[发明专利]一种掺铒硅量子点晶体材料、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种掺铒硅量子点晶体材料、其制备方法及应用。本发明的掺铒硅量子点晶体材料的尺寸为3～5nm，其表面包含烷烃配体，所述掺铒硅量子点晶体材料为金刚石结构的晶体，所述掺铒硅量子点晶体材料晶格内的Ersupgt;3+/supgt;浓度≥1×10supgt;18/supgt; cmsupgt;‑3/supgt;，所述掺铒硅量子点晶体材料晶格内的Ersupgt;3+/supgt;全部具有光学活性，所述掺铒硅量子点晶体材料（111）晶面的晶面间距为0.315～0.320 nm。对掺铒硅量子点晶体材料进行氢化硅烷化表面改性处理后，掺铒硅量子点晶体材料双发射的中心波长的差值Δλ≥710 nm，并实现了一种掺铒硅量子点晶体材料的晶体材料。本发明具有相对灵敏度高，发光波长位于近红外，无信号串扰且无自吸收的优势，在生物医疗、集成电路、航空航天等许多领域的温度探测都有巨大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及光学探测领域，具体涉及一种掺铒硅量子点晶体材料、其制备方法及应用。

背景技术

由于具有自校准和非接触式探测的优势(Quintanilla,M.Liz-Marzán,L.M.Nano Today19,126–145(2018).Zhou,J.,del Rosal,B.,Jaque,D.,Uchiyama,S.Jin,D.Nat.Methods17,967–980(2020).)，比率荧光在温度探测、农药探测、生物体离子探测等许多领域都具有广阔的应用前景，其中，温度探测是比率荧光最广泛的应用，高性能的比率荧光温度计已经成为了当今社会的重要研究领域。温度探测包含测试材料和被测物体，所述测温功能材料是指具有温度探测功能的材料，所述被测物体是指需要被测量温度的任何物体，在使用中，二者是堆叠放置的，并作为一个整体使用，如图15所示。需要指出，温度探测的性能取决于测试材料。本发明以比率荧光温度计为例来说明。

比率荧光温度计是一种基于荧光强度比值R的温度探测计，所述荧光强度比值R的定义如下

其中，I₁和I₂分别代表两种不同波长范围内的积分荧光强度。由于荧光强度比值R随温度变化，通过测试被测物体的荧光强度比值则可以得到相应的温度。所述荧光指的是原子、离子或分子通过一次或多次自发跃迁而产生的光发射现象 (冯端.固体物理学大辞典:[M].北京:高等教育出版社,1995)。

信噪比(S/N)是评价比率荧光温度计探测结果准确性和可靠性的指标(Wang,Z.et al.Inorg.Chem.60,14944–14951(2021).Yuan,N.et al.Mater.Lett.218, 337–340(2018).)，其定义为有用信号的强度与无用信号的强度的比值，即

其中，I_S和I_N分别代表测试材料的有用信号(signal)的强度与无用信号(noise)的强度。为了保证比率荧光温度计探测结果的准确性和可靠性，信噪比(S/N) 越大越好。需要指出的是，本发明所述的信噪比(S/N)是指由测试材料自身属性决定的信噪比(S/N)，而非测试仪器自身的信噪比(S/N)。

相对灵敏度(S_R)是评估比率荧光温度计温度探测灵敏度的指标，其计算公式如下(Zhou,J.,del Rosal,B.,Jaque,D.,Uchiyama,S.Jin,D.Nat.Methods17, 967–980(2020).)：

其中，R是荧光强度比值，T是被测物体的温度，是荧光强度比值对温度的一阶偏微分，一阶偏微分越大，代表测试材料的荧光强度比值对温度越敏感，温度探测的性能越好。

温度标准偏差(δT)是评估比率荧光温度计可以分辨的最小温度的指标，其计算公式如下(Qiu,X.et al.Nat.Commun.11,1–9(2020).)：