[发明专利]一种Mg2+掺杂NaREF4上转换荧光材料及其制备方法

说明书

本发明属于发光材料技术领域，具体涉及一种Mg²⁺掺杂NaREF₄上转换荧光材料及其制备方法。所述上转换荧光材料表达式为NaREF₄:x％Mg²⁺，其中RE是由稀土敏化离子Yb³⁺、激活离子(Er³⁺、Tm³⁺、或Ho³⁺)和基质离子(Gd³⁺、Y³⁺、Lu³⁺、或La³⁺)组成，稀土敏化离子Yb³⁺、激活离子和基质离子的物质的量比为20：2：78×(1‑x％)，x的取值为0～100。本发明制备得到的NaREF4:x％Mg²⁺上转换荧光材料具有高度分散、大小均一，发光强度高的特性，在固体激光器、太阳能电池、红外辐射探测和生物医学成像等领域具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于发光材料技术领域，具体涉及一种Mg²⁺掺杂NaREF₄上转换荧光材料及其制备方法。

背景技术

光致发光材料中，先吸收长波然后辐射出短波辐射的材料称为上转换材料。迄今为止，上转换材料主要是掺稀土元素的固体化合物，该化合物是利用镧系离子(Ln³⁺)能级间跃迁将近红外光转化为可见光或紫外光，从而实现上转换。上转换材料主要运用领域有全固态紧凑型激光器件、上转换荧光粉、三维立体显示、太阳能电池、光催化、生物医学等，其在生物医学方面的运用极具潜力，如DNA和生物分子的检测、标记细胞和组织以及光热治疗等，具有传统荧光材料(有机染料，量子点，碳纳米管，介孔氧化硅等)无法比拟的优势，主要表现在对组织损伤小、低的细胞毒性、弱的自荧光性、高的化学稳定性、低的光漂白、尖锐而窄的发射峰、大的斯托克斯位移、长的激发态寿命以及光稳定性好等方面。由于稀土掺杂上转换材料具有的优势和广泛的运用，已使其成为近年来广泛研究的热点。

尽管上转换材料具有极好的物理化学特性，但目前仍不能很好地运用于生物医学方面，主要问题在于发光效率低以及合成尺度大，即使目前公认的发光效率最高的氟化钇钠上转换材料β-NaYF₄:Yb³⁺，Er³⁺纳米晶的发光量子产率不足1％(Chem.Soc.Rev.2012,41,1323-1349； Nano Lett.2014,14,3634-3639；Adv.Mater.2015,27,5528–5533)。如何得到高发光效率以及小尺度(<10nm)(Nat.Nanotechnol.2010,5(1),42–47)的上转换纳米晶对于合成来说是一种挑战。为了克服这个问题，实现小粒径下的高发光强度，在合成过程中掺杂杂质离子被证明是一种有效的方法(Adv.Mater.2013,25,3758–3779)。通过离子掺杂法调节晶体场的对称性，或者诱导基质的物相由立方相向六方相转变，从而改善上转换发射效率。例如，张课题组(Appl. Phys.Lett.2008,92；J.Phys.Chem.C 2008,112,12030-12036.)证明Li⁺掺杂对Y₂O₃:Yb,Er上转换发光有重要增强作用，Cai(Nanoscale 2012,4,77-784)等通过Li⁺掺杂NaGdF₄分别获得了47和23倍的绿、红光增强。Nann和Wang(ACS Nano2009,3,3804-3808)报道Li⁺掺杂 NaYF₄基质使Er³⁺的发光强度增加了30倍。再如，Wang等和Chen等(Nature 2010,463,1061； Chem.Commun.2011,47,5801)报道Gd³⁺或者Ti⁴⁺掺入NaYF₄基质中，促使其由立方相向六方相转变，极大的增强了荧光。另外，有的离子掺入不仅可以促进基质相变、晶体形貌改变、增强荧光，还能改变其颜色，如Mn²⁺掺入NaYF₄:Yb,Er中极大地增强了红光/绿光比例，合理控制Mn²⁺掺杂浓度，可以控制颜色从绿光到红光的输出(Adv.Mater.2012,24,1226)。掺杂还能减少晶体的尺寸，促进其生物应用。