[发明专利]上转换荧光纳米材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种上转换荧光纳米材料的制备方法，其采用激光烧结生长微晶和激光消融产生纳晶两个核心过程；所述激光烧结生长微晶通过激光烧结稀土氧化物和稀土氟化物的混合粉末或混合粉末压片，在激光照射熔融区生长出微晶；所述激光消融产生纳晶通过脉冲激光在水溶液中消融微晶产生纳米晶体颗粒。本发明能够高效率合成和生产上转换荧光纳米材料，整个生产过程依靠纯物理反应进行，原料利用率高达95％，无废料产生，安全绿色无污染。

技术领域

本发明涉及一种制备方法，特别是涉及一种上转换荧光纳米材料的制备方法。

背景技术

近年来，上转换荧光纳米材料以其特殊的性能和广泛的用途成为研究的焦点，在固体激光、太阳能电池、光动力治疗，特别是作为生物标记探针，荧光防伪方面有很大的潜在应用价值。与传统的有机染料和半导体量子点相比，上转换荧光纳米材料作为生物标记的纳米探针有许多优点，如窄带发射，高的信噪比，抗光漂白，低毒性。过去十几年中，科学工作者们对上转换荧光纳米材料的尺寸、相纯、化学成分以及性质的操控进行了大量研究。

以四氟化钇钠(化学式为NaYF4)为基质的上转换荧光材料是迄今为止发现的效率最高的上转换荧光材料，引起了广泛的关注。目前，以NaYF4为基质的上转换荧光材料的制备方法主要有：共沉淀法、金属有机法和水/溶剂热法。采用共沉淀法制得的纳米颗粒须通过高温锻烧来提高发光效率，而锻烧步骤容易导致纳米颗粒的团聚，使颗粒的粒径增大。金属有机法的反应条件苛刻(需无水无氧的高温环境)、试剂成本较高、危险性较大。水/溶剂热法虽然反应条件温和、反应活性高，合成的颗粒结晶度高、分散性好、晶体的形貌易于控制，但是，实验过程中需要较高反应温度和较长反应时间，而在此条件下，很容易导致纳米颗粒的各向异性生长形成纳米棒或者纳米线，使纳米颗粒的粒径增大。由于以上缺点，人们迫切需要研究一种绿色、快速、可控、操作简便的上转换荧光纳米材料制备工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种上转换荧光纳米材料的制备方法，其能够高效率合成和生产上转换荧光纳米材料，整个生产过程依靠纯物理反应进行，原料利用率高达95％，无废料产生，安全绿色无污染。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种上转换荧光纳米材料的制备方法，其采用激光烧结生长微晶和激光消融产生纳晶二个核心过程；所述激光烧结生长微晶通过激光烧结稀土氧化物和稀土氟化物的混合粉末或混合粉末压片，在激光照射熔融区生长出微晶；所述激光消融产生纳晶通过脉冲激光在水溶液中消融微晶产生纳米晶体颗粒。

优选地，所述稀土氧化物和稀土氟化物为氧化铒、氧化镱、氧化钇、氧化钆、氟化钠和氟化钇，所述混合粉末或混合粉末压片由上述物质混合制成。

优选地，所述混合粉末颗粒较大时可以采用机械压制的手段制成混合粉末压片。

优选地，所述激光通过高功率激光器发出，高功率激光器的功率、烧结区域和烧结时间通过激光烧结熔融区产生的局部高温实现控制。

优选地，所述激光烧结过程中添加敏化剂镱离子(Yb3+)。

优选地，所述激光烧结后产生的微晶在激光消融前进行预处理，所述的预处理是将烧结晶体置于烧杯中，加入纯净水或去离子水使液面略盖过压片表面。

所述上转换荧光纳米材料的制备方法适用于各种不同种类的原材料，充分搅拌混合，然后进行激光烧结成形以及微晶生长处理。

优选地，所述原材料是稀土氧化物或氟化物。

优选地，所述上转换荧光纳米材料的制备方法包括以下步骤：

步骤一，将稀土化合物粉末放入研钵中，充分搅拌均匀，使得粉末能尽量融合在一起；称量适量混合粉末并进行下一步压片处理；或者不进行压片处理，以混合粉末形式进入步骤三；