核壳结构稀土掺杂上转换纳米颗粒的制备及其性能研究

【摘要】：近年来,稀土掺杂上转换材料因发射谱带窄、荧光寿命长、化学稳定性高、发光强度高、潜在生物毒性低等因素而受到研究者们的广泛关注。其在荧光生物检测、三维生物成像、药物输送、光伏和光动力治疗、三维显示、激光、防伪编码标签等领域具有重要的应用前景。尽管稀土掺杂上转换纳米材料应用前景诱人,但也存在着不少问题亟需解决。本文着重以稀土掺杂氟化物为主要研究对象,采用高温共沉淀法、水热法制备了一系列相关的微纳发光材料,围绕其生长过程、发光性能及其应用展开研究。本文第二章采用高温共沉淀法在220℃条件下制备了花状上转换纳米颗粒,并系统地研究晶体生长的影响因素。第三章则采用共沉淀法制备出了多壳层结构上转换纳米颗粒NaNdF_4:Yb@NaYF_4:Yb,Er@NaGdF_4@mSiO_2-NH_2-邻菲咯啉,研究其能量传递过程并将其用于离子检测。第四章则采用了柠檬酸钠辅助水热法制备了不同尺寸的NaYF_4:Yb,Er微米棒/管,并与二氧化硅气凝胶复合制得新型的复合材料。本文的研究内容如下:(1)通过逐滴滴加氟化铵和氢氧化钠混合溶液的方式在低温条件(220℃)下生长上转换纳米颗粒,制备出的纳米颗粒呈类雪花状且具有较好的发光性能。系统地研究反应温度、氟化铵用量、滴加方式对纳米颗粒生长的影响。发现低温下花状纳米颗粒的生长是由以上反应条件协调控制的。花状纳米颗粒具有较大的尺寸与比表面积,可与二维材料复合成新型的光学材料。而低温生长可以节约大量能源,推动其工业化发展。(2)采用共沉淀法制备了多壳层纳米颗粒NaNdF_4:Yb@NaYF_4:Yb,Er@NaGdF_4,实现了980 nm和808 nm双波长激发上转换发射绿光,并研究了不同稀土离子之间的能量传递过程。同时在纳米颗粒表面包覆氨基化的介孔二氧化硅惰性层,并与2,9-二羧基-1,10-邻菲咯啉进行偶联,使之兼具发光与离子配位性能,并用于铜等金属离子的检测。(3)通过调控柠檬酸钠的用量调控NaYF_4:Yb,Er微米棒/管的合成,并通过溶胶-凝胶法与二氧化硅气凝胶进行复合以获得兼具NaYF_4:Yb,Er发光材料和高孔隙率、高比表面积二氧化硅气凝胶载体两者性能的新型复合材料。对比NaYF_4:Yb,Er微米棒/管、NaYF_4:Yb,Er纳米颗粒和Tb-BTC金属有机框架对二氧化硅气凝胶的影响,最终获得光学透明,结构完整的二氧化硅气凝胶,并用于显示防伪。