[发明专利]一种阳离子取代法增强纳米材料发光性能的制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料功能修饰技术领域，特别涉及一种阳离子取代法增强纳米材料发光性能的制备工艺。

技术背景

纳米材料是指至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料。由于纳米粒子的尺寸足够小，需用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为，表现主要有小尺寸效应﹑表面效应﹑量子尺寸效应﹑宏观量子隧道效应和介电限域等五大效应，以上效应导致的宏观结果是纳米粒子的光学性质﹑超导及塑性形变、磁性、热阻、化学活性、催化性及熔点等方面都较普通粒子有很大的区别。例如，金块本身不发光，但是当金颗粒的尺寸减小到2纳米左右形成金纳米簇时，则具有良好的发光性能。正是由于纳米材料表现出来的许多奇异的物理﹑化学性质，近年来纳米技术基础研究和材料开发等应用研究都得到了快速的发展，并且在传统材料、防伪技术、医疗器材、电子设备、航天航空等行业得到了一定的应用。其中，关于发光材料的研究占主导地位。

尽管发光纳米材料在生物传感、癌症侦查、诊断等领域有着巨大的潜在应用，要将这些材料实现更大商业化应用还有待改进，其中最迫切有待提高的是光、磁等性能效率。对发光材料而言，一种比较通用的方法是在材料表面生长一层与内部晶体晶格参数类似的壳，核壳结构实现性能增强主要通过以下两方面：1、防止核内发光离子非辐射衰减形成表面缺陷；2、通过外壳离子将激发光源传递给内部，增强了激发光的有效利用。但是，现有的合成核壳结构方法都是先将得到的体系离心出来作为晶核重新加入到新的原配料比例体系中，在材料表面实现再生长，甚至是独立生长结晶。如此处理一方面通过多次离心分散，容易导致纳米颗粒团聚，另一方面，由于是同时加入配料，在晶核表面生长，因此颗粒尺寸会明显增大，这不利于在生物领域中的应用。因此，发展一套维持颗粒原有的尺寸的前提下，有效增强功能纳米材料性能的方法具有实际的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种阳离子取代法增强纳米材料发光性能的制备工艺。本发明是利用热注射法向反应体系中加入与纳米晶晶格近似的无掺杂前驱体，在纳米晶表面发生阳离子取代反应形成惰性薄层，实现功能型增强效果。采用此方法有望得到一系列光、磁等性能增强的无机纳米晶。

一种阳离子取代法增强纳米材料发光性能的制备工艺，其具体制备步骤为：

a.配制稀土前驱体A1：向反应釜中依次加入2.0-4.0ml油酸，3.0-5.0ml无水乙醇，1.2-1.8mol/L的NaOH溶液4.0-9.0ml，环己烷12-18ml，至少含有两种不同稀土元素的稀土可溶盐混合溶液8.0-12ml，稀土元素的总浓度为0.4-0.8mol/L，充分搅拌，在70-100℃下反应2-10h，反应结束后收集上层的油相溶液，然后用环己烷定容在18-22ml；

b.制备稀土前驱体A2：向反应釜中依次加入2.0-4.0ml油酸，3.0-5.0ml无水乙醇，1.2-1.8mol/L的NaOH溶液4.0-9.0ml，环己烷12-18ml，0.4-0.8mol/L的只含一种稀土元素的稀土可溶盐溶液8.0-12ml，充分搅拌，在70-100℃下反应2-10h，反应结束后收集上层的油相溶液，然后将油相溶液加热至70-90℃，恒温10-30min至形成浅黄色凝胶，自然冷却后放入冰箱冷藏成固体状；

c.配制含氟前驱体溶液：依次加入15-20ml油胺、50-100mmol含氟化合物、2.0-4.0ml环己烷和5.0-10ml的无水乙醇，震荡摇匀至溶液澄清得到含氟前驱体溶液；

d.向烧瓶中加入0.3-0.4g硬脂酸钠，3.0-15.0ml油酸，0-12ml十八烯，搅拌均匀，加热下使其溶解，升至80-100℃后向其中加入3.0-5.0ml步骤a配制的稀土前躯体A1，待搅拌均匀后，快速加入步骤c配制的含氟前驱体溶液，其中氟元素与稀土元素的摩尔比为3.0-5.0，然后惰性气体保护条件下程序升温至280-330℃后恒温反应10min-60min，得到尺寸3-100纳米的单分散纳米晶；

e.将0.1-1mmol步骤b制备的稀土前驱体A2，在280-330℃、惰性气体保护条件下直接加入到步骤d的反应体系中并继续反应10-60min，反应结束后自然降至常温；环己烷溶解、无水乙醇沉淀，在5000-10000转/分转速下离心洗涤2-3次，最后用2-4ml三氯甲烷进行分散，得到的纳米材料的发光性能显著强于步骤d得到的单分散纳米晶。

所述的含氟化合物为氢氟酸、氟化铵。