研究发现碳纳米点对水中声致发光效应的明显调制作用

近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员徐文课题组与重庆医科大学超声医学工程国家重点实验室合作，利用自主研制的“球形聚焦集声系统”，开展了碳纳米点对声致发光效应影响的研究。研究观测到碳纳米点对声致发光具有明显的调制作用，可使水中的蓝-紫色发光调制为橙色发光，其调制效应可肉眼分辨。相关研究成果以Influence of carbon nano-dots in water on sonoluminescence为题，发表在Nanoscale上。

在声场作用下，液体如纯水中会发生空化，形成气泡。气泡在正、负交替的声压驱动下缓慢膨胀、快速塌缩并发出光脉冲，此现象为声致发光。该过程可通过气泡将声能积聚并转换为光能，为声学领域的重要实验现象。但目前，对声致发光机理的认识仍未完全清晰。研究认为，在声空化以及气泡膨胀和塌缩过程中产生的羟基自由基是纯水中声致发光的关键要素。而碳纳米点作为一种表面具有丰富化学基团且表面化学活性较强的纳米材料，常被用作自由基捕获体。

鉴于此，研究人员利用碳纳米点对声致发光实验中的羟基自由基进行调制，使声致发光波长发生显著变化。通过声致发光光谱分析、光脉冲信号时间分辨测量，以及对超声作用前后碳点的物理、化学特性表征分析，证实了碳纳米点对水中声致发光的影响主要是通过碳纳米点与羟基自由基的耦合产生。该研究为深入理解声致发光的微观机理提供了新方法。

此外，超声处理是碳纳米材料制备过程中常用的方法。研究发现聚焦超声作用可使碳纳米点的碳核尺寸变小、碳核结晶更好、碳点分散更均匀。而超声诱导的化学效应可使碳点表面的基团被氧化，形成更多羧基。上述研究结果有助于进一步设计、优化荧光碳点的合成、调控及应用。

研究工作得到国家自然科学基金的支持。

论文链接

（a）纯水和碳纳米点溶液（CNDAS）中声致发光的普通相机拍照照片，分别为蓝-紫色和橙色；（b）对应的声致发光光谱（蓝、红点）用黑体辐射公式（实、虚线）拟合，并获得对应的黑体辐射温度Tb。