[发明专利]一种高效近红外上转换纳米晶材料及其制备方法

说明书

本发明属于无机发光材料领域。一种高效近红外上转换纳米晶材料及其制备方法，分子式为BaGdF₅:Na/Yb/Tm@CaLuF₅:Yb。其制备方法依次包括如下步骤：将三氟乙酸盐、油酸、油胺与十八烯加入到三口烧瓶中，待反应结束后得到BaGdF₅:Na/Yb/Tm核纳米晶；将三氟乙酸盐、油酸、油胺与十八烯加入到三口烧瓶中，除水后加入步骤核纳米晶，待反应结束后得到BaGdF₅:Na/Yb/Tm@CaLuF₅:Yb核壳纳米晶。该方法的优点是制备成本低、产量高，产物的特点是表现出980纳米激发条件下的高效率近红外上转换发射，量子效率可达1.8％。

技术领域

本发明属于无机发光材料领域，尤其是上转换发光纳米晶材料。

背景技术

上转换发光是指通过吸收两个或多个光子，将长波区域的低能量光子转变为短波区域的高能量光子，是一种非线性光学过程。上转换发光纳米材料的激发源通常是近红外激光，在细胞成像过程中，具有穿透深度深，无自发背景荧光、优异的信噪比等特点，可以提高生物成像的灵敏度以及空间分辨率。高上转换发光效率有利于实现低功率激发下的高分辨成像，目前提高上转换发光效率的方法主要有等离子体共振、离子掺杂、包覆有机染料等，然而这些方法均存在不足之处，比如需要严格调整等离子体的共振峰以及等离子体与激活离子的间距，才有可能实现正的荧光增强效应，离子掺杂通常会改变纳米晶的微观结构以及有机染料引起的不稳定性等问题。相比而言，构建核壳结构是一种非常有效的策略，主要由于纳米晶表面存在大量的缺陷，通过壳层能够有效钝化纳米晶表面，从而提高上转换发光效率。然而采用与核相似的壳层，上转换发光效率仍然较低，通常小于0.5％。因此，构建新型的核壳结构，大幅提高上转换发光效率，有利于促进上转换发光纳米材料在生物成像领域的发展。此外，相比可见光，近红外光具有更深的穿透深度，研究近红外光激发的近红外发射上转换纳米晶具有更重要的科学意义与实用前景。

发明内容

本发明公开一种新颖的高效绿光上转换纳米晶材料，具体是先制备金属离子前驱体，通过热分解法制备BaGdF₅:Na/Yb/Tm核纳米晶，采用层层外延生长法制备BaGdF₅:Na/Yb/Tm@CaLuF₅:Yb核壳纳米晶。本发明制备的核壳纳米晶在980纳米激光器激发条件下，产生很强的近红外上转换发光，中心波长约为800nm，量子效率为1.8％。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种高效近红外上转换纳米晶材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将3-8毫摩尔碳酸钙溶于2-4毫升三氟乙酸与5-15毫升去离子水中，在70-90℃条件下搅拌直至粉末全部溶解，然后在60-80℃条件下蒸干，得到三氟乙酸钙前驱体；

(2)将3-8毫摩尔碳酸钠溶于4-6毫升三氟乙酸与5-15毫升去离子水中，在70-90℃条件下搅拌直至粉末全部溶解，然后在60-80℃条件下蒸干，得到三氟乙酸钠前驱体；

(3)将3-8毫摩尔碳酸钡溶于2-4毫升三氟乙酸与5-15毫升去离子水中，在70-90℃条件下搅拌直至粉末全部溶解，然后在60-80℃条件下蒸干，得到三氟乙酸钡前驱体；

(4)将2-5毫摩尔氧化钆溶于4-6毫升三氟乙酸与8-20毫升去离子水中，在70-90℃条件下搅拌直至粉末全部溶解，然后在60-80℃条件下蒸干，得到三氟乙酸钆前驱体；

(5)将2-5毫摩尔氧化镱溶于5-8毫升三氟乙酸与8-20毫升去离子水中，在70-90℃条件下搅拌直至粉末全部溶解，然后在60-80℃条件下蒸干，得到三氟乙酸镱前驱体；

(6)将2-5毫摩尔氧化铥溶于5-8毫升三氟乙酸与8-20毫升去离子水中，在70-90℃条件下搅拌直至粉末全部溶解，然后在60-80℃条件下蒸干，得到三氟乙酸铥前驱体；