[发明专利]具有惰性核壳结构的上转换发光材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有惰性核壳结构的上转换发光材料的制备方法，包括：制备惰性核纳米粒子，所述惰性核纳米粒子为上转换发光材料；在所述惰性核纳米粒子上包覆发光层及敏化层，得到含有惰性核结构的上转换发光材料；以及对所述含有惰性核结构的上转换发光材料惰性壳包覆。本发明还公开了一种具有惰性核壳结构的上转换发光材料。本发明通过引入惰性核，将发光中心离子和敏化剂离子分别压缩到壳层中，从而缩短能量传递的距离而增强上转换的发光。

技术领域

本发明涉及上转换发光材料领域，尤其涉及一种通过引入惰性核壳以增强激发上转换发光的上转换发光材料及其制备方法。

背景技术

稀土掺杂的上转换纳米材料作为新型的荧光材料近些年来引起了人们广泛的关注。因为上转换纳米材料发光具有大的反斯托克斯位移，深的组织穿透深度，和弱的生物自荧光。其应用范围已经涉及到用于显示器，生物传感，生物成像和光动力学治疗等诸多领域。

因此,近些年来,针对近红外上转换发光纳米粒子及其在纳米生物医学领域的应用成为研究的新热点。尽管普遍采用980nm近红外光激发的上转换纳米粒子越来越广泛地用于生物医学等领域。然而,生物组织中的水分子在980nm波长处的吸收系数比在800nm波长处要高一个数量级,水分子吸收980nm光转化成热,当用980nm激发时局部组织会产生很强的过热效应,从而导致局域生物组织的热损伤,同时也降低了近红外光的组织穿透能力。这些问题严重地影响了上转换发光纳米粒子在生物医学中的应用。

最近几年发展起来的Nd³⁺敏化的上转换材料，成功的将激发光的波长移动到水分子吸收弱的808nm附近，降低了生物组织中水分子的吸收产生的热效应。由于敏化剂Nd³⁺离子和发光中心离子之间强烈的猝灭效应会很大降低上转换的发光，这种材料通常将敏化剂Nd³⁺和发光中心离子分区掺杂在壳和核中，而采用核壳结构就会引入敏化剂Nd³⁺和发光中心之间的能量传递的距离。在808nm激发的核壳结构上转换发光过程中，壳层中敏化剂Nd³⁺离子吸收808nm光，通过Nd³⁺离子之间的能量迁移逐步传递到核中Yb³⁺离子，再传递给发光中心离子，实现上转换的发光。壳层的厚度越薄，Nd³⁺之间能量传递距离越近，因而能更有效的传递给核中的发光中心，实现更有效的发光，相反，壳层的厚度越厚，Nd³⁺之间能量迁移需要更多的传递步骤才能传到核中发光中心，耗费的能量也越多，因而越不利于实现上转换发光。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有惰性核壳结构的上转换发光材料及其制备方法，旨在解决现有技术中808nm激发的上转换荧光材料发光效率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种具有惰性核壳结构的上转换发光材料的制备方法，包括步骤：

制备惰性核纳米粒子，所述惰性核纳米粒子为上转换发光材料；

在所述惰性核纳米粒子上包覆发光层及敏化层，得到含有惰性核结构的上转换发光材料；以及

对所述含有惰性核结构的上转换发光材料惰性壳包覆。

本发明提供一种具有惰性核壳结构的上转换发光材料，所述具有惰性核壳结构的上转换发光材料采用所述第一方面提供的方法制备。

通过引入惰性核，将发光中心离子和敏化剂Nd³⁺离子分别压缩到壳层中，从而缩短能量传递的距离而增强上转换的发光。与此同时，我们通过增加惰性核的尺寸，一方面可以降低核壳结构内部的体缺陷，另一方面由于惰性核尺寸的增大，导致壳层变薄，离子之间的距离减小，增加了Nd³⁺离子之间，Nd³⁺和Yb³⁺，Yb³⁺和发光中心之间的能量传递效率，最终增强上转换的发光。

附图说明