核壳结构上转换发光材料的制备及发光性能研究

【摘要】：镧系离子掺杂的上转换纳米材料在能源,安全和医疗领域的广泛应用,使其构成了一个新兴的研究领域。在上转换材料的大量研究中发现,上转换纳米材料的发光强度与其晶型、尺寸和结构有紧密的联系。因此,上转换纳米材料的可控合成及结构设计对扩大其应用领域具有重要的现实意义。本文通过改变反应温度,合成了不同尺寸、不同晶相的上转换纳米粒子,通过设计结构,合成了具有核壳结构的上转换纳米粒子。并对上转换纳米的微观结构、晶型及发光性能进行了研究。具体研究内容如下:研究了反应温度对NaGdF_4:Yb~（3+）,Er~（3+）上转换纳米粒子的形貌、晶相及上转换强度的影响。通过改变反应温度,成功制备了尺寸4～13nm的NaGdF_4:Yb~（3+）,Er~（3+）上转换纳米粒子。并且,所制备的上转换纳米粒子在有机溶剂中能均匀分散。随着反应温度的升高,上转换纳米粒子的尺寸变大,而且其发光性能也逐渐增强。在本实验研究的情况下发现,300 ℃,反应1.5小时得到的上转换纳米粒子尺寸为13 nm,形貌均一,而且上转换发光强度最高。通过反向微乳法,对制备的NaGdF_4:Yb~（3+）,Er~（3+）上转换纳米粒子进行了壳层包覆,制备了 NaGdF_4:Yb~（3+）,Er~（3+）@SiO_2核壳结构纳米粒子。结果表明:包裹二氧化硅后,这种壳层包覆可以保护发光中心Er~（3+）离子,从而降低纳米材料的荧光淬灭,增加上转换发光效率,增强发光强度。上转换纳米粒子在542和660 nm的发光强度相比于NaGdF_4:Yb~（3+）,Er~（3+）提高了 7和12倍。而且,二氧化硅的包裹使得纳米粒子由亲油性变成了亲水性,提高了在生物领域的应用。将具有下转换性能的铕络合物修饰在NaGdF_4:Yb~（3+）,Er~（3+）@SiO_2核壳纳米粒子的表面,从而制备出具有上、下转换的NaGdF_4:Yb~（3+）,Er~（3+）@SiO_2@Eu(TTA)_3Phen纳米球。并对其微观结构、表面官能团和发光性能进行了研究。铕络合物的修饰使得上转换纳米粒子激发光的范围由近红外扩展到了紫外,并且增强了上转发光强度。