[发明专利]一种稀土掺杂上转换纳米粒子的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机材料可控制备技术领域，具体涉及一种水热法可控合成稀土掺杂上转换纳米粒子的制备方法。

背景技术

上转换发光纳米材料是一种特殊的光致发光材料，可以吸收低光子能量的长波辐射，然后辐射出高光子能量的短波幅射，这种材料的上转换现象是反Stokes效应。上转换材料主要是掺杂稀土元素的固体化合物，利用稀土元素的亚稳态能级特性，可以吸收多个低能量的长波辐射，经多光子加和后发出高能的短波辐射,从而可使人眼看不见的红外光变为可见光。由于上转换材料具有特殊的荧光性质，所以当上转换纳米材料应用到生物标记领域时，呈现出了许多优点，例如窄带发射，较深的光穿透深度和空间分辨率，对生物组织无损伤、生物组织不会发光无背景荧光，较好的光稳定性等突出的优点，所有这些优点都预示着它们在生物应用方面有广阔的前景。

1959年，M.R.Brown等将稀土离子上转换机制成功地应用于红外探测器，引起了科学家的广泛关注，掀起了对上转换发光广泛而深入的研究。90年代初，国际上把频率上转换的研究重点从上转换机理的研究转向上转换的应用研究上，因此上转换材料迎来了它的第二次发展高峰。直到本世纪初，随着纳米科技的迅猛发展，上转换发光纳米材料开始在生物分析和医学成像领域得到重视，成为多学科结合的光化学、生物学、材料科学的发展前沿。

纳米晶体工程中，由于纳米晶体在基础研究和商业相关性中的重要作用，设计和制造具有所需尺寸，形状，表面性质和组成的纳米晶体引起越来越大的兴趣。水热反应虽然条件温和，操作简便，但是通常制得的纳米粒子形貌不均一，粒径较大，限制材料在生物方面的深入应用。据此，本发明提供了一种水热法可控合成稀土掺杂上转换纳米粒子的制备方法，旨在制备得到形貌均一，粒径较小，分散均匀的上转换纳米粒子，这对最终实现纳米材料在生物成像和传感器中的运用具有重要的指导意义。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了利用水热法可控合成稀土掺杂的上转换发光纳米粒子的制备方法及其应用。该方法不仅条件温和，操作简便，绿色环保，制备成本低廉，而且制得的纳米材料粒径维持在纳米级别，使其具有良好的生物相容性，同时调控掺杂的稀土元素的配比，得到的产物具有很强的荧光性能，因此，该方法制得的纳米材料可进一步应用于生物成像。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种稀土掺杂上转换纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：

1)将NaOH分散于超纯水中，加入油酸、油胺，搅拌均匀；

2)在步骤1)所得的溶液中依次滴加无水乙醇、NaF溶液，搅拌均匀，得白色乳液状混合物；

3)在搅拌条件下依次滴加YCl₃溶液、YbCl₃溶液、TmCl₃溶液，滴加完后继续在室温下搅拌20-60min，使反应物混合均匀；

4)将步骤3)所得混合物倒入反应釜中，将反应釜升温至180-220℃，在180-220℃下反应8-14小时后，冷却至室温，依次用环己烷、无水乙醇洗涤，离心，干燥，得到具有上转换发光特性的六方相稀土掺杂上转换纳米粒子；

所述制备方法中，NaOH、油酸、油胺、NaF、(YCl₃+YbCl₃+TmCl₃)摩尔比为：10-90:50-110:0-30:15-30:1-20。

进一步的，所述步骤4)中的反应时间为8-12h。

进一步的，所述YCl₃溶液、YbCl₃溶液和TmCl₃溶液的浓度依次为：0.5mol/L、0.5mol/L和0.01mol/L。

进一步的，所述NaOH、油酸、油胺、NaF、(YCl₃+YbCl₃+TmCl₃)摩尔比为：50-75:70-80:10-20:20-30:1-15。

更进一步的，NaOH、油酸、油胺、NaF、(YCl₃+YbCl₃+TmCl₃)的摩尔比为75:75:15:22:10。

更进一步的，所述YCl₃、YbCl₃和TmCl₃的摩尔比为：70-80:20-30:0.1-1。