坐標(biāo)（0.34，0.38），屬于白色色域。Xu等[30]以檸檬酸鈣和尿素為前驅(qū)體，通過微波法制備得到的碳點(diǎn)與硅膠混合后，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到綠色熒光粉，制備方法簡(jiǎn)單。

2.1.2 無機(jī)基質(zhì)

除了常見的有機(jī)物基質(zhì)，無機(jī)物也可以作為碳點(diǎn)復(fù)合的基質(zhì)。無機(jī)物相較于有機(jī)物基質(zhì)具有天然的熱穩(wěn)定性，但存在耐溶劑性差等問題。碳點(diǎn)與無機(jī)物基質(zhì)復(fù)合的主要方法為結(jié)晶和靜電誘導(dǎo)。如圖4（a）所示，F(xiàn)an等[31]通過在室溫下蒸發(fā)硼摻雜碳點(diǎn)與硼砂混合的水溶液，得到了綠色熒光晶體，證明了固態(tài)發(fā)光可能是硼摻雜碳點(diǎn)與周圍介質(zhì)產(chǎn)生了特殊的相互作用。如圖4（b）所示，Zhou等[32]通過將碳點(diǎn)與二氧化硅復(fù)合得到凝膠，該復(fù)合凝膠具有19.2%碳點(diǎn)負(fù)載率以及大于40%的量子產(chǎn)率，并且具有很好的光穩(wěn)定性，但其熱穩(wěn)定性較差。如圖4（c）和4（d）所示，Kim等[33]提出了CDs嵌入鹽晶體的方法，有效地保護(hù)材料不受熱降解的影響，同時(shí)又不損害其光學(xué)性能，這具有非常重要的意義。碳點(diǎn)嵌入鹽晶后，在250 h的暴曬后，NaCl晶體保護(hù)的碳點(diǎn)能剩余70%的熒光強(qiáng)度，而KRr晶體保護(hù)的碳點(diǎn)可在80℃加熱250 h后能剩余80%的熒光強(qiáng)度。與二氧化硅相比，由于嵌入鹽基，其光、熱降解率分別降低了15倍、6倍。這證明了鹽晶基體可以很好地提高碳點(diǎn)的光、熱穩(wěn)定性。但鹽晶耐溶解、耐酸和耐堿性能差，導(dǎo)致其在應(yīng)用上有一定難度。如圖4（e）所示，Zhou等[34]使用了一種簡(jiǎn)易、低成本的靜電組裝誘導(dǎo)合成方法，將CDs和BaSO4復(fù)合制備得到熒光粉。制備的碳點(diǎn)的Zeta電位為?32 mV，通過碳點(diǎn)自帶的負(fù)電吸引Ba2+，使碳點(diǎn)帶正電，然后再與SO42-發(fā)生反應(yīng)，形成BaSO4保護(hù)基質(zhì)。如圖4（f）所示，Meng等[35]將微波加熱檸檬酸與尿素制備得到的碳點(diǎn)再與尿素進(jìn)行熱分解，形成了碳點(diǎn)/C3N4的復(fù)合熒光粉。當(dāng)碳點(diǎn)的負(fù)載率達(dá)到1%時(shí)，熒光粉量子產(chǎn)率高達(dá)62%。如圖4（g）所示，Wei等[36]也以檸檬酸和尿素為前驅(qū)體，在前驅(qū)體的水溶液中逐漸加入NaOH，微波加熱3 min后，經(jīng)乙醇洗滌除雜，干燥后得到綠色碳點(diǎn)熒光粉。作者認(rèn)為，通過引入NaOH，可能提高了碳點(diǎn)的結(jié)晶度，而高結(jié)晶度可以阻礙缺陷的形成。此外，NaOH還通過酰胺水解酯鍵將CDs簇分解成一個(gè)個(gè)小單元，使碳點(diǎn)間具有更大的空間距離。空間距離較大、缺陷含量較低的CDs可以避免彼此之間的共振能量轉(zhuǎn)移以及與缺陷中心的相互作用，從而實(shí)現(xiàn)在固態(tài)下的高熒光性能。

圖4 無機(jī)基質(zhì)[33-38]Fig.4 Inorganic matrix[33-38]

無論是有機(jī)還是無機(jī)基質(zhì)，采用復(fù)合方式實(shí)現(xiàn)碳點(diǎn)固態(tài)發(fā)光的機(jī)制都是通過控制碳點(diǎn)間的距離以及減少碳點(diǎn)的聚集而實(shí)現(xiàn)的。近年來，研究人員已經(jīng)研究出多種高熒光性能的復(fù)合碳點(diǎn)熒光粉，但仍然都存在一些問題，需要進(jìn)一步研究。

2.2 單組分碳點(diǎn)熒光粉

目前，大多數(shù)制備得到的碳點(diǎn)在固態(tài)都存在聚集誘導(dǎo)的熒光淬滅現(xiàn)象，這可能是由強(qiáng)π?π鍵的分子間相互作用引起的。盡管一步制備得到單組分固態(tài)發(fā)光的碳點(diǎn)存在一定的困難，但仍有研究人員制備出了固態(tài)發(fā)光的熒光碳點(diǎn)。

如圖5（a）所示，Li等[37]以PVA為前驅(qū)體，通過構(gòu)建相對(duì)純凈的表面態(tài)，減少碳點(diǎn)之間的相互作用，實(shí)現(xiàn)了固態(tài)和液態(tài)下的穩(wěn)定發(fā)光。如圖5（b）所示，Chen等[38]也以聚乙烯醇為前驅(qū)體、乙二胺為氮源，反應(yīng)后經(jīng)冷凍干燥制備了固態(tài)發(fā)光碳點(diǎn)。作者認(rèn)為，碳點(diǎn)表面豐富的PVA分子可以防止石墨化核發(fā)生π?π相互作用，使碳點(diǎn)間的聚集減少，避免了熒光淬滅的發(fā)生。同時(shí)，F(xiàn)eng等[39]認(rèn)為聚合物前驅(qū)體可通過形成交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而使合成的CDs自分散，這削弱了CDs之間的相互作用力，從而減弱聚集誘導(dǎo)的熒光淬滅。Qu等[40]也使用小分子碳源檸檬酸和聚合物聚醚酰亞胺（PEI）制備得到固態(tài)發(fā)光綠色碳點(diǎn)，量子產(chǎn)率達(dá)到了26%。作者認(rèn)為，支化PEI不僅是CDs的氮源，而且是表面鈍化劑，避免了聚合誘導(dǎo)的熒光淬滅，這一結(jié)果將啟發(fā)使用其他支化聚合物來制備固體發(fā)光CDs。

圖5 單組分碳點(diǎn)熒光粉[39-40, 42]Fig.5 Single component carbon dos phosphor[39-40, 42]

通常認(rèn)為，碳點(diǎn)的固態(tài)發(fā)光淬滅是由于碳點(diǎn)間發(fā)生的聚集。最近有研究人員發(fā)現(xiàn)，聚集誘導(dǎo)效應(yīng)可以使碳點(diǎn)的發(fā)射光紅移或者光譜范圍變寬。Meng等[41]首先報(bào)道了受碳點(diǎn)聚集影響的超寬固體白光發(fā)射，光譜范圍覆蓋了整個(gè)可見光區(qū)域。如圖5（c）—5（e）所示，隨著碳點(diǎn)質(zhì)量濃度的增加（0.3～1.8 mg/mL），碳點(diǎn)水溶液的熒光由藍(lán)到黃、紅、白發(fā)生紅移，光譜范圍逐漸增大。此外，其制備的碳點(diǎn)在固態(tài)下熒光為白色。作者認(rèn)為，隨著碳點(diǎn)溶液質(zhì)量濃度的增大，氫鍵使碳點(diǎn)發(fā)生聚集、粒徑變大，聚集的碳點(diǎn)尺寸達(dá)到2 μm，并且隨著碳點(diǎn)溶液質(zhì)量濃度的增加，碳點(diǎn)聚集的尺寸也逐漸增加。Feng等[42]也報(bào)道了一種制備白光碳點(diǎn)的方法。通過微波輔助加熱的方法制備出了藍(lán)色熒光的碳點(diǎn)溶液，干燥得到固體粉末。在紫外光的激發(fā)下，固體粉末發(fā)出白色熒光，具有非常寬的熒光光譜，幾乎覆蓋了整個(gè)可見光范圍。

雖然有研究表明，隨著溶液質(zhì)量濃度的增加，碳點(diǎn)出現(xiàn)紅移和光譜范圍增大的現(xiàn)象，并在固態(tài)下實(shí)現(xiàn)了白色發(fā)光，但量子產(chǎn)率都出現(xiàn)了明顯的減弱，因此，需進(jìn)一步深入研究。

3 總結(jié)與展望

介紹了碳點(diǎn)作為發(fā)光材料的光學(xué)性質(zhì)，總結(jié)了近年來碳點(diǎn)熒光粉的發(fā)展。碳點(diǎn)是一種具有優(yōu)良光電性能的新型發(fā)光材料，在液相中顯示出優(yōu)異的熒光性能，但因其在聚集態(tài)時(shí)產(chǎn)生熒光淬滅而限制了其在LED上的應(yīng)用。近年來，該領(lǐng)域雖取得了一些突破，但仍有很多問題亟需解決，例如：a.單組分的固態(tài)發(fā)光碳點(diǎn)目前雖有報(bào)道，仍存在產(chǎn)率低、熒光性能弱及穩(wěn)定性差等問題；b.長(zhǎng)波長(zhǎng)的高性能碳點(diǎn)熒光粉制備難度仍然很大，目前多為綠色；c.通過將碳點(diǎn)與基質(zhì)復(fù)合獲得固態(tài)發(fā)光碳點(diǎn)，用來復(fù)合的基質(zhì)存在光穩(wěn)定性能差、熱穩(wěn)定性能差、耐溶劑性差等問題。

此外，目前能夠制備出多色碳點(diǎn)熒光粉的方法都存在產(chǎn)率低的問題。若碳點(diǎn)要應(yīng)用于LED，宏量制備也是一個(gè)重要因素。目前單組分固態(tài)發(fā)光碳點(diǎn)的產(chǎn)率以及量子產(chǎn)率都較低，不利于宏量制備。而與基質(zhì)復(fù)合的熒光粉常表現(xiàn)出高產(chǎn)率、高量子產(chǎn)率，在碳點(diǎn)的宏量制備上更有前景。此外，碳點(diǎn)表面豐富的官能團(tuán)以及碳核的缺陷使其具有發(fā)射峰可調(diào)、光譜寬的性能，相較于稀土熒光粉和半導(dǎo)體量子點(diǎn)，碳點(diǎn)已經(jīng)制備出白色熒光粉，這可以極大地縮減工藝成本。