[发明专利]一种高荧光强度的上转换稀土掺杂纳米材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高荧光强度的上转换稀土掺杂纳米材料及其制备方法，其通过高温共沉淀法合成粒径约为21nm掺杂Hfsupgt;4+/supgt;的LiYFsubgt;4/subgt;:Ersupgt;3+/supgt;/Ybsupgt;3+/supgt;@LiYFsubgt;4/subgt;上转换纳米颗粒，Hfsupgt;4+/supgt;掺杂浓度分布在0~4%。通过XRD，TEM等研究了Hfsupgt;4+/supgt;离子掺杂对LiYFsubgt;4/subgt;:Ersupgt;3+/supgt;/Ybsupgt;3+/supgt;@LiYFsubgt;4/subgt;的物相和形貌。掺杂Hfsupgt;4+/supgt;离子能产生晶格畸变，从而改变Ersupgt;3+/supgt;周围环境的晶体场，破环Ersupgt;3+/supgt;的禁戒跃迁，从而增强上转换发光，掺杂Hfsupgt;4+/supgt;能提高红光和绿光上转换发光强度约1.47倍。

技术领域

本发明涉及荧光纳米材料的技术领域，具体涉及一种高荧光强度的稀土掺杂上转换纳米材料及其制备方法。

背景技术

稀土掺杂上转换发光材料可以被长波长的近红外(NIR)光激发放出波长更短的紫外线、可见光，这种独特的光学特性排除了生物材料中的背景荧光和光的散射。并且其毒性低、穿透力强，在生物医学，太阳能电池、温度传感器以及光催化降解等领域具有良好的应用前景。其中，典型的有Yb³⁺-Er³⁺双掺杂体系，在980nm近红外光激发下，Yb³⁺吸收近红外光子能量无辐射传递给邻近的Er³⁺发出强的绿光或者红光。近几十年来，为了增强上转换效率和发光强度，尝试了许多有效的增强策略，例如：合理选择宿主晶格，晶体场效应，掺杂离子种类和浓度，包覆壳层，调节颗粒粒径，染料敏化，表面等离子体共振，构建亚晶格团簇等，其中通过掺杂离子引起晶体场效应是一种简单可行的办法。

稀土氟化物基质材料由于具有低的声子能量备受关注，其中，四方相LiYF₄结构中六边环形亚晶格结构或将有效抑制敏化离子间的能量交叉弛豫, 提高敏化效率。是一种与NaYF₄相媲美的基质材料。Hf元素是元素周期表的72号元素，位于第四副族底部，靠近镧系元素，有特殊的理化性质。

本发明首次通过高温共沉淀法合成掺杂Hf⁴⁺的LiYF₄:Er³⁺/Yb³⁺，并包覆一层惰性壳，通过XRD，TEM研究了物相和形貌的变化，通过测试在980nm激发下的发射光谱探究Hf⁴⁺对Er³⁺谱带的影响。

发明内容

本发明的目的之一在于提供高荧光强度的上转换稀土掺杂纳米材料，通过引入不同摩尔浓度的Hf⁴⁺，引起晶格畸变，通过晶体场效应增强上转换发光强度。

本发明的目的之二在于提供一种高荧光强度的上转换稀土掺杂纳米材料的制备方法，其制备工艺简单。

本发明实现目的之一所采用的方案是：一种高荧光强度的上转换稀土掺杂纳米材料，该纳米材料包含具有低声子能量的四方相LiYF₄主体结构、敏化剂Yb³⁺、激活剂Er³⁺、调节荧光强度的铪离子Hf⁴⁺和惰性壳层LiYF₄。

优选地，该纳米材料的通式为LiY_(0.28-x)F₄：Yb_0.7Er_0.02Hf_x@LiYF₄，其中x为0-0.06，且不为0。

优选地，该纳米材料在波长980nm激光下表现出540nm和655纳米上转换荧光。

优选地，该纳米材料的粒径约为15-30nm。