發光碳納米粒子的新收獲

　　曲鬆楠科研團隊的研究不僅(jin) 證實了碳納米粒子在綠光波段的發光為(wei) 本征發光，還在綠光波段實現碳納米粒子光泵浦激光。這個(ge) 發現將直接影響碳納米粒子的應用領域及應用前景。

　　碳材料在小於(yu) 10納米時具有發光特性。之前，國際上認為(wei) 碳納米粒子在綠光波段的發射是源自碳納米粒子表麵的缺陷，而這種缺陷發光來源被認為(wei) 很難實現激光。

　　近日，中國科學院長春光學精密機械與(yu) 物理研究所（以下簡稱長春光機所）副研究員曲鬆楠所在的科研團隊實現了碳納米粒子所發藍光和綠光的調控，首次實現了碳納米粒子在綠光波段的光泵浦激光。

　　新興(xing) 的發光材料

　　早在2006年，美國克萊蒙森大學的科學家們(men) 就製造出一種碳納米粒子，在光照的情況下，可以發出明亮的光。

　　當年，克萊蒙森大學化學博士孫亞(ya) 平曾指出，碳不是半導體(ti) ，發光碳納米粒子不管是從(cong) 理論角度還是從(cong) 應用角度看都很有意思，它是一類新興(xing) 的發光材料，代表一個(ge) 新的研究平台。

　　更早前，發光無機半導體(ti) 納米粒子的研究非常活躍，尤其是其在生物和醫學中的應用。無機半導體(ti) 納米粒子一般含重金屬內(nei) 核（鉛、鎘），有一定毒性，對環境也存在危害，所以科學家們(men) 開始以一些無毒的化合物製備新的發光納米粒子。

　　發光碳納米粒子具有獨特的優(you) 點，如化學穩定性、無光閃爍、耐光漂、無毒、造價(jia) 比較便宜以及優(you) 異的生物相容性。

　　2012年，長春光機所基於(yu) 碳納米粒子，研製出一種具有生物相容性的熒光墨水。曲鬆楠正是當年這個(ge) 技術的主要研發者。

　　他們(men) 以檸檬酸、尿素為(wei) 原料，通過微波法製備出高熒光量子效率的碳納米粒子。

　　綠光波段本征發光

　　其實，近年來對於(yu) 碳納米點發光機理存在很大爭(zheng) 議，主要圍繞著是本征發光還是表麵缺陷發光。表麵缺陷發光，意味著發光特性很難掌控，發光過程為(wei) 能量耗散過程，不利於(yu) 高性能光電器件及激光器件的製備。

　　此前，碳納米粒子被證實可在藍光波段實現本征發光，並已實現藍光波段激光，但截至目前，還沒有碳納米粒子在綠光波段實現本征發光和激光的報道。

　　“本征發光是碳納米粒子形成激光的前提，碳納米粒子發光帶係可調控意味著碳納米粒子還可以在其他波段實現激光。”曲鬆楠告訴記者。

　　在此之前，因為(wei) 不清楚碳納米粒子的發光機理，長期以來科學家們(men) 一直認為(wei) 這種納米粒子相比宏觀碳，具有非常奇特的化學和物理性質，並且認為(wei) 其發光是缺陷發光，尤其在綠光波段比較難於(yu) 實現激光。

　　而曲鬆楠科研團隊的研究不僅(jin) 證實了碳納米粒子在綠光波段的發光為(wei) 本征發光，還在綠光波段實現碳納米粒子光泵浦激光。這個(ge) 發現將直接影響碳納米粒子的應用領域及應用前景。

　　未來的潛在應用

　　科學家們(men) 相信，碳納米粒子在改進生物傳(chuan) 感器、醫學成像設備和微小的發光二極管等領域中都有應用前景。

　　2012年，曲鬆楠所在的團隊發現，利用碳納米粒子激發波長依賴的特性，與(yu) 有機染料配合，在生物製品上可構築具有信息加密的圖形，這可以應用於(yu) 信息存儲(chu) 和信息加密中。這些獨特的性質使碳納米點走進我們(men) 的現實生活成為(wei) 可能。

　　他們(men) 甚至研製出一種新型的熒光墨水。這種墨水可以應用到生物成像、生物產(chan) 品鑒定、信息存儲(chu) 、信息加密、防偽(wei) 、照明顯示、傳(chuan) 感、光伏器件等多種領域。

　　2013年，他們(men) 第一次基於(yu) 具有雙熒光發射的碳納米粒子構築了比率型熒光探針，在水溶液體(ti) 係可精確識別溫度、pH值、Fe3+濃度，這促進了碳納米粒子在生物成像、醫療檢測、環境監測等領域中的應用。最近，他們(men) 又在綠光波段實現了碳納米粒子光泵浦激光。這預示著碳納米粒子可以作為(wei) 一類成本低、綠色環保、光穩定性好的新型激光材料，在未來光電器件上具有廣泛的應用潛質。

　　在此之前，曲鬆楠一直從(cong) 事有機功能材料的研究。隨著碳納米粒子作為(wei) 發光材料的興(xing) 起，他從(cong) 2012年開始介入該研究領域。

　　“我們(men) 下一步的目標是實現碳納米粒子電致激光。”曲鬆楠說，“關(guan) 鍵在於(yu) 研製出一種適合碳納米粒子的高效的電致發光器件，這樣有利於(yu) 未來在光電領域的應用。”

　　曲鬆楠所在的發光學及應用國家重點實驗室裏，有幾位年輕人也一起加入了這項研究。“國內(nei) 外水平相當，幾乎在同一起跑線上。前期我們(men) 的研究一直比較順利，但接下來科研工作將麵臨(lin) 新的挑戰。”對於(yu) 未來，他們(men) 充滿期待。