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一种MOF荧光墨水的制备及其在离子浓度检测中的应用的制作方法

时间:2022-02-18 阅读: 作者:专利查询

一种MOF荧光墨水的制备及其在离子浓度检测中的应用的制作方法
90vol.%,稀土金属盐和n,n-二甲基甲酰胺水溶液的固液比为1:(0.5-5);超声分散的功率为100-500w,超声频率为50-150hz,超声时间为1-3h;
8.(2)稀土金属前驱体液a在100-130℃的条件下反应3-6h,获得稀土金属骨架结构有机荧光材料混合溶液b;
9.(3)将稀土金属骨架结构有机荧光材料混合溶液b冷冻干燥后,获得小尺寸稀土金属骨架结构有机荧光材料粉末c;
10.所述的稀土金属盐包括含有稀土元素的卤化盐、硝酸盐、碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐中的至少一种。所述稀土为铕、钆、铽、镝、钐、铥元素中的至少一种;
11.所述的苯酸衍生物包括间苯二甲酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、均苯三甲酸、连苯三甲酸、间苯二乙酸、邻苯二乙酸、对苯二乙酸、均苯三乙酸和连苯三乙酸中的一种或几种;
12.所述的羧基苯基硼酸衍生物包括2-羧基苯基硼酸、4-羧基苯基硼酸、3-(羧基甲基)苯基硼酸、2,5-二羧基苯基硼酸和3,5-二羧基苯基硼酸中的一种或几种;
13.所述的稀土金属前驱体液中,苯酸衍生物和羧基苯基硼酸衍生物的质量比为(0.8-1.2):1。通过调控苯酸衍生物和羧基苯基硼酸衍生物的比例,可控制球形稀土金属骨架结构有机荧光材料的合成;
14.所述的mof荧光纳米材料的颗粒尺寸为100-300nm,且所述纳米材料具有良好的水溶性和醇溶性。mof荧光纳米材料的小尺寸特性,使其在水性或醇类溶剂中具有高溶解性;
15.所述的混合溶剂由1,2己二醇、无水乙醇、正己醇、丙三醇、去离子水和乙二醇中的至少四种组成;
16.所述的表面活性剂包括脂肪醇聚醚、硫代硫酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、羧甲基纤维素中的一种或几种;
17.所述的一种荧光墨水的制备及其在离子浓度检测中的应用,使用压电式喷墨打印的方式在玻璃、fto、ito等透明基底表面打印出mof荧光图案后,采用红外烧结或低温干燥的方式可将混合溶剂去除,获得离子浓度检测部件。红外干燥功率为100-500w,干燥时间为10-30min。低温干燥温度为70-120℃,干燥时间为5-60min。
18.将i-离子或葡萄糖小分子溶液滴加在离子浓度检测部件的mof荧光材料区域,可通过测量其荧光强度检测出i-离子或葡萄糖小分子浓度。
19.本发明的有益效果是:mof墨水具有良好的荧光特性、水溶性和醇溶性,其墨水的粘度等物化性符合压电式喷墨打印的基本要求。制备的mof墨水可采用压电式喷墨打印的方式在玻璃、fto、ito等透明基底表面印制,并通过低温干燥或红外烧结固化,获得具有荧光特性的mof图案化部件。该mof荧光图案部件在可见光下为白色图案,在紫外光照射下会呈现明亮荧光现象,且对不同离子或小分子浓度具有高敏感反应效应,可用于i-离子或葡萄糖小分子浓度的快速检测。
附图说明
20.图1为本发明实施例1中使用的小尺寸eu-mof荧光材料的sem图;
21.图2为本发明实施例1中使用的小尺寸eu-mof荧光材料在不同浓度i-离子或葡萄糖小分子浸泡条件下的pl相对强度图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例和附图,对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。
23.为了解决现有技术中mof荧光纳米材料诸多优异的理化性能未能被充分地利用,现行的器件加工技术存在器件质量差、面积小、效率低、成本高及结构简单的问题。本发明提供了一种mof荧光墨水,其粘度和表面张力符合压电式喷墨打印需求。同时,mof荧光墨水具有良好的荧光活性和低毒性,可使用压电式喷墨打印的方式在玻璃、fto、ito等透明基底表面打印出mof荧光图案,并可采用红外烧结或低温干燥的方式将混合溶剂去除,以获得离子浓度检测部件。该mof荧光图案在可见光下为白色图案,在紫外光照射下会呈现明亮荧光现象,且对不同离子或小分子浓度具有高敏感反应效应,可用于i-离子或葡萄糖小分子浓度的快速检测。
24.实施例1
25.本发明提出的一种mof荧光墨水,将mof荧光纳米材料、混合溶剂、表面活性剂按照质量比为0.5:1:0.01配制,并球磨4h制备而成,所述mof荧光墨水的粘度为7.5cp,表面张力为29mn
·
m-1
,物化性能符合压电式喷墨打印的要求。
26.所述的mof荧光纳米材料为稀土金属骨架结构有机颗粒,其制备过程包括以下步骤:
27.(1)将硝酸铕、邻苯二乙酸、3-(羧基甲基)苯基硼酸加入到n,n-二甲基甲酰胺水溶液中超声溶解,获得稀土金属前驱体液a,硝酸铕、邻苯二乙酸和3-(羧基甲基)苯基硼酸的质量比为1:0.2:0.3,n,n-二甲基甲酰胺水溶液的体积分数为90vol.%,硝酸铕和n,n-二甲基甲酰胺水溶液的固液比为1:5;超声分散的功率为200w,超声频率为150hz,超声时间为1.5h。
28.(2)稀土金属前驱体液a在130℃的条件下反应6h,获得稀土金属骨架结构有机荧光材料混合溶液b;
29.(3)将稀土金属骨架结构有机荧光材料混合溶液b冷冻干燥后,获得小尺寸稀土金属骨架结构有机荧光材料粉末c,c表示为eu-mof;图1为本发明实施例1中使用的小尺寸eu-mof荧光材料的sem图。
30.所述的稀土金属前驱体液中,邻苯二乙酸和3-(羧基甲基)苯基硼酸的质量比为1.2:1。通过调控苯酸衍生物和羧基苯基硼酸衍生物的比例,可控制球形稀土金属骨架结构有机荧光材料的合成;
31.所述的mof荧光纳米材料的颗粒尺寸为200nm,且制备的纳米材料具有良好的水溶性和醇溶性。mof荧光纳米材料的小尺寸特性,使其在水性或醇类溶剂中具有高溶解性;
32.所述的混合溶剂由1,2己二醇、正己醇、去离子水和乙二醇按照质量比1:1:2:2配制的混合物;
33.所述的表面活性剂为十二烷基硫酸钠。
34.所述的mof荧光墨水在离子浓度检测中的应用,使用压电式爱普生喷墨打印的方式在玻璃、fto、ito等透明基底表面打印出mof荧光图案后,采用100℃低温干燥15min的方
式将混合溶剂去除,获得离子浓度检测部件。
35.将i-离子或葡萄糖小分子溶液滴加在离子浓度检测部件的mof荧光材料区域,通过测量其荧光强度检测出i-离子或葡萄糖小分子浓度。图2为本发明实施例1中使用的小尺寸eu-mof荧光材料在不同浓度i-离子或葡萄糖小分子浸泡条件下的pl相对强度图。图2说明i-离子或葡萄糖小分子浓度与pl相对强度呈现良好的线性关系,因而可以用于i-离子或葡萄糖小分子浓度的快速检测。
36.实施例2
37.本发明提出的一种mof荧光墨水,将mof荧光纳米材料、混合溶剂、表面活性剂按照质量比为0.1:1:0.1配制,并球磨6h制备而成,所述mof荧光墨水的粘度为15cp,表面张力为31.2mn
·
m-1
,物化性能符合压电式喷墨打印的要求。
38.所述的mof荧光纳米材料为稀土金属骨架结构有机颗粒,其制备过程包括以下步骤:
39.(1)将稀土金属盐、苯酸衍生物、羧基苯基硼酸衍生物加入到n,n-二甲基甲酰胺水溶液中超声溶解,获得稀土金属前驱体液a,稀土金属盐、苯酸衍生物、羧基苯基硼酸衍生物的质量比为1:0.3:0.2,n,n-二甲基甲酰胺水溶液的体积分数为70vol.%,稀土金属盐和n,n-二甲基甲酰胺水溶液的固液比为1:0.5;超声分散的功率为350w,超声频率为120hz,超声时间为2.5h。
40.(2)稀土金属前驱体液a在100℃的条件下反应3h,获得稀土金属骨架结构有机荧光材料混合溶液b;
41.(3)将稀土金属骨架结构有机荧光材料混合溶液b冷冻干燥后,获得小尺寸稀土金属骨架结构有机荧光材料粉末c,c表示为tb
0.5
gd
0.5-mof。
42.所述的稀土金属盐为硝酸钆和磷酸铽按照摩尔质量比1:1配制。
43.所述的苯酸衍生物为邻苯二甲酸和均苯三乙酸按照质量比1:3配制的混合物;
44.所述的羧基苯基硼酸衍生物为4-羧基苯基硼酸和3,5-二羧基苯基硼酸按照质量比2:1配制的混合物;
45.所述的稀土金属前驱体液中,苯酸衍生物和羧基苯基硼酸衍生物的质量比为0.8:1。通过调控苯酸衍生物和羧基苯基硼酸衍生物的比例,可控制球形稀土金属骨架结构有机荧光材料的合成;
46.所述的mof荧光纳米材料的颗粒尺寸为100nm,制得的纳米材料具有良好的水溶性和醇溶性。mof荧光纳米材料的小尺寸特性,使其在水性或醇类溶剂中具有高溶解性;
47.所述的混合溶剂由1,2己二醇、无水乙醇、正己醇、去离子水和乙二醇按照质量比1:2:1:3:1配制的混合物。
48.所述的表面活性剂为脂肪醇聚醚plurafac lf901。
49.所述的mof荧光墨水在离子浓度检测中的应用,使用喷头可加热的压电式理光喷头喷墨打印在玻璃、fto、ito等透明基底表面,打印出mof荧光图案后,采用红外烧结的方式将混合溶剂去除,获得离子浓度检测部件。红外干燥功率为200w,干燥时间为30min。将i-离子或葡萄糖小分子溶液滴加在离子浓度检测部件的mof荧光材料区域,通过测量其荧光强度检测出i-离子或葡萄糖小分子浓度。
50.由以上可见,通过本发明实施例提供的mof墨水,具有良好的荧光特性、水溶性和
醇溶性,其墨水的粘度等物化性符合压电式喷墨打印的基本要求,既可适用于不加热的喷头也可适用于加热的喷头,比如爱普生喷头、理光喷头等。制备的mof墨水可采用压电式喷墨打印的方式在玻璃、fto、ito等透明基底表面印制,并通过低温干燥或红外烧结固化,获得具有荧光特性的mof图案化部件。该mof荧光图案部件在可见光下为白色图案,在紫外光照射下会呈现明亮荧光现象,且对不同离子或小分子浓度具有高敏感反应效应,可用于i-离子或葡萄糖小分子浓度的快速检测。
51.需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个
……”
限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
52.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本发明的保护范围内。