[發(fā)明專利]一種紅光大幅增強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換納米材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010022361.1
• 申請(qǐng)日: 2020-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN111139063B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州大學(xué)
• 主分類號(hào): C09K11/02
• 分類號(hào): C09K11/02;C09K11/85;B82Y20/00;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 張耿語

本發(fā)明屬于發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種紅光大幅增強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換納米材料及其制備方法。該上轉(zhuǎn)換納米材料的核層以NaErFsubgt;4/subgt;為基質(zhì)，以Er離子作為激活離子和敏化離子，以Tm離子作為能量俘獲中心，有效消除能量遷移到晶格內(nèi)部缺陷。此外，通過包覆一層NaYbFsubgt;4/subgt;中間層，最大化地吸收從核層中Ersupgt;3+/supgt;輻射出的980nm近紅外發(fā)射光，并通過包覆一層NaYFsubgt;4/subgt;鈍化外層，有效消除能量遷移到表面缺陷，并高效引導(dǎo)能量從NaYbFsubgt;4/subgt;中間層到核層的回傳遞過程，引發(fā)核層中Ersupgt;3+/supgt;:supgt;4/supgt;Isubgt;15/2/subgt;→supgt;4/supgt;Isubgt;11/2/subgt;和supgt;4/supgt;Isubgt;13/2/subgt;→supgt;4/supgt;Fsubgt;9/2/subgt;的能級(jí)躍遷，最終獲得高強(qiáng)度、高純度紅色上轉(zhuǎn)換發(fā)光。該上轉(zhuǎn)換納米材料制備工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備成本低，容易操作，制備周期短，適合大批量生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種紅光大幅增強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換納米材料及其制備方法。

背景技術(shù)

上轉(zhuǎn)換發(fā)光是指通過反斯托克斯過程，將兩個(gè)或兩個(gè)以上低能量近紅外激發(fā)光子轉(zhuǎn)換為高能量的可見或紫外光子。稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米材料由于在固體激光器、防偽、溫度傳感器、生物成像以及太陽能電池等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，已經(jīng)引起科研工作者的廣泛關(guān)注。相對(duì)于傳統(tǒng)的熒光材料，稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米材料具有化學(xué)穩(wěn)定性高、熒光壽命長和生物毒性低等優(yōu)點(diǎn)。然而，熒光效率低下大大限制了上轉(zhuǎn)換納米材料的實(shí)際應(yīng)用。相對(duì)于短波長的綠光和藍(lán)光，長波長的紅光具有很深的生物組織穿透力，因而被譽(yù)為“可見光生物窗口”，其在生物成像等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。Er³⁺基的上轉(zhuǎn)換納米材料將Er³⁺同時(shí)作為激活離子和敏化離子，通常被用于獲取高純度的上轉(zhuǎn)換紅光發(fā)射。此外，通過摻入Tm³⁺能量俘獲中心和包覆鈍化層，可以分別有效消除能量遷移到晶格內(nèi)部缺陷和表面缺陷，提高上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度。然而，對(duì)于Er³⁺基的上轉(zhuǎn)換納米材料，除了能量遷移損耗，還有很大一部分能量從Er³⁺發(fā)出，以980nm近紅外發(fā)射光子的形式向外部空間輻射，導(dǎo)致發(fā)光效率下降。因此，如何開發(fā)出一種能有效利用Er³⁺輻射出的980nm近紅外發(fā)射光的上轉(zhuǎn)換納米材料，從而大幅提高紅色上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度，是當(dāng)前發(fā)光材料技術(shù)領(lǐng)域的一大難題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種紅光大幅增強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換納米材料。該上轉(zhuǎn)換納米材料通過包覆一層NaYF₄:yYb中間層，最大化地吸收從核層中Er³⁺輻射出的980nm近紅外發(fā)射光，并通過包覆一層NaYF₄鈍化外層，有效消除能量遷移到表面缺陷，并高效引導(dǎo)能量從NaYbF₄中間層到核層的回傳遞過程，從而大幅提高紅色上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度，可解決現(xiàn)有上轉(zhuǎn)換納米材料發(fā)光較弱等問題。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述紅光大幅增強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換納米材料的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種紅光大幅增強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換納米材料，其化學(xué)表達(dá)式為NaErF₄:xTm@NaYF₄:yYb@NaYF₄，即以NaErF₄:xTm為核層，在其外依次包覆NaYF₄:yYb殼層和NaYF₄鈍化層；

所述的x＝Tm/(Tm+Er)摩爾濃度，

所述的y＝Y(jié)b/(Yb+Y)摩爾濃度。

優(yōu)選的，所述的x取值為0.35～0.65％。

更優(yōu)選的，所述的x取值為0.5％。