[发明专利]一种花簇状稀土上转换核壳纳米发光材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种花簇状稀土上转换核壳纳米发光材料及其制备方法，属于纳米材料制备技术和特种材料技术领域。该纳米发光材料是首先利用热裂解法以NaYF₄为基质，掺杂Yb，Er制备了核纳米粒子，再通过外延生长法，于NaYF₄:Yb,Er表面依次包覆NaYbF₄，NaYbF₄:Nd和NaYF₄最终得到NaYF₄:Yb,Er@NaYbF₄@NaYbF₄:Nd@NaYF₄花簇状纳米粒子。制备的发光纳米粒子具有粒径均匀、比表面高、发光强、分散性好等特征，并且具有制备工艺简单、成本低以及适用范围广等技术优势，因此在生物成像、光电器件、功能材料等领域具有重要的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术和特种材料技术领域，具体涉及一种花簇状稀土上转换核壳纳米发光材料及其制备方法。

背景技术

稀土元素是指周期表中ШВ族，包括元素周期表中原子序数为21的钪（Sc）、39的钇（Y）和57-71的镧系15个元素，共17个；它们具有如下优点：（1）镧系元素中，除镧和镥的4f亚层为全空和全满外，它们的共同特点是都具有未填满的4f壳层，4f电子可以在7个4f轨道上任意分布，电子能级异常的丰富，可以吸收和发射从紫外光到近红外光之间的各种波长的电磁辐射，呈现出丰富多变的荧光特性。（2）未填满的4f壳层位于已填满的5s和5p轨道内，并受其屏蔽作用，受晶体场或配位场的影响较小，呈现出尖锐的线状光谱，发光色纯度高。（3）4f电子能级之间的自发跃迁概率低，因此电子能级的激发态平均寿命长。（4）稀土元素吸收激发能量的能力强，转换效率高，物理化学性质很稳定。

从发光机制看，稀土纳米发光材料又可以分为下转换发光和上转换发光材料。下转换发光是指稀土离子吸收一个高能光子（短波）后辐射一个或多个低能光子（长波）的发光现象，一般下转换发光所用的稀土激活子为Eu³⁺和Tb³⁺等。上转换发光是指吸收两个或两个以上低能光子而辐射高能光子的发光现象，通常是指将近红外光转换成可见光。另外近红外激光作为其激发光源带来了许多优势，例如较深的光穿透深度，对生物组织几乎无损伤、生物组织不会发光（无背景荧光）等。

稀土上转换纳米发光材料，相比较于目前可用的其他发光材料（例如碳纳米结构，有机染料，半导体纳米粒子，量子点），稀土纳米发光材料具有低背景干扰、毒性低、长荧光寿命等优点，这使得它们通过时间门控检测特别适用于无自发荧光的生物成像，实现发光信号在时域上的区分。但是众所周知，镧系元素的内部电子是自旋禁阻跃迁的，因此Ln³⁺的吸收截面相当小，导致上转换发光效率有限。此外，当粒径降至纳米级时，上转换发射也面临表面缺陷，配体和溶剂分子发生显著猝灭效应。然而，生物应用的优异功效需要足够的上转换发射效率。

因此通过外延生长壳层以获得一种发光强、寿命长的纳米发光材料，能够在核心区域阻挡激发能量并且避免能量传输到表面缺陷，可为生物医学领域的发展开拓新的方向。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种花簇状稀土上转换核壳纳米发光材料及其制备方法。通过设计核壳结构解决了稀土上转换纳米发光材料发射效率低的问题，同时花簇状纳米粒子极大提高了纳米粒子的发射强度，使得该种材料在药物传输、细胞成像和活体成像等领域具有良好的应用前景。

本发明采用的技术方案为：