[发明专利]稀土掺杂纳米球型TiO2上转换化合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米上转换发光化合物以及制备方法，特别是稀土掺杂纳米球型TiO₂上转换化合物及其制备方法。

背景技术

上转换发光，即反-斯托克斯发光(Anti-Stokes)，由斯托克斯定律而来。斯托克斯定律认为材料只能受到高能量的光激发，发出低能量的光，换句话说，就是波长短的频率高的激发出波长长的频率低的光。比如紫外线激发发出可见光，或者蓝光激发出黄色光，或者可见光激发出红外线。但是后来人们发现，其实有些材料可以实现与上述定律正好相反的发光效果，于是我们称其为反斯托克斯发光，又称上转换发光。因此上转换发光是将近红外光转换为可见光的过程，可通过双光子或三光子的吸收来完成发射光的波长小于激发光的波长。上转换材料在照明光源，显示显像，X射线增感屏，光学传感，印刷标识防伪，全固化短波长激光器以及生物标识等领域具有广泛的应用前景。

目前制备上转换发光材料，氧化物基质具有物理化学性能稳定，制备工艺简单，更适合生产和应用等优点。其中二氧化钛具有高折射率，良好的光学透明性和物理化学特性。但氧化物材料的不足之处是相对硫化物和氟化物来讲其声子能量高而影响了此材料的上转换发光效率。要想提高其发光效率可制成纳米材料。而目前大部分稀土掺杂氧化物的发明成果均不是纳米尺寸的。纳米尺寸的发光材料均为下转换发光材料，即为利用波长短的频率高的激发出波长长的频率低的光。如CN200610135394.7公开了一种稀土掺杂二氧化钛纳米发光材料及其制备方法，选择的激发波长为460-470nm的绿色可见光,发射的波长为613-617nm。

因此，需要开发出纳米尺寸的上转换发光材料以使上转换材料的发光效率得以提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，制作出纳米级上转换发光材料。本发明提供稀土掺杂纳米球型TiO₂上转换化合物，所述化合物的化学式为式I：TiO₂:X％M,Y％Yb,Z％N(I)；

其中M为Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种或多种；N为轻金属中的一种或多种；X、Y、Z的摩尔比满足下面的条件：1≤X≤l.8，Y＝10，0≤Z≤20。

优选地，X＝1.5，Z＝20。

优选地，M为Er、Ho、Eu、Tm中的一种或多种,N为Li、Na、K、Rb中的一种或多种。

本发明还保护包含所述的化合物的发光材料，当用发射峰在980nm的波长范围的光激发时，所述发光材料表现出在450nm一750nm的波长范围内的发光峰。

本发明还保护稀土掺杂纳米球型TiO₂上转换发光化合物的制备方法，包含下列步骤：S1.将钛酸四丁酯和乙醇胺或二乙醇胺或三乙醇胺溶于无水乙醇，混合均匀得到溶液1；S2.将稀土硝酸盐或稀土氯化物和去离子水、无水乙醇混和均匀得到溶液2；S3.将溶液2在不断搅拌下逐滴加到溶液1中，并持续搅拌得到均匀、透明的溶胶3；S4.将溶胶3放入高压釜中加热得到生成物4，将所述生成物4清洗离心干燥获得发光粉末5，将获得的所述发光粉末5放入坩埚中退火冷却，获得所述上转换发光材料。

优选地，各组分摩尔配比为：

钛酸四丁酯：1；

乙醇胺或二乙醇胺或三乙醇胺：1～5；

稀土硝酸盐或稀土氯化物：0.01～0.1；

去离子水：0.5～5；

无水乙醇：1～30。

优选地，所述S2制备溶液2时加入轻金属氯化物。

优选地，所述所述轻金属氯化物为LiCl、KCl、NaCl、RbCl中的一种或多种。

优选地，所述所述轻金属氯化物摩尔配比为0.05～0.2。

优选地，稀土硝酸盐或稀土氯化物是指Y、Sc、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu的硝酸盐或氯化物中的一种或多种。

本发明的优点和积极效果是：纳米尺寸的球型上转换发光材料首先该发明具备尺寸小的优势，可以应用于纳米光电器件；本发明还可以应用于生物成像领域，更具体地讲本发明可以通过细胞内吞作用进入细胞从而实现生物细胞成像，包括且不限于：体外细胞成像以及小动物活体成像等。其次，本发明为球形发光材料，因此更有利于涂屏从而大大提高了显示屏的分辨率。并且，本发明具备其他纳米发光材料生物毒性小、稳定、发光时间长的优势。

附图说明

图1、图2为本发明制备的发光材料的扫描电子显微镜照片；