金微栅/石墨烯量子点的制备及其光电性能研究

Graphene quantum dots (GQDs) are quite promising in various applications due to the quantum confinement and edge effects in addition to their intrinsic high performances of graphene, so GQDs have attracted great attention by scientists in physics, chemistry and material science. Infrared imaging materials and technologies are of importance in national security and defence. To meet the development trends and national needs, this proposal plans to study fabrication and photoelectric properties of Au/GQDs composite structures integrated by Au aperture plate and graphene quantum dots, their application in infrared imaging system, the law of material combination, and to research new methods and mechanisms related to the photoluminescence effects of Au/GQDs used in infrared imaging system.These effects can be directly applied to infrared imaging devices, and could potentially simplify the structure of infrared devices, meanwhile cut costs and improve portable functions.The proposal shall provide a new principle and approach of infrared imaging devices for both military and civil purposes.

石墨烯量子点(GQDs)除具有石墨烯的优异性能,还因量子限制效应和边界效应而展现出一系列新特性，因而吸引化学、物理、材料和生物等各领域科学家的广泛关注。本项目针对光电探测材料和制备技术的研究前沿、发展趋势及国家重大需求，利用石墨烯量子点新奇的荧光特性以及高电导、高饱和电流、高红外透光性和高化学稳定性等材料优势，采用"量子点透镜方法"研究金微栅/石墨烯量子点（Au/GQDs）复合结构的制备及光电特性,探索一种简便、可控由石墨纤维制备石墨烯量子点，再与金微栅集成功能化复合结构的方法，寻找Au/GQDs的材料组合匹配规律，研究Au/GQDs蕴藏的物理机制及其用于光电探测所涉及的新方法、新机制和实际应用的可能性。其研究成果可应用于成像器件/夜视系统，并具有完全自主的知识产权。本项目研究不仅可为研制军民两用新型超轻薄成像器件提供新的成像原理和技术途径，还可以简化器件结构，降低器件成本，提升器件品质。

本项目针对光电探测材料和制备技术的研究前沿、发展趋势及国家重大需求，利用石墨烯量子点新奇的荧光特性以及高电导、高饱和电流、高红外透光性和高化学稳定性等材料优势，研究银微栅/石墨烯量子点（Ag/GQDs）复合结构的制备及光电特性。研究发现，在Ag/GQDs复合结构中，Ag纳米颗粒分散在石墨烯量子点表面，抑制了自身团聚的同时，还可以使GQDs团聚现象也得到缓解。更重要的是，Ag/GQDs复合结构有其优异的性质，主要表现在Ag/GQDs复合结构在近红外有较强的、均匀的吸收，并呈现出电容增强效应，这些特性使其可用作红外吸收材料或作为制作电容器的新材料。. 在项目执行过程中，我们还发现豆腐废水可以合成石墨烯量子点，将石墨烯量子点与碳纤维结合形成的复合材料，又可以用于降解豆腐工业园区的高浓度有机废水，从而实现循环经济，低成本治污，同时获得高附加值的石墨烯量子点，延长豆制品产业链。石墨烯量子点可作发光材料用于高速公路隧道内不需提供电源的辅助照明，或室内智能照明及装饰材料，或作为打印碳粉生成光致发光的智能字画或防伪标志，一举多得。本项目的核心技术“以豆腐废水为碳源制作石墨烯量子点的方法”已申请中国发明专利。该技术近期内将在云南省石屏县鲜豆腐加工园区实施，拟把2000 m³/天的豆腐废水转化为石墨烯量子点，从源头解决云南省的高原明珠之一、国家湿地公园“异龙湖”长期被豆腐废水污染的问题，并产生经济效益、社会效益和生态效益。