[发明专利]一种红光大幅增强的上转换纳米材料及其制备方法

说明书

本发明属于发光材料技术领域，具体涉及一种红光大幅增强的上转换纳米材料及其制备方法。该上转换纳米材料的核层以NaErFsubgt;4/subgt;为基质，以Er离子作为激活离子和敏化离子，以Tm离子作为能量俘获中心，有效消除能量迁移到晶格内部缺陷。此外，通过包覆一层NaYbFsubgt;4/subgt;中间层，最大化地吸收从核层中Ersupgt;3+/supgt;辐射出的980nm近红外发射光，并通过包覆一层NaYFsubgt;4/subgt;钝化外层，有效消除能量迁移到表面缺陷，并高效引导能量从NaYbFsubgt;4/subgt;中间层到核层的回传递过程，引发核层中Ersupgt;3+/supgt;:supgt;4/supgt;Isubgt;15/2/subgt;→supgt;4/supgt;Isubgt;11/2/subgt;和supgt;4/supgt;Isubgt;13/2/subgt;→supgt;4/supgt;Fsubgt;9/2/subgt;的能级跃迁，最终获得高强度、高纯度红色上转换发光。该上转换纳米材料制备工艺简单，设备成本低，容易操作，制备周期短，适合大批量生产。

技术领域

本发明属于发光材料技术领域，具体涉及一种红光大幅增强的上转换纳米材料及其制备方法。

背景技术

上转换发光是指通过反斯托克斯过程，将两个或两个以上低能量近红外激发光子转换为高能量的可见或紫外光子。稀土掺杂上转换纳米材料由于在固体激光器、防伪、温度传感器、生物成像以及太阳能电池等领域的潜在应用，已经引起科研工作者的广泛关注。相对于传统的荧光材料，稀土掺杂上转换纳米材料具有化学稳定性高、荧光寿命长和生物毒性低等优点。然而，荧光效率低下大大限制了上转换纳米材料的实际应用。相对于短波长的绿光和蓝光，长波长的红光具有很深的生物组织穿透力，因而被誉为“可见光生物窗口”，其在生物成像等领域具有重要应用前景。Er³⁺基的上转换纳米材料将Er³⁺同时作为激活离子和敏化离子，通常被用于获取高纯度的上转换红光发射。此外，通过掺入Tm³⁺能量俘获中心和包覆钝化层，可以分别有效消除能量迁移到晶格内部缺陷和表面缺陷，提高上转换荧光强度。然而，对于Er³⁺基的上转换纳米材料，除了能量迁移损耗，还有很大一部分能量从Er³⁺发出，以980nm近红外发射光子的形式向外部空间辐射，导致发光效率下降。因此，如何开发出一种能有效利用Er³⁺辐射出的980nm近红外发射光的上转换纳米材料，从而大幅提高红色上转换荧光强度，是当前发光材料技术领域的一大难题。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种红光大幅增强的上转换纳米材料。该上转换纳米材料通过包覆一层NaYF₄:yYb中间层，最大化地吸收从核层中Er³⁺辐射出的980nm近红外发射光，并通过包覆一层NaYF₄钝化外层，有效消除能量迁移到表面缺陷，并高效引导能量从NaYbF₄中间层到核层的回传递过程，从而大幅提高红色上转换发光强度，可解决现有上转换纳米材料发光较弱等问题。

本发明的另一目的在于提供上述红光大幅增强的上转换纳米材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种红光大幅增强的上转换纳米材料，其化学表达式为NaErF₄:xTm@NaYF₄:yYb@NaYF₄，即以NaErF₄:xTm为核层，在其外依次包覆NaYF₄:yYb壳层和NaYF₄钝化层；

所述的x＝Tm/(Tm+Er)摩尔浓度，

所述的y＝Yb/(Yb+Y)摩尔浓度。

优选的，所述的x取值为0.35～0.65％。

更优选的，所述的x取值为0.5％。