碳量子点作为示踪剂在裂隙水探测中应用的可行性研究(附件)
碳量子点是一种以碳元素为主体的新型荧光碳纳米材料，碳量子点具有许多优良性质主要包括荧光稳定性高且耐光漂白、激发光宽而连续 、发射光可调谐、粒径小分子量低、生物相容性好且毒性低和优良的电子受体和供体等特性还有比传统金属量子点更为优越的特点。碳量子点不但克服了传统有机染料的某些缺点，且有分子量和粒径小、发射波长可调谐、无光闪烁、荧光稳定性高、激发光谱宽而连续、生物相容性好、毒性低等优点。更易于实现表面功能化，被认为是一种很好的理想材料。对近几年国内碳量子点的研究现状，对电弧法、激光剥蚀法、电化学法、模板法，水热法，强酸强碱法等合成碳量子点的方法进行了简单的介绍，以及合成碳量子的方法分类，论述了碳量子点有望取代传统半导体量子点，在裂缝探查分析领域进行广泛的应用，是一种新型的纳米材料。所以，开展荧光碳量子点的基础研究具有非常重要的理论意义和巨大的应用价值,成为近几年的研究热点。本文对碳量子点溶液在岩石中渗透后是否在岩石的孔隙中留下放射性粒子的问题进行了分析。主要涉及1、仪器的设计2、碳量子点的制备3、实验中对实验变量的控制4、实验后对渗流下来的溶液进行测定。结合实验所得的成果，本文对此方法测定追踪裂缝的效果进行评价。关键词碳量子点 合成 仪器 追踪
目录
第1章 绪论 1
1.1 碳量子点 1
1.2 碳量子点的优异性能 1
1.3 本论文的主要研究内容及意义 3
第2章 碳量子点的制备 4
2.1 制备碳量子点的碳源分类 4
2.2 碳量子点的制备方法 5
2.3 碳量子点的发光机理 11
第三章 碳量子点现阶段的应用 12
3.1 化学传感 12
3.2 生物传感 14
3.3 生物成像 15
3.4 纳米医学 17
3.5 光催化 18
3.6 电催化 19
3.7 LED光电器件 20
第四章 碳量子点作为示踪剂在裂隙水探测中应用的可行性研究 20
4.1 实验的目的 21
4.2 仪器的设计和制造 21
4.3 实验步骤 23
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4.4 碳量子点溶液不同浓度配比 23
4.5 结果分析 25
4.6 碳量子点溶液在经过试块渗漏前后的荧光强度 25
4.7 石墨烯与蔗糖溶液不同配比混和下的荧光特性 27
结论 29
致谢 31
参考文献 32
第1章 绪论
在半导体的材料当中，十分微小的晶体常被人们称为量子点。量子点能够把电子锁定在一个很小的三维空间当中，当一束光线射中它时，电子会兴奋地跃迁到更高的能级。当这些电子回到它们较低的能级时，它们发出一定波长的光。
量子点，我们也称它为纳米晶，它的大小一般在110 nm之间，因为它的电子和孔洞也受到其他量子的影响，在发射荧光后受到刺激，它在医学分析、光学等领域的检测具有广阔的应用空间。但量子点也有一些缺点，那就是含有重金属离子,可是这些重金属离子会对人们的身体造成伤害,我们在使用将导致严重的污染我们周围的环境,更严重的是,细胞生物和有很强的毒性,所以寻找一种环保、材料兼容性良好的荧光材料成为我们研究的焦点[1]。2004年,美国大学的科学家克莱蒙逊等[2]创造了一种全新的纳米材料碳量子点。这种最新的碳纳米材料与传统的有机染料和半导体量子点相比,碳量子点不仅具有比如小毒性和生物相容性等的传统的碳材料的优点，,也还有一些无可比拟的优势，就像发光范围可以控制,大双光子吸收截面，成本低廉，光的稳定性较好，且无闪烁光和易于功能化，易于大规模合成。由于碳量子点的优越性能，它们被广泛应用于生物学和医学领域。
1.1 碳量子点
碳量子点是近年来发展起来的一种新型碳纳米材料，它不仅具有纳米材料的传统结构特征，而且具有其他纳米材料的优点，碳量子点也有其他材料没有的其他优点。比如碳量子点的粒子直径很小，所以组成的材料更加的有韧性，并且碳量子点的荧光稳定性很高，并且不会闪烁，不会突然的猝灭，除此以外，碳量子点还具有毒性低，生物的相容性较好且无污染等优点，被认为是比较理想的新型材料[3]。由于上述诸多优点，碳量子点的一些基础的研究有非常重要的意义，比如碳量子点在生物标志物，无机离子检测，生物成像，电催化，光催化的领域有着越来越多的应用。
碳点,发光碳量子点(CDs)也与碳量子点有着差不多的特性。比如荧光信号稳定,不会突然猝灭,可以控制激发波长和发射波长,以及低毒性的优点和良好的生物相容性,已逐渐成为研究热点的碳纳米材料,新秀是碳纳米材料的家庭。它不仅有传统的量子点的发光性质类似于体积小的特点,而且还具有良好的水溶性和生物毒性低碳量子特性,它是一个传统的半导体量子点在生物应用,如原料[4]。
1.2 碳量子点的优异性能
碳量子点和其他量子点是一样的，如果光被激发，光的性能就会更好。碳量子点的优良性质主要包括：荧光稳定性高且耐光漂白、激发光宽而连续、发射光可调谐、生物相容性好。除了这些，碳量子点还是优良的电子供体和受体，毒性比较低。碳量子点的性质概括为以下几点[5]：
(1) 荧光稳定性高且耐光漂白
如果一些碳纳米材料被连续不断的激发光照射以后，其中有机燃料的衰退速度比其他的纳米材料快，且较容易被漂白，而碳量子点具有荧光强度较高，光稳定性非常好，很难被光漂白等特点，这使得它被激发光连续不断照射数小时以后其光学强度也不会随之变化，其强弱仍然保持不变。
(2) 激发光宽而连续
就我们所知，许多荧光试剂的激发波长不相同而且它们的激发光谱宽度很窄，因此它们无法达到我们预期的多色检测的效果，但是碳量子点不但具有一元激发和多元发射的优点以外，它的激光光谱可以从人眼可见的可见光区域一直拓展到近红外光区域 。
(3) 发射光可协调
不同的碳量子点有不同的光化学性质，与传统的量子点相似，碳量子点的发射光谱相差较大，可是她的激发光谱却基本相同。碳量子点的发射波长的范围大，从可见光区可以一直延伸到近红外光区，这一特性就弥补了传统有机荧光试剂在发射波长范围的一个缺陷。
(4) 粒径非常小且分子量低
同有机荧光试剂相比，传统的金属量子点的粒径相对较小，一般情况下在10nm以上，且分子量大部分都很大。可是这不是最重要的，最让人主义的是，碳量子点的粒子直径非常小，只有几纳米，让它非常容易地进入细胞的内部，这种现象很容易发生。因此它在生物研究方面有很广阔的应用前景。
(5) 生物相容性良好且毒性很低
为了保证细胞和生命体的活性不收到影响，我们只能采用无毒或者有轻微毒性的材料。而金属量子点一般都有很多重金属离子，尽管其浓度很低，然而它的毒性却非常大，我们即使用很多种有机聚合物，其表面被加以修饰后的量子点，他们的毒性仍然存在，这样一来很容易细胞被伤害甚至严重时会发生死亡。荧光碳量子点是以低毒的特性而被广泛应用在生物领域，且是以碳元素为基质而合成的一种新型荧光纳米材料。
(6) 良好的电子受体和供体
碳量子点具有一些光化学性质，这些性质与其他半导体纳米晶体所类似，所以碳量子点既可作为优良的电子供体又可作为电子受体，碳量子点的发光可以被电子受体 4硝基甲苯和2，4二硝基甲苯所猝灭，如果其被置于甲苯溶液中，而且碳量子点的发光可以更有效地被更强的电子受体所猝灭。
目录
第1章 绪论 1
1.1 碳量子点 1
1.2 碳量子点的优异性能 1
1.3 本论文的主要研究内容及意义 3
第2章 碳量子点的制备 4
2.1 制备碳量子点的碳源分类 4
2.2 碳量子点的制备方法 5
2.3 碳量子点的发光机理 11
第三章 碳量子点现阶段的应用 12
3.1 化学传感 12
3.2 生物传感 14
3.3 生物成像 15
3.4 纳米医学 17
3.5 光催化 18
3.6 电催化 19
3.7 LED光电器件 20
第四章 碳量子点作为示踪剂在裂隙水探测中应用的可行性研究 20
4.1 实验的目的 21
4.2 仪器的设计和制造 21
4.3 实验步骤 23
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
4.4 碳量子点溶液不同浓度配比 23
4.5 结果分析 25
4.6 碳量子点溶液在经过试块渗漏前后的荧光强度 25
4.7 石墨烯与蔗糖溶液不同配比混和下的荧光特性 27
结论 29
致谢 31
参考文献 32
第1章 绪论
在半导体的材料当中，十分微小的晶体常被人们称为量子点。量子点能够把电子锁定在一个很小的三维空间当中，当一束光线射中它时，电子会兴奋地跃迁到更高的能级。当这些电子回到它们较低的能级时，它们发出一定波长的光。
量子点，我们也称它为纳米晶，它的大小一般在110 nm之间，因为它的电子和孔洞也受到其他量子的影响，在发射荧光后受到刺激，它在医学分析、光学等领域的检测具有广阔的应用空间。但量子点也有一些缺点，那就是含有重金属离子,可是这些重金属离子会对人们的身体造成伤害,我们在使用将导致严重的污染我们周围的环境,更严重的是,细胞生物和有很强的毒性,所以寻找一种环保、材料兼容性良好的荧光材料成为我们研究的焦点[1]。2004年,美国大学的科学家克莱蒙逊等[2]创造了一种全新的纳米材料碳量子点。这种最新的碳纳米材料与传统的有机染料和半导体量子点相比,碳量子点不仅具有比如小毒性和生物相容性等的传统的碳材料的优点，,也还有一些无可比拟的优势，就像发光范围可以控制,大双光子吸收截面，成本低廉，光的稳定性较好，且无闪烁光和易于功能化，易于大规模合成。由于碳量子点的优越性能，它们被广泛应用于生物学和医学领域。
1.1 碳量子点
碳量子点是近年来发展起来的一种新型碳纳米材料，它不仅具有纳米材料的传统结构特征，而且具有其他纳米材料的优点，碳量子点也有其他材料没有的其他优点。比如碳量子点的粒子直径很小，所以组成的材料更加的有韧性，并且碳量子点的荧光稳定性很高，并且不会闪烁，不会突然的猝灭，除此以外，碳量子点还具有毒性低，生物的相容性较好且无污染等优点，被认为是比较理想的新型材料[3]。由于上述诸多优点，碳量子点的一些基础的研究有非常重要的意义，比如碳量子点在生物标志物，无机离子检测，生物成像，电催化，光催化的领域有着越来越多的应用。
碳点,发光碳量子点(CDs)也与碳量子点有着差不多的特性。比如荧光信号稳定,不会突然猝灭,可以控制激发波长和发射波长,以及低毒性的优点和良好的生物相容性,已逐渐成为研究热点的碳纳米材料,新秀是碳纳米材料的家庭。它不仅有传统的量子点的发光性质类似于体积小的特点,而且还具有良好的水溶性和生物毒性低碳量子特性,它是一个传统的半导体量子点在生物应用,如原料[4]。
1.2 碳量子点的优异性能
碳量子点和其他量子点是一样的，如果光被激发，光的性能就会更好。碳量子点的优良性质主要包括：荧光稳定性高且耐光漂白、激发光宽而连续、发射光可调谐、生物相容性好。除了这些，碳量子点还是优良的电子供体和受体，毒性比较低。碳量子点的性质概括为以下几点[5]：
(1) 荧光稳定性高且耐光漂白
如果一些碳纳米材料被连续不断的激发光照射以后，其中有机燃料的衰退速度比其他的纳米材料快，且较容易被漂白，而碳量子点具有荧光强度较高，光稳定性非常好，很难被光漂白等特点，这使得它被激发光连续不断照射数小时以后其光学强度也不会随之变化，其强弱仍然保持不变。
(2) 激发光宽而连续
就我们所知，许多荧光试剂的激发波长不相同而且它们的激发光谱宽度很窄，因此它们无法达到我们预期的多色检测的效果，但是碳量子点不但具有一元激发和多元发射的优点以外，它的激光光谱可以从人眼可见的可见光区域一直拓展到近红外光区域 。
(3) 发射光可协调
不同的碳量子点有不同的光化学性质，与传统的量子点相似，碳量子点的发射光谱相差较大，可是她的激发光谱却基本相同。碳量子点的发射波长的范围大，从可见光区可以一直延伸到近红外光区，这一特性就弥补了传统有机荧光试剂在发射波长范围的一个缺陷。
(4) 粒径非常小且分子量低
同有机荧光试剂相比，传统的金属量子点的粒径相对较小，一般情况下在10nm以上，且分子量大部分都很大。可是这不是最重要的，最让人主义的是，碳量子点的粒子直径非常小，只有几纳米，让它非常容易地进入细胞的内部，这种现象很容易发生。因此它在生物研究方面有很广阔的应用前景。
(5) 生物相容性良好且毒性很低
为了保证细胞和生命体的活性不收到影响，我们只能采用无毒或者有轻微毒性的材料。而金属量子点一般都有很多重金属离子，尽管其浓度很低，然而它的毒性却非常大，我们即使用很多种有机聚合物，其表面被加以修饰后的量子点，他们的毒性仍然存在，这样一来很容易细胞被伤害甚至严重时会发生死亡。荧光碳量子点是以低毒的特性而被广泛应用在生物领域，且是以碳元素为基质而合成的一种新型荧光纳米材料。
(6) 良好的电子受体和供体
碳量子点具有一些光化学性质，这些性质与其他半导体纳米晶体所类似，所以碳量子点既可作为优良的电子供体又可作为电子受体，碳量子点的发光可以被电子受体 4硝基甲苯和2，4二硝基甲苯所猝灭，如果其被置于甲苯溶液中，而且碳量子点的发光可以更有效地被更强的电子受体所猝灭。
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