固态荧光硅纳米颗粒的制备及其在指纹检测上的应用开题报告

全文总字数：6498字

1. 研究目的与意义（文献综述）

硅量子点（si qds）是一种尺寸小于5 nm的球形纳米材料。近年来，硅量子点以其优异的荧光性能，良好的光稳定性和高丰度等特殊性质引起了人们的广泛关注。同时，与传统的半导体量子点和有机染料相比，硅量子点由于不含重金属元素，具有低毒性，生物相容性等优点，在光电子，光催化，传感和生物成像等领域具有广阔的应用前景。自从1990年canham发现多孔硅在室温下的光致发光现象以来，出现了各种制备硅量子点的方法。到目前为止，大部分的研究都集中在调节si qds的荧光颜色和plqy上。然而,研究者们对硅量子点的固态荧光机理研究不够深入,难以防止硅量子点聚集猝灭从而制备出相应的荧光粉末，很大程度上限制了硅纳米颗粒在指纹检测上的应用。硅量子点可以通过聚合物包覆等方式防止硅量子点发生聚集猝灭，从而使其在固液状态下都有荧光，但往往制备过程比较复杂。因此，通过一步法直接制备出用于潜在指纹显现的聚合物包覆的固态荧光硅量子点具有非常重要的意义。

指纹是一种重要的识别方式，因为它是为数不多的对个体而言真正唯一且不变的生物特征签名之一。当罪犯触摸某个部位的任何表面时，皮肤汗液会通过毛孔转移到表面，导致看不见的凹凸纹路，称为潜在指纹。潜在指纹的检测尤为重要，因为历史上指纹证据一直是可以在法庭上提出的最强的物理证据。由于指纹具有各人不同、各指相异，终身不变和触物留痕的特点，指纹检测在刑事科学、事故鉴定、信息识别和安全检查等领域具有非常重要的作用。然而，因为潜指纹客体的多样性和遗留的时效性等原由，利用传统的方法对潜指纹进行显现和提取有时无法取得满意效果。鉴于以上情况，近年来研究人员尝试使用纳米荧光材料作为指纹显现提取试剂，寻求基于纳米荧光材料的简单、廉价、高效、低干扰和多重信号的指纹显现和检测。

与传统的有机荧光染料和荧光基团相比，纳米荧光材料激发光谱宽且连续分布，发射光谱窄。应用到指纹检测上，就可以在连续的激发光谱中选择合适的激发波长，使检测对象的背景荧光降到最低，提高检测的灵敏度，对识别指纹更多细节，提高指纹检测准确性具有重要作用。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

材料制备：通过水热反应法制备蓝色荧光的固态荧光硅量子点。

材料表征：通过xrd、tem、ft-ir等测试手段对这些硅量子点材料的结构、形貌进行表征，并通过荧光测试系统对硅纳米颗粒的荧光性能进行表征。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定实验技术方案，并完成开题报告。

第4-8周：按照设计方案，完成在不同反应条件下固态硅纳米颗粒合成（如不同原料比、不同反应温度、不同反应时间等）；将硅纳米颗粒涂覆在按有指纹的不同基板上，拍摄相应的指纹成像照片。

第9-11周：对得到的硅量子点的光学性能进行表征，对不同基板上指纹成像的图片进行比对分析。

第12-14周：总结实验数据，完成并修改毕业论文。

4. 参考文献（不低于12篇）

1. Gong T, Li Y, Lei B, et al. Solid-state silicon nanoparticles with color-tunable photoluminescence and multifunctional applications[J]. Journal of Materials Chemistry C, 2019, 7(20): 5962-5969.
2. Shen C L, Zang J H, Lou Q, et al. In-situ embedding of carbon dots in a trisodium citrate crystal matrix for tunable solid-state fluorescence[J]. Carbon, 2018, 136: 359-368.
3. He J, He Y, Chen Y, et al. Solid‐State Carbon Dots with Red Fluorescence and Efficient Construction of Dual‐Fluorescence Morphologies[J]. Small, 2017, 13(26): 1700075.
4. Feng Y, Liu Y, Su C, et al. New fluorescent pH sensor based on label-free silicon nanodots[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2014, 203: 795-801.
5. Zheng X, Zhang D, Fan Z, et al. One-step hydrothermal synthesis of ultrabright water-soluble silicon nanoparticles for folate-receptor-mediated bioimaging[J]. Journal of materials science, 2019, 54(13): 9707-9717.
6. Zhang Z, Wei C, Ma W, et al. One-Step Hydrothermal Synthesis of Yellow and Green Emitting Silicon Quantum Dots with Synergistic Effect[J]. Nanomaterials, 2019, 9(3): 466.
7. Zhang J, Yu S H. Highly photoluminescent silicon nanocrystals for rapid, label-free and recyclable detection of mercuric ions[J]. Nanoscale, 2014, 6(8): 4096-4101.
8. Yi Y, Liu L, Zeng W, et al. Bifunctional silicon quantum dots sensing platform for selective and sensitive detection of p-dihydroxybenzene with double signals[J]. Microchemical Journal, 2019, 147: 245-252.
9. Tammina S K, Yang D, Li X, et al. High photoluminescent nitrogen and zinc doped carbon dots for sensing Fe3 ions and temperature[J]. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2019, 222: 117141.
10. Li S, Pan R, Mehdi Y A, et al. One-step spontaneous synthesis of fluorescent carbon nanoparticles with thermosensitivity from polyethylene glycol[J]. New Journal of Chemistry, 2015, 39(9): 7033-7039.
11. Das P, Ganguly S, Bose M, et al. Zinc and nitrogen ornamented bluish white luminescent carbon dots for engrossing bacteriostatic activity and Fenton based bio-sensor[J]. Materials Science and Engineering: C, 2018, 88: 115-129.
12. Liang J, Huang C, Gong X. Silicon Nanocrystals and Their Composites: Syntheses, Fluorescence Mechanisms, and Biological Applications[J]. ACS Sustainable Chemistry Engineering, 2019, 7(22): 18213-18227.
13. Zhan Y, Shang B, Chen M, et al. One‐Step Synthesis of Silica‐Coated Carbon Dots with Controllable Solid‐State Fluorescence for White Light‐Emitting Diodes[J]. Small, 2019, 15(24): 1901161.
14. Xu X, Ma S, Xiao X, et al. The preparation of high-quality water-soluble silicon quantum dots and their application in the detection of formaldehyde[J]. RSC advances, 2016, 6(101): 98899-98907.
15. Xu N, Yuan Y, Yin J H, et al. One-pot hydrothermal synthesis of luminescent silicon-based nanoparticles for highly specific detection of oxytetracycline via ratiometric fluorescent strategy[J]. RSC advances, 2017, 7(76): 48429-48436.
16. Wu J, Dai J, Shao Y, et al. One-step synthesis of fluorescent silicon quantum dots (Si-QDs) and their application for cell imaging[J]. RSC Advances, 2015, 5(102): 83581-83587.
17. Shih C C, Chen P C, Lin G L, et al. Optical and electrochemical applications of silicon–carbon dots/Silicon dioxide nanocomposites[J]. ACS nano, 2015, 9(1): 312-319.
18. Ma S, Chen Y, Feng J, et al. One-step synthesis of water-dispersible and biocompatible silicon nanoparticles for selective heparin sensing and cell imaging[J]. Analytical chemistry, 2016, 88(21): 10474-10481.
19. Liu Y, Wang Q, Guo S, et al. Highly selective and sensitive fluorescence detection of hydroquinone using novel silicon quantum dots[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2018, 275: 415-421.
20. Liu Y, Cao Y, Bu T, et al. Silicon-doped carbon quantum dots with blue and green emission are a viable ratiometric fluorescent probe for hydroquinone[J]. Microchimica Acta, 2019, 186(7): 399.
21. Liu L, Zhu G, Zeng W, et al. Silicon quantum dot-coated onto gold nanoparticles as an optical probe for colorimetric and fluorometric determination of cysteine[J]. Microchimica Acta, 2019, 186(2): 98.
22. Li Q, Peng K, Yu Y, et al. One‐pot synthesis of highly fluorescent silicon nanoparticles for sensitive and selective detection of hemoglobin[J]. Electrophoresis, 2019, 40(16-17): 2129-2134.