一种红色棒状核壳上转换纳米发光材料及其制备方法技术

一种红色棒状核壳上转换纳米发光材料及其制备方法，属于纳米发光材料领域。本发明专利技术是通过溶剂热法，利用稀土盐六水合氯化铒、六水合氯化铥、六水合氯化钇、配体油酸及1

【技术实现步骤摘要】
一种红色棒状核壳上转换纳米发光材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于纳米发光材料领域，具体涉及一种红色棒状核壳上转换纳米发光材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]稀土上转换发光纳米材料，能够吸收两个或两个以上低能量的长波长的近红外光子(780～2526nm)，发射出高能量的短波长的可见或紫外光子，因其独特的光学性质，在照明显示、光伏电池、生物/细胞成像、生物传感以及激光防伪等领域有着广泛的应用。相比于传统的荧光材料，稀土上转换发光纳米材料的荧光具有寿命长、化学稳定性高、光谱可调、生物毒性低、穿透组织能力强和背景荧光噪音小等优点，并且，作为激发源的近红外光，正处于生物组织光穿透窗口(630～1350nm)，不仅有效避免了短波长激发源对生物组织的损伤，而且还可以提高光源的穿透深度。
[0003]由于受掺杂离子浓度淬灭效应的制约，使得多数稀土离子发光中心掺杂浓度较低(<3mol％)，导致上转换材料发光效率或强度很难提高，严重限制了其在各个领域的应用。红色可见光(620～780nm)由于其具有较强的组织穿透能力，被称为“可见光生物窗口”，其在生物成像等领域有很重要的应用前景。为了得到高纯度的红光发射，通常会通过提高Er
3+
的掺杂浓度，将同时Er
3+
作为激活剂和敏化剂，并将Tm
3+
作为能量捕获中心，提高上转换材料的红光发射强度，实现近单色的红光发射。此外，由于上转换发光材料存在大量的表面缺陷，很容易产生因能量向表面缺陷迁移而导致的荧光淬灭。为了消除荧光淬灭，通常会在材料表面包覆一层惰性壳层将活性离子与表面缺陷在空间上隔离，从而抑制激发态能量在表面缺陷上的能量耗损，提高发光效率。
[0004]然而，利用稀土硝酸盐合成棒状上转换发光纳米材料制备工艺复杂、设备要求高，且制备周期长。因此，我们需要结合现有的上转换发光纳米材料技术，设计出一种容易操作、低成本，且制备周期短的红色棒状核壳上转换纳米发光材料制备方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有问题而提供一种红色棒状核壳结构上转换纳米发光材料及其制备方法，通过在上转换纳米材料中高掺杂Er离子(99.5mol％)作为敏化剂和激活剂，掺杂0.5mol％的Tm离子作为能量捕获中心，以及在其表面包覆一层惰性壳层NaYF4，采用油酸(OA)和1
‑
十八烯(ODE)体系的溶剂热法，不仅能在解决上转换发光效率低问题的基础上得到高纯度的红色上转换发光，而且还能提高棒状上转换纳米发光材料的制备效率，降低制备成本。
[0006]本专利技术所述的一种红色棒状核壳上转换纳米发光材料的制备方法，其步骤如下：
[0007]A、核层制备：
[0008](1)将六水合氯化铒和六水合氯化铥溶于去离子水，分别配成浓度为0.5～2mol
·
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‑1和0.1～0.3mol
·
L
‑1的水溶液；称取1mL六水合氯化铒水溶液和0.01mL六水合氯化铥水
溶液混合后加热除水后得到粉红色固体，然后加入10～15mL OA升温反应，使稀土盐溶液完全溶解得到金黄色溶液，再加入15～20mL ODE升温至一定温度后立即停止加热，然后缓慢冷却；
[0009](2)将0.1～0.2g NaOH和0.1～0.2g NH4F固体用8～15mL甲醇溶液超声溶解后加入到步骤(1)所得溶液中，升温反应后再升温除去甲醇，抽真空除去水和杂质气体，然后在氩气气氛中升温反应，反应结束后在氩气保护下缓慢冷却；
[0010](3)向步骤(2)的产物中加入等体积的无水乙醇，轻微震荡，高速离心；将离心所得固体沉淀分散在环己烷中，超声分散，低速离心，去掉反应过程中产生的杂质盐；取上清液加入等体积的无水乙醇，轻微震荡后再次低速离心；将离心所得固体重新分散在环己烷中，超声分散，中速离心后取上清液即得到含有核上转换纳米晶环己烷溶液；
[0011]B、惰性壳层包覆：
[0012](4)将六水合氯化钇溶于去离子水，配成浓度为0.5～2mol
·
L
‑1的水溶液；称取1mL六水合氯化钇水溶液，加热除水后得到白色固体；然后加入10～15mL OA升温反应，使稀土盐溶液完全的溶解得到橙黄色溶液，随后加入15～20mL ODE升温至一定温度后立即停止加热，然后缓慢冷却；
[0013](5)向步骤(4)得到的溶液中加入步骤(3)得到的含有核上转换纳米晶的环己烷溶液，升温反应除去环己烷，然后缓慢冷却；
[0014](6)将0.1～0.2g NaOH和0.1～0.2g NH4F固体用10～15mL甲醇溶液超声溶解后加入步骤(5)的溶液中，升温反应后再升温除去甲醇，抽真空除去水和杂质气体，然后在氩气气氛中升温反应，反应结束后在氩气保护下缓慢冷却；
[0015](7)向步骤(6)的产物中加入等体积的无水乙醇，轻微震荡，高速离心；将离心得到的固体沉淀分散在环己烷中，超声分散，低速离心，去掉反应过程中产生的杂质盐；取上清液加入等体积的无水乙醇，轻微震荡后再次低速离心；将离心得到的固体沉淀重新分散在环己烷中，超声分散，中速离心后取上清液即得到含有红色棒状核壳上转换纳米发光材料的环己烷溶液。
[0016]优选的，步骤(1)、步骤(4)所述的加热除水温度为80～100℃，加热除水时间为10～20min。
[0017]优选的，步骤(1)、步骤(4)所述的加入OA后的升温反应温度为125～135℃，升温反应时间为30～50min。
[0018]优选的，步骤(1)、步骤(4)所述的加入ODE后的升温反应温度为145～160℃。
[0019]优选的，步骤(1)、步骤(4)、步骤(5)所述的冷却温度为25～50℃。
[0020]优选的，步骤(2)、步骤(6)所述的加NaOH和NH4F固体甲醇溶液的方法为迅速一次性加入。
[0021]优选的，步骤(2)、步骤(6)所述的加入甲醇后的升温反应温度为45～55℃，升温反应时间为30～50min。
[0022]优选的，步骤(2)、步骤(6)所述的升温除去甲醇的温度为100～110℃。
[0023]优选的，步骤(2)、步骤(6)所述的在氩气气氛中升温反应的温度为300～310℃，升温反应时间为60～90min。
[0024]优选的，步骤(2)、步骤(6)所述的在氩气保护下的冷却温度为25～50℃。
[0025]优选的，步骤(3)、步骤(7)所述的高速离心条件为10000～12000rpm下离心10～15min。
[0026]优选的，步骤(3)、步骤(7)所述的低速离心的条件为1500～2000rpm下离心5～10min，中速离心的条件为5000～6000rpm下离心5～10min。
[0027]优选的，步骤(3)、步骤(7)所述的轻微震荡的程度为溶液完全混合。
[0028]优选的，步骤(3)、步骤(7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红色棒状核壳上转换纳米发光材料的制备方法，其步骤如下：A、核层制备：(1)将六水合氯化铒和六水合氯化铥溶于去离子水，分别配成浓度为0.5～2mol
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‑1和0.1～0.3mol
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‑1的水溶液；称取1mL六水合氯化铒水溶液和0.01mL六水合氯化铥水溶液混合后加热除水后得到粉红色固体，然后加入10～15mL OA升温反应，使稀土盐溶液完全溶解得到金黄色溶液，再加入15～20mL ODE升温至一定温度后立即停止加热，然后缓慢冷却；(2)将0.1～0.2g NaOH和0.1～0.2g NH4F固体用8～15mL甲醇溶液超声溶解后加入到步骤(1)所得溶液中，升温反应后再升温除去甲醇，抽真空除去水和杂质气体，然后在氩气气氛中升温反应，反应结束后在氩气保护下缓慢冷却；(3)向步骤(2)的产物中加入等体积的无水乙醇，轻微震荡，高速离心；将离心所得固体沉淀分散在环己烷中，超声分散，低速离心，去掉反应过程中产生的杂质盐；取上清液加入等体积的无水乙醇，轻微震荡后再次低速离心；将离心所得固体重新分散在环己烷中，超声分散，中速离心后取上清液即得到含有核上转换纳米晶环己烷溶液；B、惰性壳层包覆：(4)将六水合氯化钇溶于去离子水，配成浓度为0.5～2mol
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‑1的水溶液；称取1mL六水合氯化钇水溶液，加热除水后得到白色固体；然后加入10～15mL OA升温反应，使稀土盐溶液完全的溶解得到橙黄色溶液，随后加入15～20mL ODE升温至一定温度后立即停止加热，然后缓慢冷却；(5)向步骤(4)得到的溶液中加入步骤(3)得到的含有核上转换纳米晶的环己烷溶液，升温反应除去环己烷，然后缓慢冷却；(6)将0.1～0.2g NaOH和0.1～0.2g NH4F固体用10～15mL甲醇溶液超声溶解后加入步骤(5)的溶液中，升温反应后再升温除去甲醇，抽真空除去水和杂质气体，然后在氩气气氛中升温反应，反应结束后在氩气保护下缓慢冷却；(7)向步骤(6)的产物中加入等体积的无水...

【专利技术属性】
技术研发人员：付雁，莫新旺，杨洪雨，
申请(专利权)人：吉林化工学院，
类型：发明
国别省市：