[发明专利]一种利用核壳包覆制备高掺杂的稀土上转换荧光材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于发光材料技术领域，具体涉及一种利用核壳包覆制备高掺杂的稀土上转换荧光材料的方法。

背景技术

稀土掺杂上转换荧光材料是一种利用镧系离子掺杂将近红外光转化为可见光和紫外光的荧光材料。它在太阳能利用，数据存储，三维显示和生物组织成像和检测以及药物输运等领域都具有广泛的应用。以生物检测方向为例，与传统的有机荧光染料或半导体量子点相比，稀土掺杂上转换材料具有毒性低，化学稳定性高，无光漂白现象，能级寿命长等优点。更因其激发波长可位于人体的“光学窗口”之内，对人体组织的穿透深度高（cm量级），而且其发射光信号无背景荧光的干扰，且发光颜色可调，因此被广泛的应用于在复杂体系（例如人体，全血）中进行的多色荧光标记检测，其检测下限可达10^-9mol/L量级（Efficient fluorescence resonance energy transfer between upconversion nanophosphors and graphene oxide:a highly sensitive biosensing platform，Chem.Communication,2011,47,4661-4663.），是一种性能优异的荧光标记物质。

但是稀土掺杂上转换荧光材料在上述领域的进一步应用，都被一个根本性的问题制约着——即其发光效率过低，发光强度不够。以效率最高的六角相NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺共掺纳米粒子为例，在150W/cm²的980nm激光激发下，通常只有0.3%左右的上转换效率（Absolute quantum yield measurements of colloidal NaYF₄:Er³⁺,Yb³⁺upconverting nanoparticles，Nanoscale,2010,2,1417-1419.）。因此提高其发光效率和发光强度是一个亟待解决的问题。

显然，提高纳米粒子中稀土离子的掺杂浓度有望提高其发光强度，但是我们注意到，目前在实际应用中，稀土离子在基质中的掺杂浓度依然处于较低的水平，这是由于高掺杂浓度的稀土离子间很容易发生强烈的交叉弛豫和浓度猝灭效应，导致高的掺杂浓度通常都反而引起发光强度的降低。尽管最近有文献报道在极高功率密度（10⁶W/cm²）激发下（Single-nanocrystal sensitivity achieved by enhanced upconversion luminescence，Nature Nanotechnology,2013,8,729-734.），或是在特殊的基质结构中（Enhancing multiphoton upconversion through energy clustering at sublattice level，Nature Materials,Published online24November2013），稀土离子的猝灭浓度可以得到极大地提高，但是这些方法依然在实用性和普遍性上备受限制。前者所要求的极高激发光功率密度在许多实际应用中难以实现，例如在生物活体应用中，要求激发光功率密度控制在几W/cm²以下，在免疫分析检测中，激发光功率密度通常只处于10～100W/cm²的范围，离10⁶W/cm²都差好几个数量级，因而观察不到其所述现象。后者则只适用于KYb₂F₇这种特殊的基质，对于常用的基质，尤其是对发光效率最高的六角相NaYF₄基质并无效果。因此，寻找一种普适的方法来提高稀土离子掺杂浓度的猝灭上限，是非常重要的实际需求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的方法重复性和普遍性差的问题，而提供一种利用核壳包覆制备高掺杂的稀土上转换荧光材料的方法。

本发明提供一种利用核壳包覆制备高掺杂的稀土上转换荧光材料的方法，包括：

步骤一：制备不同掺杂浓度稀土离子的裸核上转换纳米粒子；

步骤二：将步骤一得到的不同掺杂浓度稀土离子的裸核上转换纳米粒子分别进行核壳包覆，得到核壳结构的上转换纳米粒子；所述的壳层厚度大于2nm。