[发明专利]一种镧系离子掺杂的双钙钛矿纳米晶体、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种镧系离子掺杂的双钙钛矿纳米晶体、其制备方法及应用。该纳米晶体的化学式为Cs₂AgIn_0.99Bi_0.01Cl₆，掺杂离子为镧系离子Yb³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺、Nd³⁺、Pr³⁺和Er³⁺中的至少一种。经掺杂后，双钙钛矿纳米晶体在365 nm紫外光激发下，不仅显示出源于钙钛矿自陷激子态的宽带可见光发射，还展示出一系列高效的光谱可调的近红外光发射。可见光和红外光的总量子产率达到了66.7%，这是目前报道的最高值。最后，将11.2mol% Nd³⁺掺杂的纳米晶体嵌入到聚甲基丙烯酸酯聚合物中，并涂在紫外芯片上，得到了pc‑LED器件，该器件具有良好的夜视成像和组织穿透能力。

技术领域

本发明属全无机荧光粉技术领域，具体为一种镧系离子掺杂的双钙钛矿纳米晶、其制备方法及应用。

背景技术

近红外(NIR)光源由于具有无损伤、热效应低、穿透生物组织深度大等优点，在光通信、食品检测、夜视系统、生物医学等领域得到了广泛应用。然而，传统的近红外光源，如卤素灯、钨丝灯，存在体积大、发光效率低、使用寿命短、工作温度高等缺点。面对这些不足和挑战，近红外荧光粉转换发光二极管(pc-LED)作为一种新型的近红外光源，以其成本低、寿命长、结构紧凑等优点引起了研究人员的关注。目前，近红外pc-LED面临的最大挑战是开发高效、光谱可调的近红外荧光粉。针对这些问题研究者们已经开展了广泛的工作，例如，将Bi³⁺、Mn²⁺和Cr³⁺等过渡金属离子掺杂到氧化物基体中，产生宽带近红外光(700~900nm)发射。Sb³⁺离子掺杂的金属卤化物Cs₂ZnCl₄表现出高效的近红外光，其光致发光量子产率(PLQY)达到69.9%。Eu²⁺ 掺杂的(Sr,Ba)Y₂O₄荧光粉的近红外峰值在773 nm处。虽然这些荧光材料都已具有良好的性能，然而，它们的波长大多数集中在小于900 nm的区域。食品中所含的有机官能团大部分吸收波长较长的近红外光，而且在生物组织中穿透深度越大，所需的光子能量越低，因此，大于900 nm的长波长的近红外光也是非常重要的。Yb³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺、Nd³⁺、Pr³⁺和Er³⁺三价镧系离子在本征激发下能发出一系列近红外(800 ~ 1600 nm)光。然而，由于镧系离子固有的吸收截面较小，因此它们的PLQYs相对较低。依靠敏化剂向镧系元素传递能量是增强其发光的有效方法之一。特别是，半导体材料作为敏化剂可以有效敏化掺杂在其晶格中的镧系元素的荧光发射。近年来，具有八面体晶体场(CN≥6, CN=配位数)和柔性晶格的双钙钛矿Cs₂B⁺B³⁺Cl₆ (B为金属元素)为镧系离子的掺杂提供了良好的基础。然而，关于镧系掺杂DPNCs的研究主要集中在可见光区域，而关于它们的近红外发光研究还很少。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种镧系离子掺杂的双钙钛矿纳米晶（DPNCs）、其制备及应用。用本方法制备的镧系离子掺杂的DPNCs极大的提高了纳米晶体的荧光量子产率。用其制备的pc-LED显示了良好的夜视和组织成像应用。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种镧系离子掺杂的双钙钛矿纳米晶DPNCs的制备方法，包括以下步骤：

（1）将Cs₂CO₃加入到十八烯和油酸的混合物中，搅拌，形成混合溶液，抽真空，通入N₂，然后将溶液升温至145~155℃保持0.5小时~1.5小时，获得油酸铯前驱体溶液；