上转换发光有机玻璃复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了上转换发光有机玻璃复合材料及其制备方法和应用。该上转换发光有机玻璃复合材料包括硅烷偶联剂改性的稀土掺杂上转换发光纳米材料和有机玻璃，其中，所述硅烷偶联剂为非氨基类的硅烷偶联剂。该复合材料不仅透明度高，发光强度稳定且均匀，而且制备工艺简单，加工成本较低，使用过程绿色环保，应用场景广泛。景广泛。景广泛。

【技术实现步骤摘要】
上转换发光有机玻璃复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于复合材料
，具体而言，涉及上转换发光有机玻璃复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]上转换发光材料是一种通过镧系元素掺杂将近红外激发光转化为可见光发射的发光材料。与有机荧光团和半导体纳米晶体相比，上转换发光材料具有较高的光化学稳定性、尖锐的发射带宽和大的抗斯托克斯位移，在固态激光、三维显示、防伪应用、太阳能电池、生物医药等方面具有巨大的应用潜力。长期以来，对于光子上转换的研究主要集中在f离子(镧系元素)或d离子(过渡金属)掺杂的大块晶体材料或玻璃上，直到NaYF4纳米晶体的成功合成，稀土掺杂上转换发光纳米材料(即NaYF4：Ln
3+
，其中Ln包括Yb、Er、Tm中的至少之一)成为最高效的上转换发光材料之一。然而在使用时，稀土掺杂上转换发光纳米材料通常需分散在环己烷、氯仿等低沸点溶剂，而溶剂易挥发且腐蚀性强、毒性大，大大限制了稀土掺杂上转换发光纳米材料的商业化应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术主要是基于以下问题和发现提出的：
[0004]有机玻璃是指由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的高分子化合物，通常用来制作仪表护罩、外壳、光学元件、透镜等，其透明度比无机玻璃还高，透光率可以达到92％，并且密度只有无机玻璃的一半。将稀土掺杂上转换发光纳米材料与有机玻璃复合，可以极大扩展稀土掺杂上转换发光纳米材料的应用领域。然而，由于稀土掺杂上转换发光纳米材料与有机玻璃相容性极差，稀土掺杂上转换发光纳米材料在有机玻璃中难以分散均匀且易沉降，简单的机械搅拌也不能解决纳米颗粒团聚的问题，同时容易产生大量气泡，导致稀土掺杂上转换发光纳米材料和有机玻璃混合后的透明度极大下降，使其应用受到限制。
[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出上转换发光有机玻璃复合材料及其制备方法和应用。该复合材料不仅透明度高，发光强度稳定且均匀，而且制备工艺简单，加工成本较低，使用过程绿色环保，应用场景广泛。
[0006]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种上转换发光有机玻璃复合材料。根据本专利技术的实施例，该复合材料包括硅烷偶联剂改性的稀土掺杂上转换发光纳米材料和有机玻璃，其中，所述硅烷偶联剂为非氨基类的硅烷偶联剂。
[0007]根据本专利技术上述实施例的上转换发光有机玻璃复合材料，采用非氨基类的硅烷偶联剂改性的稀土掺杂上转换发光纳米材料与有机玻璃复合，在使用时无需借助有机溶剂便可实现对稀土掺杂上转换发光纳米材料分散，不仅使用过程方便环保，而且还可以极大扩展稀土掺杂上转换发光纳米材料的应用领域；另外，由于稀土掺杂上转换发光纳米材料在制备过程中通常会在其表面引入羟基、羧基或氧化物等基团，采用非氨基类的硅烷偶联剂
对稀土掺杂上转换发光纳米材料进行改性，可以使其表面携带与有机玻璃具有较好相容性的有机官能团，从而可以提高稀土掺杂上转换发光纳米材料在有机玻璃中的相容性和分散性，减少稀土掺杂上转换发光纳米材料的沉降或团聚，有利于增强该复合材料的透明度、发光均匀性和稳定性。
[0008]另外，根据本专利技术上述实施例的上转换发光有机玻璃复合材料还可以具有如下附加的技术特征：
[0009]在本专利技术的一些实施例中，所述稀土掺杂上转换发光纳米材料包括NaYF4：Ln
3+
，Ln包括Yb、Er、Tm中的至少之一。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，所述稀土掺杂上转换发光纳米材料表面含有羧基和/或羟基。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述稀土掺杂上转换发光纳米材料的尺寸为20nm
‑
50nm。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述有机玻璃包括聚甲基丙烯酸甲酯。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述稀土掺杂上转换发光纳米材料与所述聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为(1～5)：10。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述稀土掺杂上转换发光纳米材料通过溶剂热法制备得到。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述硅烷偶联剂为非氨基硅烷偶联剂。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述硅烷偶联剂包括γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的至少之一。
[0017]在本专利技术的再一个方面，本专利技术提出了一种制备上述上转换发光有机玻璃复合材料的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)采用非氨基类的硅烷偶联剂对稀土掺杂上转换发光纳米材料进行改性；(2)使改性后的稀土掺杂上转换发光纳米材料和甲基丙烯酸甲酯混合反应得到上转换发光有机玻璃复合材料。与现有技术相比，该方法不仅设备简单，操作方便，生产成本较低，而且制备得到的上转换发光有机玻璃复合材料透明度高，发光强度均匀稳定，应用范围广泛，使用过程环保。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)包括：(1
‑
1)将所述稀土掺杂上转换发光纳米材料分散于第一溶剂中，以便得到第一分散液；(1
‑
2)对所述硅烷偶联剂和所述第一分散液进行混合处理，以便得到第二分散液；(1
‑
3)对所述第二分散液进行固液分离处理，以便得到所述改性后的稀土掺杂上转换发光纳米材料。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，以所述稀土掺杂上转换发光纳米材料的物质的量为基准，所述硅烷偶联剂的占比为1mol％
‑
5mol％。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，步骤(1
‑
1)中，所述第一分散液的固含量为0.1mmol/mL
‑
0.5mmol/mL。
[0021]在本专利技术的一些实施例中，所述第一溶剂包括乙醇、甲醇、丙酮中的至少之一。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，所述第一分散液的pH值为4
‑
5。
[0023]在本专利技术的一些实施例中，步骤(1
‑
2)中，所述混合处理的温度为25℃
‑
60℃、时间为4h
‑
6h。
[0024]在本专利技术的一些实施例中，步骤(1
‑
3)中，所述固液分离处理包括依次进行的离心和洗涤。
[0025]在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，将所述改性后的稀土掺杂上转换发光纳米材料分散于第二溶剂中，再与所述甲基丙烯酸甲酯和引发剂混合进行所述反应。
[0026]在本专利技术的一些实施例中，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过氧化碳酸二异丙酯中的至少之一。
[0027]在本专利技术的一些实施例中，以所述甲基丙烯酸甲酯的质量为基准，所述引发剂的占比为0.05wt％
‑
0.2wt％。
[0028]在本专利技术的一些实施例中，所述第二溶剂包括聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇单油酸酯、曲拉通X<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种上转换发光有机玻璃复合材料，其特征在于，包括硅烷偶联剂改性的稀土掺杂上转换发光纳米材料和有机玻璃，其中，所述硅烷偶联剂为非氨基类的硅烷偶联剂。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述稀土掺杂上转换发光纳米材料包括NaYF4：Ln
3+
，Ln包括Yb、Er、Tm中的至少之一；任选地，所述稀土掺杂上转换发光纳米材料表面含有羧基和/或羟基；任选地，所述稀土掺杂上转换发光纳米材料的尺寸为20～50nm；任选地，所述有机玻璃包括聚甲基丙烯酸甲酯。3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述稀土掺杂上转换发光纳米材料与所述聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为(1～5)：10。4.根据权利要求1或3所述的复合材料，其特征在于，所述稀土掺杂上转换发光纳米材料通过溶剂热法制备得到；任选地，所述硅烷偶联剂包括γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的至少之一。5.一种制备权利要求1～4中任一项所述的上转换发光有机玻璃复合材料的方法，其特征在于，包括：(1)采用非氨基类的硅烷偶联剂对稀土掺杂上转换发光纳米材料进行改性；(2)使改性后的稀土掺杂上转换发光纳米材料和甲基丙烯酸甲酯混合反应得到上转换发光有机玻璃复合材料。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(1)包括：(1
‑
1)将所述稀土掺杂上转换发光纳米材料分散于第一溶剂中，以便得到第一分散液；(1
‑
2)对所述硅烷偶联剂和所述第一分散液进行混合处理，以便得到第二分散液；(1
‑
3)对所述第二分散液进行固液分离处理，以便得...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮亮，王海倩，韩东成，
申请(专利权)人：安徽省东超科技有限公司，
类型：发明
国别省市：