[发明专利]一种上转换强红光发射TiO2

说明书

本发明公开了上转换强红光发射TiO₂纳米材料的制备方法与应用，采用钛酸四丁酯为原料，无水乙醇作为溶剂，乙酰丙酮作为稳定剂，浓硝酸作为催化剂制备TiO₂溶胶；使用Yb³⁺和Er³⁺作为掺杂离子，通过对TiO₂溶胶进行低温烘干和高温退火制备上转换红光TiO₂纳米颗粒；以600‑800℃度退火处理Yb³⁺/Er³⁺掺杂TiO₂纳米材料在980nm激光器激发下的上转换荧光具有大的红绿强度比I_red/I_green，其值6.5以上。

一、技术领域

本发明涉及上转换纳米材料及其制备方法，具体涉及到一种强红光发射Yb³⁺/Er³⁺共掺杂TiO₂纳米颗粒的制备方法。

二、背景技术

上转换过程一种非线性光学过程，是通过多光子机制将长波辐射(红外光)转换成短波辐射(可见光或者紫外光)的过程。上转换荧光材料具有独特的光学特性，其在三维显示、全固态激光器、太阳能电池、防伪标识、生物医学等领域有着广泛的应用价值。随着纳米技术的发展，上转换纳米材料作为生物荧光标签应用于生物成像具有抗光漂白、无闪烁和对生物样本损伤小等优点。上转换纳米材料一般采用红外光来激发，红外光对生物组织具有较强的穿透力，这有利于深层细胞组织的成像。600-1000nm(红光到近红外)波段的光被称之为“生物光学窗口”，生物组织对该波段的光呈现出低吸收和高分散的特点。具有“生物光学窗口”波段荧光发射的上转换纳米材料，尤其是具有红光 (600-700nm)发射的上转换纳米材料可以更好的应用于的生物组织成像。目前已经有一些方法可以制备具有较高亮度的稀土掺杂上转换纳米材料，然而一般情况下为了获得高亮度通常需要提供较高的激发光功率，这有可能在生物应用领域中破坏生物组织。因此如何获得在低激发功率条件下具有较强红光发射的上转换纳米材料仍然是一项挑战。

在众多的上转换基质材料中，氟化物具有较低的声子能量(350cm^-1)，其中六角相NaYF₄被认为是最优越的上转换材料之一。然而，氟化物纳米材料是具有弱毒性的，其应用于生物领域需要对其进行表面修饰处理。此外，目前关于β-NaYF₄：Yb/Er的报道大多是具有非常强的绿光发射(547nm波段)，而在“生物光学窗口”的红光发射(658nm 波段)却很弱。相较而言，稀土掺杂氧化物表现出较高的化学稳定性和热稳定性，其中 TiO₂纳米材料更是具有对人体无毒、较低的声子能量、光学性能好、价格低廉等优点，有望成为一种优越的上转换纳米基质材料。目前关于稀土掺杂TiO₂上转换材料的报道大多具有较强的绿光发射(547nm波段)，整体表现为绿光、黄光或橙光，然而对于具有较强红光发射的稀土掺杂TiO₂纳米材料未见报道。因此，成功制备出具有强红光发射的 TiO₂纳米材料，对应用于生物成像等领域是十分有意义的。

三、发明内容

鉴于此，本发明所要解决的问题在于提供一种具有上转换强红光发射TiO₂纳米材料的制备方法，由该方法制备得到的TiO₂纳米材料相对于其他波段的可见光具有较强的红光上转换发射。

本发明提供一种具有上转换强红光发射TiO₂纳米材料的制备方法，其基本特点是首先采用钛酸四丁酯为主要原料，无水乙醇作为溶剂，乙酰丙酮作为稳定剂，浓硝酸作为催化剂配置TiO₂溶胶，其中钛酸四丁酯、无水乙醇、乙酰丙酮和去离子水总的摩尔比为 1:15:1.2:2.5。通过对Yb³⁺/Er³⁺掺杂TiO₂溶胶进行低温烘干和高温退火处理获得具有较强红光发射的TiO₂纳米材料。本发明一种上转换强红光发射TiO₂纳米材料的制备方法，其具体包括以下步骤：