[发明专利]一种碳纳米管模板法制备小尺寸长余辉纳米颗粒的方法

说明书

一种碳纳米管模板法制备小尺寸长余辉纳米颗粒的方法。该方法首先使用混合酸纯化碳纳米管，然后已处理的碳纳米管为载体，将镓酸锌为基质，掺杂过渡金属铬离子的混合溶液超声分散及搅拌均匀，将混合溶液170℃下水热处理24小时，离心分离真空干燥，再置于高温管式炉在氮气保护下900℃碳化2h，升温速率为10℃/min，最后产物用马弗炉在700℃下煅烧3小时，可制得平均粒径5纳米左右的近红外长余辉发光纳米颗粒。本发明制备的长余辉纳米颗粒尺寸特小、可以控制粒径、发射光谱在近红外光区内，而且保证很长的余辉时间；该制备方法不需要苛刻的条件、操作安全简便、成本低，所用仪器设备均为普通设备，易于大规模推广应用。

技术领域

本发明属于长余辉发光材料的制备技术领域，具体涉及一种碳纳米管模板法制备小尺寸长余辉纳米颗粒的方法。

背景技术

碳纳米管(Carbon nanotubes，CNTs)属富勒烯系，主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管组成，1991年由日本电镜学家Iijima发现。这种由纯碳原子构成的新型一维纳米材料，碳纳米管由于具有独特的结构以及优异的物理和化学性质而备受关注。碳纳米管是一种性能非常好的催化剂载体，可将金属纳米晶体或其合金填充到孔道内腔里，将金属纳米晶体填充到碳纳米管后不仅仅是有效控制金属纳米晶体的尺寸，而且复合材料具有良好的理化性能，因此在高密度数据存储、生物医用领域、环境净化、电磁波吸收及屏蔽等很多方面有广泛的应用前景。

长余辉发光(persistent luminescence)是指物质停止激发后仍能够持续发光的现象，又被称为蓄光型发光材料、夜光材料，长余辉发光是一种特殊的光学现象，也就是一种材料在被高能激发(可见光、紫外光、X射线、γ射线、电子束等)后导致的可见或者近红外区域长时间的发光，这样的发光在激发光源停止激发后以光的形式缓慢释放出所储存的能量，在照明、信息储存、高能射线探测、安全应急指示、交通、安全和器材标记等领域得到广泛应用。虽然块状长余辉材料在过去二十年发展迅速，但其制备技术未成熟，形状和尺寸大小的控制方法没搞明白。通过模板法可以改变长余辉纳米颗粒的形状、尺寸及密度来调控其光学特性。由于长余辉微纳米颗粒的诸多用途，并结合近红外光的生物组织穿透能力，可以实现生物体内的“免激发”高信噪比的光学成像，在生物医学诊断和治疗领域具有广阔的应用前景。

目前制备长余辉纳米颗粒的方法有：溶胶-凝胶(sol-gel)法、水热法、燃烧(combustion)法、微波辅助(microwave assisted)法和激光烧蚀(laser ablation)法等。通常这些方法制备的长余辉纳米颗粒的尺寸都较大，尺寸控制困难，分散性不好，这不利于长余辉纳米颗粒的生物组织穿透能力，并难以实现生物体内的“免激发”高信噪比的光学成像。

发明内容

本发明的目的是解决现有长余辉纳米颗粒制备方法存在的上述技术问题，提供一种操作简单，且以碳纳米管为模板制备小尺寸长余辉纳米颗粒的方法。

本发明的技术方案：

一种碳纳米管模板法制备小尺寸长余辉纳米颗粒的方法，采用碳纳米管模板法制备，具体步骤如下：

1)碳纳米管的纯化；

称取0.4-0.7克的多壁碳纳米管放入250mL的三口烧瓶中，加入70-100mL98％硫酸和20-40mL65％～68％硝酸，超声分散20-60min，然后置于磁力搅拌器上搅拌，并于90-120℃加热，经回流4-8h后冷却至室温取出，用去离子水稀释并反复抽滤，直至中性，并将所得黑色粉末状块体置50-70℃烘箱干燥至恒重，将得到的产物在置于高温管式炉在氮气保护下700-1000℃碳化2-4h，升温速率为5-10℃/min，得到纯化后的碳纳米管。

2)以纯化后的碳纳米管为载体模板(CNTs)，分别加入硝酸锌水溶液、硝酸镓水溶液和硝酸铬水溶液进行混合并搅拌均匀，再用5-15％氨水来调节混合液pH为8.0-10，在常温下搅拌2-4个小时得到混合溶液。其中硝酸锌水溶液、硝酸镓水溶液和硝酸铬水溶液的摩尔比为4:8:0.1。