[发明专利]一种上转换纳米线及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种上转换纳米线及其制备方法和应用，该方法首次利用共沉淀法，通过调控油酸含量、氟离子含量、反应时间等条件制备得到形状一致、大小均匀的上转换纳米线K₂YF₅:18％Yb/2％Er,且在近红外光激发下有极强的发光。本方法以稀土元素醋酸盐为前体制备上转换材料，可通过调节油酸比例、氟离子浓度及反应时间调控纳米线形貌。该种技术制备的一维纳米线具有高柔韧性，可弯曲而不断裂，延展性和拉伸性好，可应用于柔性光学器件等。

技术领域

本发明涉及发光材料技术领域，具体涉及一种上转换纳米线及其制备方法和应用。

背景技术

上转换材料由于其特有的梯级能级结构，在长波长光源的激发下，可以连续吸收多个长波段光子发射出短波段光子，因此能够将低能量的长波长近红外激发光转换成具有高能量的紫外光或短波长可见光。其中红外光在太阳光中所占比例高，且穿透能力强于紫外光和可见光，可穿透大体积废水和雾霾天气，因此在实际污染治理中有更好的应用前景。

相较于块状结构，一维纳米结构(如纳米线，纳米棒和纳米管)因其形状特异性和量子约束效应表现出独特的性质，例如高发光效率、降低激光阈值以及优异的机械韧性、可弯曲而不断裂、大的比表面积等，在复合材料、纳米光电器件、磁性器件的制造中有良好的应用潜能。如果以一维纳米结构的形式制备稀土氟化物，它们将有望成为高度功能化的材料，同时具有电、磁或光学功能。但目前制备稀土氟化物纳米线的报道却很少，现有的报道中基本通过模板法或水热法合成，繁琐耗时，且得到的一维结构纵横比小(50)，多为纳米棒而非纳米线。因此需要开发简便、高效、低成本的技术来制造大规模、结晶性好、纵横比大的上转换纳米线。

发明内容

本发明提供了一种上转换纳米线的制备方法，利用共沉淀法制备合成形状一致、大小均匀的纳米线，且在近红外光激发下有较强的发光。该设计因一维纳米线弯曲而不断裂，延展性和拉伸性好的特性可使这种材料应用于柔性发光器件。

一种上转换纳米线K₂YF₅:Yb/Er的制备方法，包括以下步骤：

1)将醋酸钇水溶液、醋酸镱水溶液和醋酸铒水溶液加入到含有油酸的双颈烧瓶中，形成混合溶液，然后在油浴锅中搅拌加热,升温至140～170℃(进一步优选150～160℃)，排除所有水分后加入1-十八烯并保持0.9～1.4小时(进一步优选1.1～1.3小时)，随后停止加热并在搅拌下冷却；

2)将KF甲醇溶液与KOH甲醇溶液混匀后迅速加入到步骤1)冷却后的容器中，搅拌下加热至40～60℃(进一步优选48～53℃)并保持0.3～0.7小时(进一步优选0.4～0.6小时)，继续升温到90～120℃(进一步优选100～110℃)后，交叉抽真空和通氮气(使反应瓶中的小分子完全排出)，氮气保护下升温至270～310℃(进一步优选280～300℃)，并保持3.5～6小时(进一步优选3.8～4.2小时)，冷却时继续搅拌及通氮气，多次离心洗涤后，得到产物K₂YF₅:Yb/Er，产物K₂YF₅:Yb/Er溶于4mL环己烷中待用，得到溶有K₂YF₅:Yb/Er的环己烷；

步骤1)中，所述的醋酸钇水溶液中醋酸钇的浓度为0.05～0.5mol/L(进一步优选0.1～0.3mol/L)；所述的醋酸镱水溶液中醋酸镱的浓度为0.05～0.5mol/L(进一步优选0.1～0.3mol/L)；所述的醋酸铒水溶液中醋酸铒的浓度为0.05～0.5mol/L(进一步优选0.1～0.3mol/L)；

所述的醋酸钇水溶液、醋酸镱水溶液、醋酸铒水溶液、油酸、1-十八烯、KF甲醇溶液、KOH甲醇溶液的体积之比为1:0.2～0.3:0.01～0.04:0.3～2.5:6～8:1.5～3:1～2.5，进一步优选为1:0.2～0.25:0.02～0.03:0.8～1.1:7～8:2～2.5:1.6～1.9；