[发明专利]一种锰掺杂氟钪化钠基质NaScF4:Yb3+,Er3+上转换发光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锰掺杂氟钪化钠基质NaScF₄：Yb³⁺，Er³⁺上转换发光材料及其制备方法，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

与传统的有机染料和量子点荧光标记材料相比，稀土上转换荧光纳米材料因其荧光效率高、光稳定性和化学稳定性好、低毒，且光穿透深度深、无生物背景干扰、分辨率高、对生物组织损伤小等优良性能，受到科研人员的广泛关注，在防伪识别、太阳能电池、生物荧光标记、激光器等领域有着广泛的应用前景。

上转换材料通常包括基质、激活剂和敏化剂。上转换发光的基质材料主要有氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物、卤化物等，常用Er³⁺作激活剂，Yb³⁺作敏化剂。其中，NaYF₄：Er³⁺，Yb³⁺是目前所知的近红外-可见上转换发光材料中发光效率最高的材料(Nano let.2004；11：2191-2196)，然而NaYF₄作基质发光材料在发射红光的效率较低。为了提高上转换材料发射红光效率，Hao等人通过在Yb/Er共掺的NaYF₄基质中掺杂Mn²⁺离子，实现了纳米探针的相/尺寸调控、多色调节和增强上转换以及红光发射(Journal of Physical Chemistry C 114.10(2010)：4719-4724.)。目前，有关锰掺杂NaScF₄：Yb³⁺，Er³⁺上转换发光材料和制备方法鲜有报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术氟钪化钠基质材料所发红光强度弱的问题，提出一种锰掺杂氟钪化钠基质NaScF₄：Yb³⁺，Er³⁺上转换发光材料，通过锰掺杂后氟钪化钠基质的晶相由α相转变为β相，发光峰由多色发光转变为单色发光。

本发明的另外一个目的是提出两步法制备锰掺杂氟钪化钠基质NaScF₄：Yb³⁺，Er³⁺上转换发光材料，其工艺简单，反应易于控制，成本低。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种锰掺杂氟钪化钠基质NaScF₄：Yb³⁺，Er³⁺上转换发光材料，其化学表达式为：NaSc_(1-x-y-z)Mn_xYb_yEr_zF₄，其中0＜x≤0.24，y＝0.18，z＝0.02，所述x为锰掺杂的摩尔浓度，y为镱的摩尔浓度，z为铒的摩尔浓度，1-x-y-z为钪的摩尔浓度；所述的上转换发光材料为六方相纳米球，晶粒尺寸为80～100nm。

所述的锰掺杂氟钪化钠基质NaScF₄：Yb³⁺，Er³⁺上转换发光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将稀土氧化物氧化钪、氧化镱、氧化铒、氧化锰和氢氧化钠分别溶解于三氟乙酸中，形成相应的三氟乙酸盐溶液；

2)按化学计量比例量取步骤1)中所得的三氟乙酸钪、三氟乙酸镱、三氟乙酸铒、三氟乙酸锰和三氟乙酸钠溶液混合，搅拌均匀后干燥得到混合的三氟乙酸盐固体粉末；

3)将步骤2)得到的三氟乙酸盐固体粉末分散于油胺(OA)和十八烯(ODE)混合溶剂中，充分搅拌得到乳浊液；

4)将步骤3)所得到的乳浊液抽真空，然后第一次升温下通入快流氩气，保温一段时间后继续第二次升温，达到一定温度后再减小至慢流氩气，最后把乳浊液加热以一定的升温速率使溶液继续第三次升温，达到一定温度后在密闭状态下保温；

5)将步骤4)所得到的反应产物冷却到室温，离心分离，所得到沉淀经溶剂分散洗涤多次，真空干燥，得到锰掺杂氟钪化钠基质NaScF₄：Yb³⁺，Er³⁺纳米晶粉末。

按上述方案，步骤1)中氧化钪、氧化镱、氧化铒、氧化锰、氢氧化钠与三氟乙酸的摩尔比例分别为1∶3、1∶3、1∶3、1∶2、1∶1。

按上述方案，步骤2)中，三氟乙酸钠摩尔数为三氟乙酸钪、三氟乙酸镱、三氟乙酸铒和三氟乙酸锰的总摩尔数。