[發(fā)明專利]一種利用亞鐵磁性復(fù)合顆粒磁化增強熒光材料發(fā)光性能的方法

有效

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• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113249114B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋娟;王占紅;姜翠鳳;孫瑜;楊子潤;蔣穹
• 申請（專利權(quán)）人: 鹽城工學院
• 主分類號: C09K11/02
• 分類號: C09K11/02;C09K11/58;B82Y20/00;B82Y30/00
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本發(fā)明公開了一種利用亞鐵磁性復(fù)合顆粒磁化增強熒光材料發(fā)光性能的方法，屬于光增強技術(shù)領(lǐng)域。此方法采用在熒光基體表面涂覆以亞鐵磁性顆粒為核、銀納米顆粒(納米團簇)為殼層的復(fù)合顆粒，在外磁場中磁化后，熒光材料的發(fā)光強度對比磁化前得到顯著增強。本發(fā)明利用了亞鐵磁性核磁化后具有的剩磁，顯著改善了銀納米顆粒(納米團簇)的局域表面等離激元共振光增強效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光增強技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用亞鐵磁性復(fù)合顆粒磁化增強熒光材料發(fā)光性能的方法。

背景技術(shù)

貴金屬納米顆粒的局域表面等離激元共振(LSPR)增強技術(shù)廣泛應(yīng)用于提升傳感器靈敏度、光催化效率、熒光材料發(fā)光性能等。LSPR效應(yīng)增強的本質(zhì)是局域電場的增強。在光學材料發(fā)光性能方面，LSPR電場的增強研究通常聚焦于以下一些方面。一是共振幅度，取決于共振波長與激發(fā)光波長的匹配度。二是貴金屬納米顆粒表面的電子密度，取決于顆粒形貌是否具有能聚集更多電子的“尖銳”結(jié)構(gòu)。三是防止發(fā)光猝滅的隔離層，主要取決于隔離層的厚度。這些研究都是基于無外場影響的貴金屬納米顆粒獨立系統(tǒng)而開展的。在器件性能要求越來越高的應(yīng)用背景下，LSPR效應(yīng)增強技術(shù)亟需創(chuàng)新。為進一步提升貴金屬納米顆粒的LSPR增強效應(yīng)，需要引入貴金屬納米顆粒獨立系統(tǒng)以外的因素，以滿足日益提升的應(yīng)用需求。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了增強貴金屬納米顆粒的局域電場強度，實現(xiàn)與現(xiàn)有的多種增強途徑疊加的LSPR增強技術(shù)，本發(fā)明提供了一種利用亞鐵磁性復(fù)合顆粒磁化增強熒光材料發(fā)光性能的方法。在貴金屬納米顆粒本身增強熒光材料發(fā)光性能的同時，通過磁化使亞鐵磁性顆粒獲得剩磁，增強貴金屬納米顆粒的局域表面等離激元共振性能，從而使熒光材料的發(fā)光強度相比于磁化前得到顯著提高。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種利用亞鐵磁性復(fù)合顆粒磁化增強熒光材料發(fā)光性能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

(1)以亞鐵磁性四氧化三鐵顆粒為核，在其表面包覆銀納米顆粒或銀納米團簇，形成亞鐵磁性復(fù)合顆粒；

(2)將亞鐵磁性復(fù)合顆粒分散于聚乙烯吡咯烷酮-乙醇溶液中，并涂覆于熒光材料表面成膜；

(3)將涂覆有亞鐵磁性復(fù)合顆粒膜的熒光材料于外磁場中進行磁化。

所述的亞鐵磁性四氧化三鐵顆粒直徑為5～10μm。

所述的銀納米顆粒直徑為8～10nm，銀納米團簇直徑為2nm左右。

所述的外磁場強度為18～30mT，磁化時間為1～2min。

發(fā)明機理：LSPR效應(yīng)發(fā)生時，貴金屬納米顆粒薄膜不同微區(qū)的電子共振方向不一致。為增大局域電場強度，考慮引入磁場，使不同微區(qū)的電子共振方向一致性提高，因此本發(fā)明選擇采用亞鐵磁性顆粒作為貴金屬納米顆粒的核心。區(qū)別于常用的超順磁性Fe₃O₄顆粒，亞鐵磁性Fe₃O₄顆粒在磁化后具有剩磁，為其表面的銀納米顆粒(納米團簇)提供了一個局域磁場。當發(fā)生LSPR時，在局域磁場的作用下，不同區(qū)域的銀納米顆粒(納米團簇)中的電子共振方向趨于一致，LSPR電場強度得到增強，表現(xiàn)為介電常數(shù)增大，從而改善其對熒光材料的光增強效果。同時，銀納米顆粒(納米團簇)的包覆結(jié)構(gòu)也屏蔽了亞鐵磁性核對熒光的吸收。另外，顆粒尺寸在10nm以下的銀納米顆粒(納米團簇)在一定波長的激發(fā)光照射之下也可發(fā)射熒光，進一步增強材料的總發(fā)光強度。