[發(fā)明專利]一種釹敏化的稀土發(fā)光多層核殼結(jié)構(gòu)材料、其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110776063.6
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113549446A
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇倩倩;魏翰林;劉亞沖;王帥;周明珠;周夢濤
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: C09K11/02
• 分類號: C09K11/02;C09K11/85;B82Y20/00;B82Y30/00
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發(fā)明公開了一種釹敏化的稀土發(fā)光多層核殼結(jié)構(gòu)材料、其制備方法和應(yīng)用，其顆粒具有核?多殼的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，作為發(fā)光中心的核層為稀土上轉(zhuǎn)換納米粒子，能量傳遞層為第一層殼；能量捕獲層為第二層殼；能量保護層為第三層殼，形成核?殼?殼?殼結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料四層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明制備方法包括稀土鹽的前驅(qū)體制備、稀土發(fā)光多層核殼結(jié)構(gòu)材料制備的步驟。本發(fā)明要解決的問題是上轉(zhuǎn)換納米粒子紫外光區(qū)發(fā)光效率低，最短發(fā)光波長受限在290nm的問題，同時擴大上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子的應(yīng)用范圍，使其可以更廣泛的應(yīng)用于生物成像/檢測、光動力學(xué)/光熱治、光遺傳學(xué)、光刻、防偽、分析檢測等材料領(lǐng)域。本發(fā)明制備方法操作簡單、易于控制且制備產(chǎn)物穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種可以簡單高效制備具有異質(zhì)核殼結(jié)構(gòu)的稀土上轉(zhuǎn)換納米材料的方法，通過此方法制備的異質(zhì)上轉(zhuǎn)換納米材料，具有核-殼-殼-殼四層結(jié)構(gòu)，此種異質(zhì)上轉(zhuǎn)換納米材料可以增強在紫外區(qū)的上轉(zhuǎn)換發(fā)射。

背景技術(shù)

稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換納米晶是一種能使近紅外光變成紫外-可見光的新型功能材料。稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換納米晶由于具有優(yōu)異的光學(xué)性能，使得其在各個領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。近年來，許多科研工作者利用稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換納米晶體吸收近紅外光發(fā)射紫外可間光的特性，將其應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境和工業(yè)領(lǐng)域。特別是上轉(zhuǎn)換紫外發(fā)射可以應(yīng)用在光催化劑、紫外固態(tài)激光器、生物醫(yī)藥等前沿領(lǐng)域。

然而，稀土元素摻雜的上轉(zhuǎn)換納米發(fā)光材料大多采用980nm激發(fā)，由于水在980nm處有較強的吸收，水分子吸收980nm的光并將其轉(zhuǎn)化成熱，因此，采用980nm的激發(fā)光源必然會引起很強的熱效應(yīng)，從而對正常的生物組織造成損傷。與此同時，水分子在980nm處的吸收也會降低近紅外光的組織穿透能力，限制了稀土元素摻雜的上轉(zhuǎn)換納米發(fā)光材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

近年來，Nd³⁺(釹)離子摻雜的上轉(zhuǎn)換納米顆粒具有獨特的優(yōu)勢，可以吸收808nm的激發(fā)光，成功的避免了利用980nm激發(fā)所帶來的不足之處。并且由于敏化劑離子和發(fā)光離子之間強烈的濃度淬滅效應(yīng)會在很大程度上降低材料熒光強度，于是研究人員利用核-多殼結(jié)構(gòu)將敏化劑Nd³⁺離子和發(fā)光離子分別摻雜在納米結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域，以降低敏化劑和發(fā)光離子之間的交叉弛豫，從而提高材料的熒光強度。因此如何設(shè)計功能性的核-多殼上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料，從而提高Nd³⁺離子摻雜的上轉(zhuǎn)換納米材料在紫外區(qū)發(fā)光，具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種釹敏化的稀土發(fā)光多層核殼結(jié)構(gòu)材料、其制備方法和應(yīng)用，能可控合成具有異質(zhì)核-多殼結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換納米顆粒的制備方法，并實現(xiàn)其在紫外光區(qū)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光增強。該方法操作簡單，所制備得到的上轉(zhuǎn)換納米顆粒形貌具有良好的均一性，在808nm和980nm的激發(fā)下，最短發(fā)光波長可到253nm，其在紫外區(qū)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光比之前報道的納米顆粒更強。因此，本發(fā)明要解決的問題是上轉(zhuǎn)換納米粒子紫外光區(qū)發(fā)光效率低，最短發(fā)光波長受限在290nm的問題，同時擴大上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子的應(yīng)用范圍，使其可以更廣泛的應(yīng)用于生物成像/檢測、光動力學(xué)/光熱治、光遺傳學(xué)、光刻、防偽、分析檢測等領(lǐng)域。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種釹敏化的稀土發(fā)光多層核殼結(jié)構(gòu)材料，其顆粒具有核-多殼的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，作為發(fā)光中心的核層為稀土上轉(zhuǎn)換納米粒子，能量傳遞層為包覆在核納米粒子上的第一層殼，形成核-殼結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料；能量捕獲層為包覆在能量傳遞層上的第二層殼，形成核-殼-殼結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料；能量保護層為包覆在能量捕獲層上的第三層殼，形成核-殼-殼-殼結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料四層結(jié)構(gòu)；發(fā)光離子與敏化離子均勻分布在核層與各殼層中；

以NaGdF₄:Yb/Tm作為多層核殼結(jié)構(gòu)的核，Yb離子的摻雜摩爾分數(shù)為不大于60％，Tm的摻雜摩爾分數(shù)為不大于15％；