[发明专利]一种长余辉复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种长余辉复合材料及其制备方法与应用。本发明的长余辉复合材料包括以下原料：长余辉发光材料和荧光材料；所述长余辉发光材料包括镓酸盐体系和激活剂；所述激活剂含有Cr³⁺离子；所述荧光材料包括无机基质材料和镧系镱离子Yb³⁺；所述Yb³⁺以团簇的形式掺杂于所述无机基质材料中；所述团簇中Yb³⁺的数目为六个。该复合材料利用团簇发光来给长余辉发光材料进行能量传递，实现了高效地将大部分荧光的能量传递给长余辉发光材料，最终使长余辉的荧光强度变强，余辉时间延长。

技术领域

本发明属于长余辉发光材料技术领域，具体涉及一种长余辉复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

长余辉是一种可以“自我维持”的发光现象，即在激发源关闭后，材料的荧光发射在室温下可以持续数分钟到数小时的时间。通常情况下，长余辉时间定义为黑暗环境中停止激发后发光持续的时间(发光强度大于0.32mcd/cm²)。日常生活中，长余辉发光材料主要用于黑暗环境中的指示与照明，如用于失去电源的逃生通道。除了粉末、纳米晶、玻璃和陶瓷等形态，长余辉发光粉体材料还可以分散到(半)透明介质中，如清漆、树脂、塑料、油墨、聚酯和玻璃等，制作成薄膜和涂料等。此外，长余辉材料还可以应用在光电信息领域，如三维信息存储。

迄今，长余辉材料已经涵盖了包括近红外光谱区在内的主要颜色区域，如CaAl₂O₄：Er²⁺(蓝色)，CaAl₂O₄：Nd³⁺(蓝色)，SrAl₂O₄：Eu²⁺(绿色)，SrAl₂O₄：Dy³⁺(绿色)，Y₂O₂S：Eu³⁺(红色)，Y₂O₂S：Mg²⁺(红色)，Y₂O₂S:Ti⁴⁺(红色)，以及Zn₃Ga₂Ge₂O₁₀：Cr³⁺(近红外)。近红外长余辉发光材料可以在关闭激发源后持续发出近红外光，因此如果将其作为荧光标记探针输入到生物体内进行成像，首先无生物自荧光，同时材料发出的近红外光具有较大的生物组织穿透深度，因此其可以显著提高生物成像信号的信噪比。近红外长余辉纳米发光材料可以克服上转换荧光材料应用中由激发引起的缺点。

而对于近红外长余辉材料来说，虽然在成像时不需要激发源进行激发且不存在自荧光，但是它们的有效余辉可观测时间很短，往往仅有1-2个小时，这种较短的时间观察窗口限制了其在生物成像应用方面的潜力。另一方面，一般的长余辉发光材料往往只在紫外光的激发下才具有较长的余辉时间和较强的余辉强度，但紫外光能够穿透组织的深度很短且紫外光对正常的组织有着很大的危害性，因此一旦将长余辉材料输入到生物体中，就很难对这些长余辉荧光标记材料再次进行能量补充。

相关技术中，将荧光材料和长余辉发光材料纳米粒子通过凝胶法组合为彼此接触的材料；将该材料在980nm激光激发下，荧光材料的上转换荧光发射(Tm³⁺离子480nm和Er³⁺离子650nm)可以激发长余辉材料的近红外余辉发光；通过荧光材料的辐射再吸收，将上转换发光(反-斯托克斯发光)转换为长余辉发光。显而易见，这种粗糙的结合方法导致了以下不利的结果：能量传递效率低进而损失了一部分能量；由于稀土活化离子丰富的能级，长余辉材料被上转换荧光激发后能量存在回传，进而余辉时间变短以及余辉强度减弱；近红外激发光的热效应对余辉材料的能量储存产生了较大的负面影响；稀土活化离子的发射光谱窄，而且与余辉的最大吸收波长存在较大差异，导致了较低的能量传递效率。

基于此，需要开发一种长余辉复合材料，该复合材料荧光强度高且余辉时间长。

发明内容