發光碳納米粒子的新收獲

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

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

　　近日，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所（以下簡稱長春光機所）副研究員曲松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。

　　新興的發光材料

　　早在2006年，美國克萊蒙森大學的科學家們就制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平曾指出，碳不是半導體，發光碳納米粒子不管是從理論角度還是從應用角度看都很有意思，它是一類新興的發光材料，代表一個新的研究平臺。

　　更早前，發光無機半導體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。無機半導體納米粒子一般含重金屬內核（鉛、鎘），有一定毒性，對環境也存在危害，所以科學家們開始以一些無毒的化合物制備新的發光納米粒子。

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

　　2012年，長春光機所基于碳納米粒子，研制出一種具有生物相容性的熒光墨水。曲松楠正是當年這個技術的主要研發者。

　　他們以檸檬酸、尿素為原料，通過微波法制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，近年來對于碳納米點發光機理存在很大爭議，主要圍繞著是本征發光還是表面缺陷發光。表面缺陷發光，意味著發光特性很難掌控，發光過程為能量耗散過程，不利于高性能光電器件及激光器件的制備。

　　此前，碳納米粒子被證實可在藍光波段實現本征發光，并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，碳納米粒子發光帶系可調控意味著碳納米粒子還可以在其他波段實現激光。”曲松楠告訴記者。

　　在此之前，因為不清楚碳納米粒子的發光機理，長期以來科學家們一直認為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，并且認為其發光是缺陷發光，尤其在綠光波段比較難于實現激光。

　　而曲松楠科研團隊的研究不僅證實了碳納米粒子在綠光波段的發光為本征發光，還在綠光波段實現碳納米粒子光泵浦激光。這個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

　　科學家們相信，碳納米粒子在改進生物傳感器、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，曲松楠所在的團隊發現，利用碳納米粒子激發波長依賴的特性，與有機染料配合，在生物制品上可構筑具有信息加密的圖形，這可以應用于信息存儲和信息加密中。這些獨特的性質使碳納米點走進我們的現實生活成為可能。

　　他們甚至研制出一種新型的熒光墨水。這種墨水可以應用到生物成像、生物產品鑒定、信息存儲、信息加密、防偽、照明顯示、傳感、光伏器件等多種領域。

　　2013年，他們第一次基于具有雙熒光發射的碳納米粒子構筑了比率型熒光探針，在水溶液體系可精確識別溫度、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，曲松楠一直從事有機功能材料的研究。隨著碳納米粒子作為發光材料的興起，他從2012年開始介入該研究領域。

　　“我們下一步的目標是實現碳納米粒子電致激光。”曲松楠說，“關鍵在于研制出一種適合碳納米粒子的高效的電致發光器件，這樣有利于未來在光電領域的應用。”

　　曲松楠所在的發光學及應用國家重點實驗室里，有幾位年輕人也一起加入了這項研究。“國內外水平相當，幾乎在同一起跑線上。前期我們的研究一直比較順利，但接下來科研工作將面臨新的挑戰。”對于未來，他們充滿期待。