[发明专利]分步法稀土掺杂氟化物LnF3:Re3+纳米发光颗粒的制备

说明书

技术领域

本发明属稀土掺杂纳米发光物质领域，特别是涉及一种分步法稀土掺杂氟化物LnF₃:RE³⁺纳米发光颗粒的制备方法。

背景技术

镧系掺杂发光材料是无机发光材料家族中除发光半导体外的另外一个重要成员，在发光二极管、激光器、光电转换器、光纤放大器以及三维显示器和防伪技术等的应用方面有不错的成绩。镧系掺杂发光纳米微粒更是具有一系列突出的优点，如毒性低、化学稳定性高、发光强度高而稳定(无闪烁)、Stokes位移大等，不仅能够克服有机类发光标记物质稳定性差的缺点，还能有效解决量子点的细胞毒性和光闪烁问题；又由于LnF₃具有低的声子振动能，高的热稳定性和环境稳定性，并对几乎所有的稀土离子都有很强的溶解性，使得LnF₃成为很好的固体电解质、电极材料、优良的光学基质材料。结合两者优势，镧系掺杂LnF₃纳米发光颗粒在生物标记领域具有非常大的应用潜力，并且这种潜力已经逐渐被开发。

镧系掺杂LnF₃颗粒的制备方法常用的有：沉淀法、溶胶-凝胶法、化学气相制备法、水热法等。维多利亚大学的Frank C.J.M.van Veggel等在Journal of FluoRescence，2005，15，543-551上报道了一步法制备Eu³⁺掺杂LaF₃纳米颗粒，并利用不同的配合基加强颗粒的水溶性及生物相容性；该作者又在Journal of Materials Chemistry，2005，15，1332-1342上研究了Eu³⁺掺杂LnF₃纳米颗粒和LnF₃:Eu³⁺/LaF₃核壳结构纳米粒子表面特征及其在有机溶液或水溶液中的溶解性及再分散性的差异。新加坡国立大学的Wang Feng等在Journal of MaterialsChemistry，2006，16，1031-1034上报道了在低温水溶液中简单合成镧系掺杂LaF₃纳米晶的方法。但以上制备的纳米颗粒不能同时满足强水溶性和高发光强度两项要求，难以满足生物标记应用方面的要求。

形成颗粒的的过程分为成核、生长两个阶段是研究人员共同认可的一个结晶理论。但是在绝大部分纳米颗粒的制备过程中，成核、生长这两个阶段都是一起进行，无法分开，因此存在许多难以解决的问题。所以，如何将纳米颗粒的成核、生长这两个阶段分开一直是困扰纳米颗粒研究人员的一大问题；一旦将这两个最基本的阶段有效分开，很多问题都可以得到有效的解决。从经典的结晶学理论可知，成核一般迅速发生在较高温度，过程极为短暂，而生长则发生在较低温度，所需时间较成核久，且可从各方面如浓度、温度及时间来控制晶体的结构、形貌和尺寸。但是现在没有一种方法能很好的将这两个过程分开，更没有一种方法能同时控制成核与生长这两个阶段中粒子的生成。合成稀土掺杂氟化物的普遍方法不能满足控制氟化物纳米晶成核生长过程的要求，也不能满足其应用到生物荧光标记的要求。

微反应器是一种单元反应界面宽度为微米量级的微型化的化学反应系统，是90年代兴起的微化工技术。自从deMello及其同事在2002年报道了微反应器在制备纳米粒子的预测及优势后，微反应器等的微通道技术在制备纳米晶，尤其是荧光量子点的制备上越来越普遍。微反应器具有如下的特点：(1)通道内流动为层流；(2)比表面积大，传热能力强，控温容易；(3)分子扩散距离短，传质快；(4)可实现“数增放大”，且无放大效应。申请人采用微反应器合成了稀土掺杂氟化物(LnF₃:Re³⁺)纳米发光颗粒，并申请了中国发明专利(申请号：200710046219.5)。但之前的发明没有将纳米颗粒成核与生长的过程有效的分开与控制，所以无法有效控制晶粒生长。在此发明的基础上，发明人更好的利用了微反应器的优势，使得纳米晶成核与生长两个阶段的分离成为了可能。

发明内容

本发明的目的是提供一种分步法稀土掺杂氟化物LnF₃:Re³⁺纳米发光颗粒的制备方法，该方法将纳米晶成核与生长阶段分两步进行，可以有效控制晶核形成和晶粒长大，制备的稀土掺杂氟化物LnF₃:Re³⁺纳米发光颗粒的尺寸小、分散性好、粒径分布窄、发光性能好。