[发明专利]一种可用于温度传感的高温增强上转换荧光型纳米晶及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于温度传感的高温增强上转换荧光型纳米晶，属于材料科学技术领域。

背景技术

基于稀土离子掺杂的发光材料,通过探索发光强度与温度的对应关系来实现非接触测温的光学温度传感器，近些年受到了广泛的关注，尤其是在传统电信号探测受到局限的特殊场合，这类荧光温感材料将发挥重要作用。目前，作为温度传感介质材料常见的有微晶玻璃、荧光粉体、纳米材料等。其中，基于纳米材料的温度探测致力于在一个给定体系提供亚微米级分辨率的局域温度信息，比如在微纳电子学、集成光子学、生物医学领域的应用。

利用稀土离子掺杂纳米材料的荧光进行测温的方式通常有：1）Eu³⁺掺杂的La₂O₂S等，在365 nm激发下，利用热耦合能级⁵D₁和⁵D₀能级向⁷F_j跃迁的荧光强度比值随温度的关系进行测温；2）Yb³⁺-Er³⁺共掺杂的上转换纳米晶，在980 nm激发下，利用热耦合能级²H_11/2,⁴S_3/2向基态跃迁的荧光强度比值随温度的关系进行测温；3）Nd³⁺掺杂的La₂O₂S等，在532 nm激发下，利用热耦合能级⁴F_5/2和⁴F_3/2向基态跃迁的荧光强度比值随温度的关系进行测温；4）Dy³⁺掺杂的BaYF₅等，在355 nm激发下，利用热耦合能级⁴I_15/2和⁴F_9/2向基态跃迁的荧光强度比值随温度的关系进行测温。以上所有温度传感探针使用均面临一个共同问题，即随着温度升高，由于多声子弛豫过程的加剧，荧光强度出现不同程度的淬灭，从而使得其在高温探测中的灵敏度下降。因此亟待开发一种在高温条件下荧光不淬灭甚至增强的新型温感探针。

同时，在生物荧光成像研究领域中，Yb³⁺-Tm³⁺共掺杂的上转换纳米晶由于其近红外至近红外高效发光的优越性能促成高信噪比，大穿透深度的成像效果而受到广泛青睐。但当相关研究开发Yb³⁺-Tm³⁺共掺上转换纳米晶的温度传感特性时，发现其热耦合能级³F₃和³H₄向基态跃迁概率存在巨大差异而无法实现准确探测。因此通过合理的方法调节热耦合能级³F₃和³H₄向基态跃迁概率，使其具备温度传感特性也将促使该类上转换纳米晶成为多功能性生物应用材料的一个突破。

发明内容

本发明的目的是开发一种高温增强上转换荧光型纳米晶，通过本发明方法制备的纳米晶，在室温至220℃左右的作用范围内，上转换荧光强度呈指数上升，同时利用Tm³⁺热耦合能级³F₃和³H₄向基态跃迁荧光强度比值与温度的关系进行非接触式光学测温。

本发明提出的高温增强上转换荧光型纳米晶是平均直径或长度为15-50 nm的六方晶相四氟钇钠球状或棒状纳米晶，并在其中共掺杂了稀土Yb³⁺和Tm³⁺，Yb³⁺的摩尔掺杂浓度为29%-49%，Tm³⁺的摩尔掺杂浓度为0.1%-5%。

高温增强上转换荧光型纳米晶的制备方法如下：

（1）   将Y³⁺、Yb³⁺、Tm³⁺的醋酸盐或氯化物按摩尔量成比例加入纯度为90%的油酸、1-十八烯，稀土离子摩尔总量和油酸、1-十八烯体积比的关系为0.4 mmol:3 ml或7ml：7ml，在150℃混合搅拌，形成淡黄色透明溶液后冷却至室温；