本发明专利技术涉及一种利用微波辅助合成单分散稀土掺杂上转换荧光纳米晶的方法及其产物和应用。具体地，所述纳米晶材料具有式I所示组成，其中，X1和X2为掺杂的稀土元素，分别独立地选自下组：Yb、Er、Tm、Ho、Eu、Gd、Dy、或其组合；a＝0.1‑0.3，且b＝0.01‑0.05；并且所述纳米晶材料的粒径为8‑16nm。本发明专利技术还公开了所述纳米晶材料的制备方法和应用。由于采用特定的微波辅助合成方法，使得所得纳米晶材料兼具粒径小、单分散性高和荧光强度高的特点，从而可极大地促进上转换材料的推广应用。NaY1-a-bF4X1aX2b I。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料领域，具体地涉及一种利用微波辅助合成单分散稀土掺杂上转换荧光纳米晶的方法及其产物和应用。
技术介绍
光致上转换发光荧光材料是通过稀土离子掺杂特定基质材料实现的。稀土离子掺杂上转换荧光纳米材料由于具有激发光能量低、发射光谱窄、Stokes位移大、发光强度高、化学稳定性好以及低毒性等优异特性而受到广泛关注，在生物标记荧光成像分析、医学临床检测和显示技术方面具有非常好的应用前景。目前，稀土掺杂上转换纳米材料的合成方法主要有水热法、高温有机溶剂热法、溶胶凝胶法和络合沉淀法等。但是，现有合成方法均不同程度地存在反应时间长、效率低、荧光强度弱、产物粒径不均一和反应条件苛刻等缺点，其中，产物粒径不均一、荧光强度弱成为该材料在生物标记和成像分析中的限制因素。微波加热属于体相加热，其直接作用于参与反应的极性分子和离子或溶剂，由于加热均匀、快速，可有效避免传统加热中的温度不均匀；同时由于其加热快速可控，故可有效将结晶与生长过程严格分开，从而得到高单分散性的纳米颗粒，所得产物具有高度均一性。微波加热反应具有速度快、时间短且在密闭体系中进行的特点，是一种非常环保、高效的制备纳米晶材料的方法，并且其可根据反应体系中分子的极性不同，相应选择性加热反应分子以控制不同反应体系的进行。基于此，本专利技术提供了一种微波法合成具有高单分散性、小粒径、强荧光的稀土掺杂NaYF4纳米材料及其应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种微波法合成具有高单分散性、小粒径、强荧光的稀土掺杂NaYF4纳米材料及其应用。本专利技术的第一方面，提供了一种稀土掺杂的NaYF4纳米晶材料，所述纳米晶材料具有式I所示组成：NaY1-a-bF4X1aX2b I其中，X1和X2为掺杂的稀土元素，分别独立地选自下组：Yb、Er、Tm、Ho、Eu、Gd、Dy、或其组合；a＝0.1-0.3，且b＝0.01-0.05；并且所述纳米晶材料的粒径为8-16nm。在另一优选例中，X1为Yb；和/或X2选自下组：Er、Tm、Ho、Eu、Gd、Dy、或其组合。在另一优选例中，a＝0.13-0.25，较佳地0.15-0.23。在另一优选例中，b＝0.01-0.03。在另一优选例中，所述纳米晶材料的粒径为9-15.6nm。在另一优选例中，所述纳米晶材料的粒径为10-15.6nm，较佳地10.5-15.6nm。在另一优选例中，所述纳米晶材料的粒径为10-12nm，较佳地10.4-11.4nm。在另一优选例中，所述纳米晶材料的粒径为13-16nm，较佳地13.5-15.7nm。在另一优选例中，所述纳米晶材料粒径均一。在另一优选例中，所述“粒径均一”是指：所述纳米晶材料中任一颗粒的粒径与所述纳米晶材料的平均粒径的比值为0.7-1.3，较佳地0.8-1.2，更佳地0.9-1.1。在另一优选例中，所述纳米晶材料具有α-NaYF4立方晶系结构。在另一优选例中，所述纳米晶材料具有选自下组的一个或多个特征：1)所述纳米晶材料在激发波长为850-1200nm(较佳地950-985nm)的波长激发下具有上转换荧光发射；2)所述纳米晶材料除具有典型的上转换荧光特性外，在紫外光(≤420nm)激发下具有斯托克斯荧光发射，和电子束激发下具有阴极射线荧光发射。在本专利技术中第二方面，提供了一种本专利技术第一方面所述纳米晶材料的制备方法，包括如下步骤：1)提供第一混合溶液，所述第一混合溶液包含溶剂和溶于其中的钠盐、钇盐和稀土元素的盐；2)对所述第一混合溶液循环进行抽真空、充保护气体操作，得到第二混合溶液；3)密封所述第二混合溶液，微波加热处理，得到第三混合溶液；4)任选地对装载所述第三混合溶液的容器采用高速流动空气进行快速降温至室温；5)在前述步骤所得混合溶液中添加过量的沉淀剂，沉淀所得即为本专利技术第一方面所述纳米晶材料。在另一优选例中，所述溶剂选自下组：油酸、烯烃、或其组合。在另一优选例中，所述溶剂为油酸和烯烃的混合物，优选地所述溶剂中油酸和烯烃的体积比为1-3：3-1。在另一优选例中，所述钠盐选自下组：乙酸盐、卤代乙酸盐、卤化盐、或其组合。在另一优选例中，所述钇盐选自下组：乙酸盐、卤代乙酸盐、卤化盐、或其组合。在另一优选例中，所述稀土元素的盐选自下组：乙酸盐、卤代乙酸盐、卤化盐、或其组合。在另一优选例中，所述卤代乙酸盐优选为三氟乙酸盐。在另一优选例中，形成所述稀土元素的盐的稀土元素选自下组：Yb、Er、Tm、Ho、Eu、Gd、Dy、或其组合。在另一优选例中，在步骤2)之前包括步骤：加热所述第一混合溶液至80-160℃，优选地100-140℃。在另一优选例中，所述第一混合溶液中，所述钠盐、所述钇盐和所述稀土元素的盐的摩尔比为1：1-a-b：a+b，a和b的取值范围如本专利技术第一方面所限定。在另一优选例中，所述第一混合溶液中，所述钠盐的浓度为1-4mg/mL，较佳地2-2.5mg/mL。在另一优选例中，步骤2)所述循环的循环次数为1-5次，较佳地2-3次。在另一优选例中，所述保护气体选自下组：氮气、惰性气体、或其组合。在另一优选例中，步骤2)的目的在于除去所述第一混合溶液中的水和/或氧以及其它低沸点杂质。在另一优选例中，步骤3)所述微波加热处理的处理温度为250-350℃；和/或步骤3)所述微波加热处理的处理时间为0.1-10min；和/或步骤3)所述微波加热处理的处理功率为300-500W。在另一优选例中，步骤3)所述微波加热处理的处理温度为280-330℃。在另一优选例中，步骤3)所述微波加热处理的处理时间为1-6min。在另一优选例中，步骤3)所述微波加热处理的处理功率为350-450W。在另一优选例中，所述沉淀剂选自下组：乙醇、甲醇、正丁醇、己醇、或其组合。在另一优选例中，在步骤5)之后还任选地包括如下循环步骤以制备本专利技术第一方面所述述纳米晶材料：5-1)离心前述步骤所得产物，留沉淀物；5-2)使用所述沉淀剂再次沉淀前述步骤所得沉淀物。在另一优选例中，所述循环的次数为1-5次，优选为2-3次。在本专利技术的第三方面，提供了一种本专利技术第一方面所述纳米晶材料的用途，用于制备选自下组的物质：特异性标记探针、荧光成像造影剂、激光材料、红外探测器件、发光器件、光电器件。在本专利技术的第四方面，提供了一种制品，所述制品包含本专利技术第一方面所述纳米晶材料或由本专利技术第一方面所述纳米晶材料制成。在另一优选例中，所述制品选自下组：特异性标记探针、荧光成像造影剂、激光材料、红外探测器件、发光器件、光电器件。应理解，在本专利技术范围内中，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1为实施例1所得纳米晶NaY0.8F4:Yb3+0.18,Er3+0.02的XRD图谱。图2为实施例1所得纳米晶NaY0.8F4:Yb3+0.18,Er3+0.02的TEM图。图3为实施例1所得纳米晶NaY0.8F4:Yb3+0.18,Er3+0.02在975nm光下激发所得图片。图4为实施例1所得纳米晶NaY0.8F4:Yb3+0.18,Er3+0.02样品在激发波长为975nm下的上转换荧光发射谱。图5为实施例2所得纳米晶NaY0.本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种稀土掺杂的NaYF4纳米晶材料，其特征在于，所述纳米晶材料具有式I所示组成：NaY1‑a‑bF4X1aX2b I其中，X1和X2为掺杂的稀土元素，分别独立地选自下组：Yb、Er、Tm、Ho、Eu、Gd、Dy、或其组合；a＝0.1‑0.3，且b＝0.01‑0.05；并且所述纳米晶材料的粒径为8‑16nm。
【技术特征摘要】
1.一种稀土掺杂的NaYF4纳米晶材料，其特征在于，所述纳米晶材料具有式I所示组成：NaY1-a-bF4X1aX2b I其中，X1和X2为掺杂的稀土元素，分别独立地选自下组：Yb、Er、Tm、Ho、Eu、Gd、Dy、或其组合；a＝0.1-0.3，且b＝0.01-0.05；并且所述纳米晶材料的粒径为8-16nm。2.如权利要求1所述纳米晶材料，其特征在于，X1为Yb；和/或X2选自下组：Er、Tm、Ho、Eu、Gd、Dy、或其组合。3.如权利要求1所述纳米晶材料，其特征在于，所述纳米晶材料的粒径为9-15.6nm。4.如权利要求1所述纳米晶材料，其特征在于，所述纳米晶材料具有α-NaYF4立方晶系结构。5.如权利要求1所述纳米晶材料，其特征在于，所述纳米晶材料具有选自下组的一个或多个特征：1)所述纳米晶材料在激发波长为850-1200nm(较佳地950-985nm)的波长激发下具有上转换荧光发射；2)所述纳米晶材料除具有典型的上转换荧光特性外，在紫外光(≤420nm)激发下具有斯托克斯荧光发射，和在电子束激发下具有阴极射线荧光发射。6.一种权利要求1所述纳米晶材料的制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：王海桥，方俊锋，刘小辉，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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