发光纳米晶NaYF_4：Ln（Yb，Er，Tm，Eu）的合成和聚丙烯酸（PAA）修饰研究

题名:发光纳米晶NaYF_4：Ln（Yb，Er，Tm，Eu）的合成和聚丙烯酸（PAA）修饰研究
作者:崔卫娜
学位授予单位:东华大学
关键词:四氟化钇钠(NaYF_4);;稀土掺杂;;表面修饰;;聚丙烯酸;;荧光性能
摘要:
 稀土纳米材料,综合了稀土材料的光学特性和纳米材料的小尺寸效应,在生物标记领域有广阔的应用前景。六方晶型NaYF_4为基质,稀土共掺杂的荧光材料是发光效率最高的荧光材料之一。但NaYF_4本身水溶性不高,而合成过程中使用的表面活性剂等物质更使其难溶于极性溶剂,阻碍了其生物应用,所以对NaYF_4进行表Neodymium Magnets面修饰十分重要。在本文中,首先低温油相合成了NaYF_4基质材料并进行稀土掺杂,然后选用聚丙烯酸(PAA)对其进行表面修饰,制备NaYF_4:Ln/PAA复合粒子。此外,为消除有机配体带来的荧光猝灭,合成了综合性能更佳的NaYF_4:Ln/NaYF_4/PAA纳米复合材料。本课题按照如下几个方面展开:
 首先,采用反胶束法在常温下制备了几乎纯六方晶型的基质材料NaYF_4纳米粒子,在此基础上掺杂稀土离子,制备了上转换发光的NaYF_4:Yb,Er(Tm)和下转换发光的NaYF_4:Eu。对稀土发光材料用X射线衍射(X-ray diffraction analysis,XRD),透射电子显微镜(transmissionelectron microscopy,TEM),傅里叶变换红外光谱(fourier transformspectroscopy,FTIR)和荧光光度计(fluorescence spectroscopy)进行表征。结果表明:NaYF_4基质材料是粒径在8 nm左右六方晶形纳米晶,稀土掺杂后荧光性能良好,但是纳米粒子外部被表面活性剂油酸钠所包裹,有进一步表面修饰的必要。
 其次,采用三种不同的方法进行表面修饰研究:①用配位交换法对NaYF_4:Ln进行表面修饰,该方法反应条件温和,过程简单,合成的NaYF_4:Ln/PAA复合粒子直径小,平均直径10 nm,但复合粒子的分散性欠佳,而且大幅降低材料的荧光性能;②用微乳液法对NaYF_4:Ln进行表面修饰,合成的NaYF_4:Ln/PAA复合粒子的分散性较好,平均直径15 nm,对上转换发光性能影响不大,但是降低下转换发光性能,反应过程复杂,能耗大;③用原位聚合法对NaYF_4:Ln进行表面修饰,形成了分散性良好的NaYF_4:Ln/PAA复合纳米微球,荧光性能佳,但是纳米粒子直径较大,平均100 nm左右,最小也有50 nm。综合来看,经过原位聚合法的到的复合粒子除了粒径较大外,综合性能最佳,最接近生物应用的要求。
 最后,为了减少聚合物带来的荧光猝灭,在表面修饰前,先用反胶束法合成NaYF_4:Ln/NaYF_4核壳粒子,NaYF_4壳消http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets除了内部发光核NaYF_4:Ln的表面缺陷,使晶型更加完整。然后通过配位交换法来制备NaYF_4:Ln/NaYF_4/PAA纳米复合材料。荧光测试结果表明,NaYF_4:Ln/NaYF_4/PAA的荧光强度比NaYF_4:Ln/PAA明显增强。此外,重点探究了稀土掺杂量对复合材料荧光性能的影响。在上转换材料NaYF_4:Yb,Er(Tm)/NaYF_4/PAA中,改变敏化剂Yb~(3+)和激活剂Er~(3+)(Tm~(3+))的配合掺杂比,能够改变发光的颜色。在下转换材料中,Eu~(3+)直接被激发,通过改变Eu~(3+)浓度,找到荧光强度最强的掺杂量。
学位年度:2010