摘要
石墨烯量子点（GQDs）作为一种零维碳纳米新材料，由于突出的量子约束效应和边缘效应，使其在具有石墨烯的优异性能外，还具有低毒性、稳定的荧光特性、良好的生物相容性等优异性能，应用在生物医学、荧光传感、光学器件等多个领域，受到了学术界的广泛关注。传统的GQDs制备方法分为自上而下和自下而上法两大类，但因其存在制备方法复杂、成本高昂、制备周期长等问题，使其应用发展受到了很大的限制。 激光诱导作为快速加工工艺的代表，具有高效率、非接触、易操作和无污染等一系列的优势。激光诱导石墨烯（LIG）作为一种开创性方法，在避免传统方法复杂、耗时的缺点上实现了石墨烯的快速绿色制备，该方法不需要过于苛刻的实验环境、无需任何化学试剂、简单、快速、前驱体丰富，通过简单的激光束扫描，就可直接在具有微米尺度分辨率的聚合物上形成石墨烯图案。因此将激光诱导工艺引入到GQDs制备中已成为GQDs绿色制备和规模化不断发展的研究方向。为了进一步探究激光诱导制备GQDs的绿色工艺，实现低成本、快速制备GQDs，本文主要研究了利用激光诱导技术在低成本PDMS前躯体上制备GQDs的方法。主要研究内容如下： 1、以聚二甲基硅氧烷为碳源，提出一种利用532nm激光诱导聚二甲基硅氧烷（PDMS）制备GQDs的方法，该方法分两步实现GQDs的制备。首先以PDMS为前驱体材料，通过控制激光参数诱导PDMS制备出低成本高质量的石墨烯，然后再以所制备的石墨烯为前驱体材料水热法制备出GQDs。对激光诱导PDMS制备石墨烯的激光参数进行探究，拉曼光谱表征分析后得出激光功率0.8W、扫描重复3次、扫描速率1mm/s为最佳激光条件，所制备的石墨烯缺陷较小，层数较低。对制备出的GQDs进行形貌（TEM）、荧光（UV and PL）和结构（Raman）表征，可以得出，所制备的GQDs在365nm紫外灯照射下发出明亮的蓝色荧光，平均尺寸大小约为6.67nm，荧光量子产率约为6.3%，且具有稳定的荧光特性。 2、为了进一步提高量子产率，简化实验步骤，以聚酰亚胺（PI）/聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合材料为碳源，提出一种利用532nm激光诱导PI/PDMS复合材料制备GQDs的方法，该方法可实现GQDs的一步制备。首先利用ReaxFF分子反应动力学对激光诱导填料PI制备GQDs进行仿真模拟分析，结果表明PI可以形成石墨烯结构，该石墨烯结构以六元碳环为主，还包含有少量五元、七元结构，少量N原子掺杂在其中，H原子修饰在结构边缘。另外，PI中的O、H、N元素主要以CO，H2以及CxHyNz气体进行释放。通过对激光诱导PI/PDMS复合材料所制备的GQDs表征分析后得到，所制备的GQDs在365nm紫外灯照射下发出明亮的蓝色荧光，平均粒径大小约为6.14nm，荧光量子产率约为11.4%，荧光特性稳定，实现了对Fe3+离子的特异性检测。
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