我國科研團隊在超窄帶發(fā)光石墨烯量子點的超分辨光譜和空間傳感研究中獲進展

超窄帶發(fā)光材料在多種光電器件、激光、超分辨、成像和傳感等應(yīng)用中具有重要的科學價值和技術(shù)意義。碳點作為一種新型的碳納米發(fā)光材料，因具有發(fā)光穩(wěn)定性好、帶隙寬度可調(diào)、雙光子吸收截面積大、選擇性的熒光淬滅/增強、生物相容和低毒性等優(yōu)勢受到廣泛關(guān)注。碳點在長波長和高效率發(fā)光等方面快速發(fā)展，但在窄帶發(fā)射方面的研究較少。相對于稀土材料5~15 nm和量子點材料15~30 nm的窄帶發(fā)光，目前所報道的大部分碳點的發(fā)射半峰寬在40~60 nm以上，如何降低碳點的發(fā)射半峰寬成為發(fā)光碳點材料領(lǐng)域的關(guān)鍵問題和研究熱點。 +hKPOFa'  
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近年來，中國科學院理化技術(shù)研究所特種影像材料與技術(shù)中心系統(tǒng)提出了二維共軛小分子化合物作為碳源制備出高效窄帶長波長發(fā)光碳點的新方法（Physical Chemistry Chemical Physics 2016, 25002; Particle & Particle Systems Characterization 2016, 811; ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, 16005; Journal of Materials Chemistry C, 2018, 5957; Nanoscale, 2019, 11577等）�？蒲腥藛T以酞菁類平面共軛大環(huán)化合物為碳源，采用一步法制備出兩種窄帶發(fā)射的紅光石墨烯量子點，這兩種石墨烯量子點的發(fā)光半峰寬（分別為21 m和30 nm）已達到發(fā)光材料中超窄帶發(fā)射的范圍。該工作為進一步開展制備超窄帶發(fā)射的石墨烯量子點提供了新思路，并拓展了窄帶發(fā)射石墨烯量子點在發(fā)光材料、激光發(fā)射、光路復用、生物傳感、LED等方面的應(yīng)用范圍。 z*k3q`=>  
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除超窄帶發(fā)光外，這兩種石墨烯量子點還具有發(fā)射波長在遠紅光范圍（> 680 nm）、發(fā)射峰位置相近、激發(fā)波長和熒光壽命部分依賴等特點�；�于此，理化所特種影像材料與技術(shù)中心與以色列巴伊蘭大學工學院合作提出了基于超窄帶發(fā)射石墨烯量子點的超分辨?zhèn)鞲胁呗�，并�?yīng)用于光譜和空間超分辨成像傳感檢測。該方法無需使用光譜儀即可提取光譜信息，通過兩種類型的窄帶發(fā)光石墨烯量子點的獨特波長和時間“特征”實現(xiàn)空間分離，在超分辨光譜和空間傳感領(lǐng)域有潛在應(yīng)用價值，如超分辨技術(shù)可以克服光學成像應(yīng)用的光學衍射極限，有望填補電子顯微鏡（~1 nm）和普通可見光學顯微鏡（200-250nm）之間的空缺，觀察到更精細的結(jié)構(gòu)或更高分辨率的圖像。 ~A:;?A'.  
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相關(guān)研究成果以Ultra-narrow-bandwidth graphene quantum dots for superresolved spectral and spatial sensing為題，在線發(fā)表在NPG Asia Materials上，并已申請中國發(fā)明專利。理化所研究員謝政和巴伊蘭大學工學院院長、教授Zeev Zalevsky為論文通訊作者，理化所碩士研究生王真為論文第一作者。 4~pO>6P   
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此外，這類碳點因良好的光聲特性，可應(yīng)用于光聲成像超分辨方面。中以雙方團隊通過進一步合作，將另外一類兩色可逆轉(zhuǎn)換碳點（綠光和紅光的最高發(fā)光效率為80%，ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, 10, 16005）應(yīng)用到了光聲超分辨成像中，提出一種基于多個亞像素吸收器的分離和定位的擴展分辨率成像概念，該技術(shù)提高了光聲成像超分辨率。相關(guān)研究成果以Autoencoder based blind source separation for photoacoustic resolution enhancement為題，發(fā)表在Scientific Reports上。 2AdHj&XE  
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上述兩項研究工作得到國家自然科學基金和中科院國際人才計劃-外國專家特聘研究員計劃項目等的資助。 WX[dM }L  
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相關(guān)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41598-020-78310-5