摻雜Nd3+稀土氟化物的制備和近紅外發(fā)光性能增強(qiáng)研究.pdf

1、稀土摻雜納米發(fā)光材料由于其發(fā)射光譜穩(wěn)定、譜帶窄、化學(xué)穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，正逐步成為一種新興的重要材料，并廣泛應(yīng)用于生物熒光成像、免疫分析、光動力治療等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。近些年來，越來越多的研究集中在了上轉(zhuǎn)換發(fā)光領(lǐng)域，上轉(zhuǎn)換發(fā)光通過多光子吸收或能量傳遞將長波長光轉(zhuǎn)化為短波長光，通常是將近紅外光轉(zhuǎn)化為可見或紫外光，在生物熒光探針應(yīng)用方面雖然有著譜帶窄、探測靈敏度高、背景干擾低等優(yōu)點(diǎn)，卻受到生物組織穿透深度低、成像質(zhì)量不高等缺點(diǎn)的限制。Nd3+摻雜發(fā)光材

2、料能夠吸收和發(fā)射出位于700-1100 nm近紅外光，這一光譜范圍被稱為“近紅外組織透明窗口”。在此窗口，生物組織熒光吸收和散射被極大程度的降低，從而有助于提高信噪比，加深光源在生物組織穿透深度，同時也能有效減少組織損傷。
　　本文分別以共沉淀法和水熱法制備了NaGdF4∶Nd3+納米顆粒，并且通過同質(zhì)包覆、異質(zhì)包覆以及離子摻雜的辦法提高Nd3+的發(fā)光性能。本文的主要內(nèi)容分為以下四個方面:
　　(1)采用共沉淀法制備了小粒徑

3、NaGdF4∶Nd3+納米顆粒;通過控制納米顆粒生長過程中的反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、油酸用量，實(shí)現(xiàn)對納米顆粒粒徑、形貌、晶形的控制。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)減少油酸用量、降低反應(yīng)溫度，縮短反應(yīng)時間時，所制備的納米顆粒的粒徑減小。通過綜合優(yōu)化三個反應(yīng)條件，制備出了粒徑小于5nm的六方相納米顆粒。通過透射電鏡表征顯示，納米顆粒表面形貌和分散性均良好。
　　(2)通過外延生長法對小粒徑NaGdF4∶Nd3+納米顆粒表面進(jìn)行同質(zhì)殼層包覆(NaGdF4)和

4、異質(zhì)殼層(NaYF4)包覆，調(diào)節(jié)不同的核殼摩爾比實(shí)現(xiàn)了殼層厚度的精確控制。測試了兩種核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒的發(fā)射光譜與衰減曲線，具體分析了兩種不同的殼層材料以及殼層厚度對熒光性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，對核心納米顆粒進(jìn)行包覆時，采用808 nm的光源激發(fā)時，其近紅外發(fā)射光譜強(qiáng)度增強(qiáng)，并且隨著核殼摩爾比例的增加，發(fā)光強(qiáng)度先增強(qiáng)后減弱。同時Nd3+在4F3/2能級壽命明顯變長。兩者均表明，殼層結(jié)構(gòu)能夠有效地將Nd3+發(fā)光中心與表面淬滅中心分離，降低納米

5、顆粒表面缺陷和周圍環(huán)境對發(fā)光帶來的不利影響，提高發(fā)光性能。通過對同質(zhì)包覆和異質(zhì)包覆的納米顆粒發(fā)光性能進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，異質(zhì)包覆NaGdF4∶3％Nd3+@NaYF4納米顆粒的發(fā)光性能明顯優(yōu)于同質(zhì)包覆的NaGdF4∶3％Nd3+@NaGdF4納米顆粒。
　　(3)采用共沉淀法制備了一系列K+不同摻雜濃度的NaGdF1∶3％Nd3+納米顆粒。K+的摻雜可以提高納米顆粒結(jié)晶度，從而提高NaGdF4∶3％Nd3+納米顆粒的發(fā)光性能。采用水熱法

6、制備了摻雜Ca2+的NaGdF4∶Nd3+納米顆粒，Ca2+取代Gd3+的晶格格位，引起溶液中F-濃度的增加，從而減小了納米顆粒的化學(xué)勢能并且提高了結(jié)晶度，引起發(fā)光性能的改變，同時晶格對稱度的下降也有可能在一定程度上起到增強(qiáng)發(fā)光性能的效果。
　　(4)采用水熱法合成了Nd3+摻雜濃度為為10％、20％、30％和40％ NaGdF4樣品。測試了樣品在近紅外光激發(fā)下的光熱效應(yīng)。樣品的溫度變化圖顯示，Nd3+濃度越高，樣品的光熱效應(yīng)越明