[發明專利]一種單分散上轉換發光的微納米晶及其制備方法

有效

• 申請號: 201410140324.5
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103911154A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 尤洪鵬;邵百旗;呂偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: C09K11/85
• 分類號: C09K11/85
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發明屬于微納米材料技術領域，具體涉及一種單分散上轉換發光的微納米晶及其制備方法。

背景技術

上轉換發光材料是稀土發光材料中重要的分支，它能夠吸收較低能量的光子通過多光子轉換機制輻射出高能量的光子，基于如此特殊的光致發光特性，使得其在激光、顯示、防偽、生物標識、太陽能電池等領域有著廣闊的應用前景。β-NaYF₄具有低的聲子能量、低的非輻射衰減率和較好的化學穩定性，是目前公認的具有最高效率的上轉換發光基質。微納米材料由于其小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等賦予了其一系列優異的物理化學特性。微納米尺寸的單分散β-NaYF₄有望展現更加優異的性能，并有望開辟新的應用領域。由于NaYF₄具有立方和六方兩種晶相。常溫下以立方相（α相）較為穩定，六方相（β相）屬高溫穩定相。而由于結構差異，β-NaYF₄上轉換發光效率比α-NaYF₄高數個數量級。然而β-NaYF₄的制備往往需要相對高的溫度或者苛刻的工藝條件（無水無氧環境，高沸點溶劑）。如中國專利201110272491.1采用溶劑熱制備方法，在200℃/24h條件下制備出NaYF₄：Yb/Er納米晶顆粒。中國專利201110201553.X公布了一種藍光紅外上轉化發光材料的制備方法，首先將氟化物溶液加入到稀土硝酸鹽的的混合溶液中，過濾、干燥后與助溶劑混合，然后在還原氣氛下，500～800℃焙燒0.5～5h，獲得目標產品。現有的制備微納米級β-NaYF₄方法大多側重于前驅體熱解法、水熱/溶劑熱法、微乳液法、微波法等等。但上述制備工藝多存在高能耗、低產率、高污染，產品表面污染等諸多弊端；另外，其產物制備過程多存在α→β相轉變過程，導致產物中多存在兩相共存的現象。因而，如何綠色制備單分散微納米級β-NaYF₄是稀土發光材料制備中的難點。基于以上研究現狀，單分散β-NaYF₄微納米晶的綠色制備對基礎科研及工業應用有著重要的現實意義。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種單分散上轉換發光的微納米晶及其制備方法，本發明所得產物的形貌、尺寸均一可控，可在納米到微米的寬范圍內調節，顆粒間分散性好；制備工藝簡單、無需特殊設備、成本低且綠色環保。

本發明提供一種單分散上轉換發光的微納米晶，其化學式為：β-NaY_1-x-yYb_xRe_yF₄，其中，0.05≤x≤0.3，0.001≤y≤0.1，Re為Er或Tm；

所述的單分散上轉換發光的微納米晶形貌為六棱柱或捆狀六棱柱，長度為0.06μm～2μm，直徑為40nm～1200nm。

優選的是，所述化學式為：β-NaY_1-x-yYb_xRe_yF₄，其中，0.1≤x≤0.2，0.01≤y≤0.05。

本發明還提供一種單分散上轉換發光的微納米晶的制備方法，包括以下步驟：

（1）按照化學式β-NaY_1-x-yYb_xRe_yF₄的化學計量比量取稀土Y、Yb和Re的鹽溶液混合，得到混合溶液；

（2）用堿性溶液調節步驟（1）所述混合溶液的pH至7～10，攪拌5～30min，升溫至30℃～100℃，加入氟化物溶液，攪拌2～12h，得到單分散上轉換發光的微納米晶。

優選的是，所述的稀土Y、Yb和Re的鹽溶液為稀土Y、Yb和Re的硝酸鹽溶液或鹽酸鹽溶液。

優選的是，所述堿性溶液為氨水、正丙胺、正丁胺、水合肼或氫氧化鈉溶液。

優選的是，所述的氟化物溶液為NaF或NaF與NH₄F、NH₄HF₂中的至少一種組成的混合物。

優選的是，所述氟化物溶液中氟的物質的量為稀土Y、Yb和Re的物質的量總和的2.5～4倍。

本發明的有益效果：

1、本發明所得產物的形貌為六棱柱或捆狀六棱柱，尺寸均一，可在納米到微米的寬范圍內通過改變反應參數有選擇性調節，顆粒間分散性好。