[发明专利]一种四模态发射的碳纳米点/钙钛矿复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及碳纳米材料技术领域，尤其涉及一种四模态发射的碳纳米点/钙钛矿复合材料及其制备方法和应用，本发明通过钙钛矿晶体封闭策略设计了四种发射模式的碳纳米点/钙钛矿复合材料，该材料在固态下具有优异的FL发射能力、与固态FL发射相似的UCPL、实现高效的PHOS发射，且在不同激发模式下同时辐射FL、UCPL、PHOS和CL；此外，能够建立基于该材料的可编程发射模式的神经形态装置，用以模仿生物神经元的功能，实现分子信息处理和安全，并通过对各种发光模式的可视化和数据化，利用神经形态器件在信息处理和逻辑计算方面的独特能力，开发新的信息处理模式，拓展了从多模态发光到高级分子信息处理和保密通信的应用方向。

技术领域

本发明涉及碳纳米材料技术领域，尤其涉及一种四模态发射的碳纳米点/钙钛矿复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着互联网和其他智能终端设备的非结构化数据呈现出指数级增长的趋势，内存墙中内存单元和处理器之间速度不匹配的现象逐渐引起了人们的注意，这使我们在提升计算速度和能源效率方面面临着巨大的挑战。基于此，一种具有类人脑性能的神经形态计算系统被开发出来。它用于克服传统冯诺依曼架构的瓶颈，可以满足人们日益增长的处理高效信息的需求。目前，根据不同物理机制制备出来的神经形态装置被陆续报道，诸如相变、电荷捕获、电阻开关和铁电开关等物理机制。同时通过不同的功能材料来模仿各种生物神经突触行为，如金属氧化物、有机分子材料和低维材料。然而，在神经形态计算中光电的复杂结合会让这些光电器件表现出硬件冗余、高功耗和计算延迟等性状，这些也都受到带宽连接密度的影响。因此，我们急需开发一种利用环保发光材料的全光子神经形态装置，使它拥有运行快速、功耗低和时空控制精确的性能。这也有可能为高性能光子神经形态系统搭建一个理想平台。

碳纳米点(CDs)是一类新型的零维碳纳米材料，含有丰富的sp²/sp³碳骨架和官能团/聚合物链。由于它有着较高的光致发光量子产率(PLQY)、可调节的发射波长、较高的光稳定性和良好的生物相容性等优点，引起了人们的广泛关注。数据显示，各种CDS都是通过热熔剂法或微波辅助法来合成，合成过程中共轭或非共轭的有机小分子共价交联，在其表面形成羟基、羧基、氨基或酰基氨基。这种独特的结构使CDs具有丰富的(n，π*)和(π，π*)转换。正是由于这种特性，CDs能通过高能激发、低能多光子吸收、自旋翻转辐射转换和化学诱导的能量转移过程实现多种发光模式，包括荧光(FL)、上转换光致发光(UCPL)、磷光(PHOS)和化学发光(CL)。但是，要从CDs系统中同时实现这四种发光模式仍有一些障碍，例如：（1）CDs的UCPL吸收截面小。目前，CDs的sp²共轭区域的大小可以调整，使其发光能量转移到近红外区域。然而，与具有丰富过渡电子能级的稀土材料不同，由碳骨架构成的CDs只有相对较小的吸收截面。（2）CDs的非辐射衰变和淬灭中心。在小分子原料交联缩合的合成过程中，由于不适当的推拉电子基团的加入和杂原子的取代或掺杂，可能会形成缺陷中心。这些中心可以通过非辐射通道捕获激发电子，这使得CDs中的单光子难以直接转入基态。（3）CDs之间经常发生无用的能量转移。当CDs之间的距离足够近时，能量转移可以自然发生。但是，这些能量转移过程只能通过自吸收效应来淬灭CDs的发光。只有通过进一步重叠光谱和提高从供体到CDs的电荷转移效率，才能促进CDs的辐射转换的可能性。