[发明专利]一种高强度稀土掺杂上转换发光纳米材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度稀土掺杂上转换发光纳米材料及其制备方法，属于纳米材料制备领域。

背景技术

稀土掺杂上转换发光纳米材料由于其独特的发光特性，如：丰富的光学性质，窄的发射峰，发光色纯度高，荧光寿命长，近红外激发等，使其在激光显示器、光数据存储、生物标记、太阳能电池等方面都具有重大的潜在应用。上转换发光材料的制备方法主要分为两种：高温油相法和水热-溶剂热法，高温油相法通过使用高沸点的溶剂在高温下反应合成纳米发光材料，因其高温条件使得能选择的配体种类较少；而水热-溶剂热法则采用高温高压的方法得到高质量的纳米颗粒，该合成方法因高压条件使得反应温度相对较温和，配体的选择范围在很大程度上扩宽，一些短碳链的较低沸点的化合物也能应用于合成上转换纳米发光材料。

上转换发光材料的发光效率一直是阻碍其工业应用的主要因素，如何提高上转换发光纳米材料的发光效率一直受到很大的关注。核壳结构纳米材料、等离子共振法、金属掺杂等方法能一定程度上提高上转换纳米材料的发光效率，但这些都存在制备复制，价格昂贵等缺点。

随着上转换发光纳米材料在生物及医药领域的应用发展，具有水溶性的上转换纳米发光材料被急需利用。虽然通过配体置换或聚合物包覆的方法能得到具有水溶性的上转换发光纳米材料，但这些方法不仅操作复杂、效率较低且成本较高。

发明内容

本发明的目的是为了解决较少配体选择性的上转换纳米发光材料的制备及通过选择不同的配体合成出高的发光强度、颜色及水溶性的上转换纳米材发光料。

本发明的技术方案是改变配体的碳链长度、配位官能团的种类和数量，通过减少配体通过伸缩振动引起的激活离子的非辐射跃迁，提高上转换发光纳米材料的发光效率。

一种高强度稀土掺杂上转换发光纳米材料，所述材料是配体L通过配位化学键与稀土掺杂上转换发光纳米材料的稀土离子结合形成的纳米材料，所述稀土掺杂上转换发光纳米材料具有如下结构：

MNF_y:Yb³⁺,Re

其中，M选自Na⁺、Li⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺和Ba²⁺中的一种；N为Y³⁺、Gd³⁺或Lu³⁺；y为4或5；Re为Er³⁺、Ho³⁺或Tm³⁺；

所述配体L为以C1～C18碳链为骨架的有机化合物，所述有机化合物含有1～6个取代基，所述取代基选自羧基、羟基和氨基中的至少一种。

本发明所述MNF_y:Yb³⁺,Re化合物指MNF_y型化合物N位掺杂Yb³⁺和Re离子的化合物，当M位离子为一价离子时y为4，二价离子时y为5。此类化合物中M、N、Re离子的选择、Yb³⁺和Re离子的掺杂量的确定为本领域技术的现有技术，本领域熟练技术人员可以通过对发光材料发光强度等的要求确定。

本发明优选所述MNF_y:Yb³⁺,Re化合物为NaYF₄:Yb,Er、NaYF₄:Yb,Tm、NaYF₄:Yb,Ho、LiYF₄:Yb,Er、KYF₄:Yb,Er、MgYF₅:Yb,Er、CaYF₅:Yb,Er、BaYF₅:Yb,Er、NaGdF₄:Yb,Er、或NaLuF₄:Yb,Er，进一步优选为NaYF₄:Yb,Er、NaYF₄:Yb,Tm或NaGdF₄:Yb,Er。

本发明优选所述MNF_y:Yb³⁺,Re化合物中Yb³⁺与Re的摩尔比为10:1，进一步优选Yb³⁺和Re离子的摩尔掺杂量为20%和2%。