中國粉體網(wǎng)訊  上轉換發(fā)光材料是一種新型材料,，可將近紅外光轉換為短波可見光,，具有優(yōu)異的光學性能和穩(wěn)定的化學性質,，在生物醫(yī)藥、太陽能電池及照明領域等被廣泛應用,。稀土上轉換發(fā)光納米材料(UCNPs)不僅具有稀土離子的獨特能級結構,，更以其它熒光材料無法比擬的高靈敏度,、強組織穿透力,、無自發(fā)熒光和不損傷生物組織等特性,，被人們爭相廣泛開發(fā)研究，并取得了一系列顯著的成就,。

上轉換發(fā)光材料通常由基質材料,、稀土激活劑和敏化劑組成。

稀土上轉換納米發(fā)光材料基質的選擇

基質材料,、敏化劑和激活劑是影響稀土發(fā)光材料發(fā)光性能的主要因素,。發(fā)光材料對于基質材料的要求是一般不能受到激發(fā)而發(fā)光，但能為激活離子提供合適的晶體場,，降低無輻射躍遷幾率,，使其產(chǎn)生光譜發(fā)射。一直以來,，上轉換發(fā)光材料研究的重點是尋找既能獲得高上轉換發(fā)光效率,，又具有較高穩(wěn)定性的基質材料。從目前的研究來看,，基質材料主要可分為鹵化物體系,、氧化物體系、氟氧化物體系和硫化物體系4類,。

稀土上轉換納米發(fā)光材料稀土離子的選擇

稀土離子作為摻雜離子在制備上轉換發(fā)光材料中扮演著極為重要的角色,，當前摻雜研究主要集中在Er³⁺、Tm³⁺和Ho³⁺,。稀土Yb³⁺的激發(fā)光波長是980nm,，吸收截面大，是最為常用且有效的上轉換敏化劑,。當Yb³⁺和其他稀土離子共摻雜到基質中,，激發(fā)Yb³⁺離子，能量傳遞引起光子疊加效應使得上轉換發(fā)光效率大大提高,。

制備方法

1,、燃燒合成法

燃燒合成是利用化學反應自身的放熱來制備材料的方法。原料為稀土硝酸鹽(如Y(NO₃)₃)和有機燃料(如氨基酸,、甘胺酸等),。在一個燃燒合成反應中，反應物達到放熱反應的點火溫度時,，點燃后,，反應由放出的熱量維持，燃燒產(chǎn)物即為所需材料,。燃燒合成法具有反應時間短,、產(chǎn)物純度高、設備簡單,、成本低廉,、可以用來制備亞穩(wěn)相物質等優(yōu)點,。用燃燒法合成的納米上轉換發(fā)光材料主要有：Y₂O₃：Er³⁺；Y₂O₃：Er³⁺,，Yb³⁺,；Gd₃Ga₅O₁₂：Tm³⁺，Yb³⁺,；Gd₃Ga₅O₁₂：Er³⁺等氧化物和復合氧化物材料,。

2、溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是以金屬醇鹽或其他金屬無機鹽作為前驅體,，溶于溶劑中形成均勻的溶液,，再加入各種添加劑如絡合劑、催化劑等,，在適合的溫度和pH值條件下,，溶液中的溶質發(fā)生水解、聚合等化學反應,，首先生成溶膠,，進而生成具有一定空間結構的凝膠，然后經(jīng)過熱處理,，在較低溫度下制備出各種無機材料或復合材料的方法,。溶膠-凝膠法具有：容易達到分子水平均勻，便于控制摻雜量,，熱處理溫度低,、設備簡單、價格低廉等優(yōu)點,。用溶膠-凝膠法合成的納米上轉換發(fā)光材料有：Gd₂O₃：Er³⁺,；Gd₂O₃：Er³⁺，Yb³⁺,；Gd₂O₃：Tm³⁺,，Yb³⁺；TiO₂：Er³⁺,；BaTiO₃：Er³⁺等材料,。

3、共沉淀法

共沉淀法在含有2種或2種以上金屬離子的多元體系溶液中加入沉淀劑,，得到各種成分均一沉淀的方法,。得到的沉淀物經(jīng)分離沉降，然后經(jīng)過干燥,，再在不同的溫度下灼燒便得到納米發(fā)光材料,。共沉淀法具有反應溫度低、樣品純度高、粒徑小,、分散性很好,、操作簡便、無須復雜設備,、成本低廉、并可以大批量制備等優(yōu)點,。用共沉淀法合成的納米上轉換發(fā)光材料主要有：Y₂O₃：Er³⁺,，Yb³⁺；Y₂O₃：Er³⁺,；YAG：Er³⁺,；Lu₂O₃：Ho³⁺，Yb³⁺等材料,。

4,、水熱法

水熱法是在特制的密閉容器內完成的。一般是在100～350℃和高壓環(huán)境下使無機或有機化合物與水化合,，通過對加速滲析反應和物理過程的控制得到改進的無機物,，再過濾、洗滌,、干燥,，從而得到高純度的納米粒子。水熱法具有能耗低,、實用性廣,、環(huán)境污染少、可有效控制反應和晶體的生長特性等優(yōu)點,，用水熱法合成的納米上轉換發(fā)光材料主要有：NaYF₄：Er³⁺,；LaF₃：Er³⁺；Y₂O₃：Er³⁺,；YVO₄：Er³⁺等材料,。

應用

1、在生物領域的應用

UCNPs基于稀土離子的亞穩(wěn)態(tài)能級特性可將近紅外激發(fā)光轉化為可見光或近紅外光,，具有光穿透深度大,、無自發(fā)熒光干擾、對生物組織幾乎無損傷等顯著優(yōu)勢,。作為新興的熒光探針,，UCNPs受到了研究者們的極大青睞，其在以下領域極具研究與應用價值,。

1）免疫分析及生物傳感,；

2）生物成像；

3）光動力、光熱致理療和載藥,。

UCNPs所具有的光穩(wěn)定性好,、化學穩(wěn)定性高、信噪比高和潛在生物毒性小等優(yōu)點,，使其超越有機染料和量子點成為更加理想的生物成像標記物,，生物成像也成為UCNPs最重要的應用領域之一。

2,、在非生物領域的應用

UCNPs除了在上述生物領域的應用廣受關注之外,，在非生物領域(如光信息存儲、3D顯示,、安全防偽及太陽能電池等)也有著很好的應用前景,。

參考來源：

[1]郭春芳.稀土摻雜上轉換發(fā)光納米材料的研究進展

[2]田婧等.稀土上轉換納米發(fā)光材料研究進展

[3]劉濤等.稀土上轉換發(fā)光納米材料的應用

[4]陳志鋼等.稀土上轉換發(fā)光納米材料的研究進展

[5]郭海等.稀土納米上轉換發(fā)光材料研究進展

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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