[发明专利]一种单分散上转换发光的微纳米晶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳米材料技术领域，具体涉及一种单分散上转换发光的微纳米晶及其制备方法。

背景技术

上转换发光材料是稀土发光材料中重要的分支，它能够吸收较低能量的光子通过多光子转换机制辐射出高能量的光子，基于如此特殊的光致发光特性，使得其在激光、显示、防伪、生物标识、太阳能电池等领域有着广阔的应用前景。β-NaYF₄具有低的声子能量、低的非辐射衰减率和较好的化学稳定性，是目前公认的具有最高效率的上转换发光基质。微纳米材料由于其小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等赋予了其一系列优异的物理化学特性。微纳米尺寸的单分散β-NaYF₄有望展现更加优异的性能，并有望开辟新的应用领域。由于NaYF₄具有立方和六方两种晶相。常温下以立方相（α相）较为稳定，六方相（β相）属高温稳定相。而由于结构差异，β-NaYF₄上转换发光效率比α-NaYF₄高数个数量级。然而β-NaYF₄的制备往往需要相对高的温度或者苛刻的工艺条件（无水无氧环境，高沸点溶剂）。如中国专利201110272491.1采用溶剂热制备方法，在200℃/24h条件下制备出NaYF₄：Yb/Er纳米晶颗粒。中国专利201110201553.X公布了一种蓝光红外上转化发光材料的制备方法，首先将氟化物溶液加入到稀土硝酸盐的的混合溶液中，过滤、干燥后与助溶剂混合，然后在还原气氛下，500～800℃焙烧0.5～5h，获得目标产品。现有的制备微纳米级β-NaYF₄方法大多侧重于前驱体热解法、水热/溶剂热法、微乳液法、微波法等等。但上述制备工艺多存在高能耗、低产率、高污染，产品表面污染等诸多弊端；另外，其产物制备过程多存在α→β相转变过程，导致产物中多存在两相共存的现象。因而，如何绿色制备单分散微纳米级β-NaYF₄是稀土发光材料制备中的难点。基于以上研究现状，单分散β-NaYF₄微纳米晶的绿色制备对基础科研及工业应用有着重要的现实意义。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种单分散上转换发光的微纳米晶及其制备方法，本发明所得产物的形貌、尺寸均一可控，可在纳米到微米的宽范围内调节，颗粒间分散性好；制备工艺简单、无需特殊设备、成本低且绿色环保。

本发明提供一种单分散上转换发光的微纳米晶，其化学式为：β-NaY_1-x-yYb_xRe_yF₄，其中，0.05≤x≤0.3，0.001≤y≤0.1，Re为Er或Tm；

所述的单分散上转换发光的微纳米晶形貌为六棱柱或捆状六棱柱，长度为0.06μm～2μm，直径为40nm～1200nm。

优选的是，所述化学式为：β-NaY_1-x-yYb_xRe_yF₄，其中，0.1≤x≤0.2，0.01≤y≤0.05。

本发明还提供一种单分散上转换发光的微纳米晶的制备方法，包括以下步骤：

（1）按照化学式β-NaY_1-x-yYb_xRe_yF₄的化学计量比量取稀土Y、Yb和Re的盐溶液混合，得到混合溶液；

（2）用碱性溶液调节步骤（1）所述混合溶液的pH至7～10，搅拌5～30min，升温至30℃～100℃，加入氟化物溶液，搅拌2～12h，得到单分散上转换发光的微纳米晶。

优选的是，所述的稀土Y、Yb和Re的盐溶液为稀土Y、Yb和Re的硝酸盐溶液或盐酸盐溶液。

优选的是，所述碱性溶液为氨水、正丙胺、正丁胺、水合肼或氢氧化钠溶液。

优选的是，所述的氟化物溶液为NaF或NaF与NH₄F、NH₄HF₂中的至少一种组成的混合物。

优选的是，所述氟化物溶液中氟的物质的量为稀土Y、Yb和Re的物质的量总和的2.5～4倍。

本发明的有益效果：

1、本发明所得产物的形貌为六棱柱或捆状六棱柱，尺寸均一，可在纳米到微米的宽范围内通过改变反应参数有选择性调节，颗粒间分散性好。