稀土氟化物空心、多孔上轉換納米材料的制備、相變機理及生物成像應用研究.pdf

1、稀土摻雜上轉換納米材料（UCNCs）在980nm近紅外激光激發(fā)下，具有發(fā)射峰窄、熒光壽命長、反斯托克斯位移大、光穩(wěn)定性和低毒性等特點，近年來其成功應用于生物成像、顯示設備、太陽能電池、光通信及催化等領域。NaYF4、NaGdF4、NaLuF4、CaF2、BaGdF5、BaLuF5、BaYF5等稀土氟化物納米晶體被認為是最常用的上轉換發(fā)光基體材料，它們的合成以及應用受到廣泛關注。
　　本論文研究內容分為三個部分：
　　第一部分

2、：利用十二烷基二甲基芐基氯化銨（DDBAC）陽離子表面活性劑，水熱合成LuF3上轉換納米粒子（80-100nm）及Na1.5Y2.5F9（450-550nm）上轉換花狀自組裝結構。DDBAC有助于控制反應初始階段納米晶形態(tài)、生長方向及奧斯特瓦爾德熟化作用。同時比較四種季銨鹽類陽離子表面活性劑：十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）、DDBAC、十二烷基三甲基溴化銨（DTAB）、雙十二烷基二甲基溴化銨（DDAB），結果表明，DDBAC可有效抑制

3、納米粒子自發(fā)團聚過程，提高納米材料的分散性、均一性和穩(wěn)定性。
　　第二部分：利用陰離子水熱誘導“爆破”方法制備一系列水溶性空心、多孔上轉換納米晶，其中包括NaYF4、NaGdF4、NaLuF4、BaYF5、BaGdF5、BaLuF5及CaF2稀土摻雜氟化物納米晶。陰離子水熱誘導“爆破”方法主要利用水熱條件下的有機添加劑高溫分解產(chǎn)生氣體，在外部陰離子腐蝕及內部氣體壓力共同作用下，納米材料產(chǎn)生孔洞、空心結構。根據(jù)反應過程，可以分為三種

4、形式：（1）“深區(qū)爆破”適于制備空心結構；（2）“定點、定向爆破”適于制備柱狀多孔結構；（3）“近表層爆破”適于制備近表面層孔洞結構。我們利用有限元原理的SolidWorks軟件對三種形式的反應過程和材料的應力分布狀態(tài)進行模擬及驗證。
　　第三部分：在水熱條件下，首次提出“晶胞轉動誘導納米晶相變機理”、“相變過程能量分區(qū)假設”、“晶胞能量躍遷假設”，合理解釋稀土氟化物由立方相到六方相的轉變過程，相變可提高其上轉換發(fā)光效率1-2個數(shù)

5、量級，解決了上轉換納米材料發(fā)光強度低的難題。利用相變對納米材料形貌、尺寸及性能的影響，可控制備出小于5nm的NaGdF4、CaF2等水溶性上轉換“納米團簇”以及不同尺寸范圍（15-200nm）的NaYF4水溶性多孔納米粒子。利用水溶性空心、多孔上轉換納米晶進行細胞毒性實驗，結果顯示材料安全、無毒，具有良好的生物相容性。進行人胃癌MGC803細胞體外熒光成像以及活體動物腫瘤模型CT、MRI多模式成像，表明NaGdF4、NaLuF4等納米晶