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上转换发光基质材料——六方相NaYF4和NaGdF4纳米晶的制备研究

2020-12-07阅读(358)

上转换发光基质材料——六方相NaYF4和NaGdF4纳米晶的制备研究

论文摘要

随着高科技领域生物芯片技术的崛起,上转换荧光纳米材料应用于制作该技术使用的荧光探针已逐渐成为新的研究热点。迄今为止,六方晶型NaYF4为基质,Yb,Er共掺杂的荧光材料是发光效率最高的上转换荧光材料。目前,六方晶型NaYF4纳米粒子的合成条件还比较苛刻,已有报道的最低合成温度为160℃。本课题采用反转胶束法在常温下制备了几乎纯六方晶型的NaYF4纳米粒子,此方法操作简便、成本低,与传统方法相比具有一定的优势。文中着重研究了表面活性剂浓度、溶液pH值等因素对NaYF4晶形的影响,并对反应机理做了研究。另外我们还对另一种基质材料NaGdF4采用水相法进行了制备,调查了反应因素对合成NaGdF4纳米颗粒形状和大小的影响,得到了如下结论:（1）对于NaYF4,用反转胶束法所得NaYF4纳米材料粒径小约10nm,大小均一,分散良好,产量高。随着油酸钠浓度的逐渐增加,立方晶型NaYF4的含量逐渐降低,六方晶型NaYF4的含量逐渐增加,当油酸钠的浓度达到0.40 mol/L时,产品基本为六方晶型NaYF4,但当油酸钠的浓度大于0.40 mol/L时,立方晶型的NaYF4又开始出现;当Y（ClO4）3溶液的pH值在1～6之间变化时,pH=2最有利于六方晶型的NaYF4纳米粒子产生,但是当pH>2（或<2）时,立方晶形的NaYF4会出现而且它的量会随着pH的增大（或减小）而增多;油相极性的改变（环己烷,己烷,甲苯）对NaYF4晶形影响不大,仍以六方晶形产物为主;表面活性剂AOT和CTAB不能得到六方晶型的NaYF4;水相中离子强度的改变会有生成立方晶型的NaYF4的趋势;当油水体积比在1:5～5:1之间变化时,3:2最有利于六方晶型的NaYF4纳米粒子产生,但是当油水体积比>3:2（或<3:2）时,立方晶形的NaYF4会出现而且它的量会随着pH的增大（或减小）而增多。由此可知六方晶NaYF4纳米粒子的形成是各种因素共同作用的结果。此外通过ICP元素分析和红外测试结果推断其反应机理为,产物先在水相中形成的胶束之间得到,然后胶束反转,产物转移到油相。（2）油水界面法得到的NaYF4纳米粒子4-5 nm,分散性好,大小均一。通过调节体系的pH值,可以控制产物晶形,进而得到几乎纯的六方晶形的NaYF4。（3）对于NaGdF4,用水相法制备出的NaGdF4粒子大小均一,分散良好,晶体是单晶结构,属于六方晶系。Y（ClO4）3溶液的pH值的改变,对NaGdF4纳米粒子大小和形状的影响不大;当[F-≡0.17 mol/L],[Gd3+≡0.04 mol/L]时,粒径最大。而基于这个标准改变浓度时,由于初级粒子对过量离子的吸附,排斥力增加,粒子变小甚至会消失;络合剂EDTA和柠檬酸钠对粒子的大小的影响基本相似,都是随着它们浓度的增大,粒子逐渐变小。但是在EDTA作用下,得到的是纺锤体,而柠檬酸钠得到的是球形粒子,通过对比发现柠檬酸钠对长径比以及粒子大小的作用效果要比EDTA的作用效果强,这可能与两者的结构,饱和吸附量和空间位阻有关。时间实验表明反应一开始,体系中就形成了大量而稳定的粒子,说明粒子不是通过逐步消耗溶液中的Y3+产生的,而种晶实验表明溶液中的NaGdF4粒子大小变化不大。所以水相中NaGdF4粒子形成符合聚集生长模型,而不是LaMer模型。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 第一章 绪论
  • 1.1 稀土发光材料的物化性质
  • 1.1.1 稀土元素的基本性质
  • 1.1.2 稀土元素的化学性质
  • 1.1.3 稀土元素的光学性质
  • 1.1.4 稀土荧光材料
  • 1.1.5 稀土发光的原理
  • 1.1.6 稀土发光材料的分类
  • 1.1.7 上转换发光材料
  • 1.1.8 稀土离子上转换发光机制
  • 1.1.9 常见的上转换材料
  • 1.1.10 上转换稀土纳米材料的发展和应用
  • 1.2 上转换荧光材料在生物芯片技术中的应用
  • 1.2.1 上转换荧光材料及其发展和应用简介
  • 1.2.2 上转换发光材料在生物芯片技术中的应用
  • 1.2.3 用于生物芯片上理想荧光探针的特点
  • 1.2.4 纳米上转换荧光探针用在生物芯片上的优点
  • 1.2.5 把上转换荧光探针应用于生物芯片技术中需要解决的主要问题
  • 1.3 纳米稀土发光材料的制备方法
  • 1.4 课题的提出
  • 第二章 原料、测试仪器和方法
  • 2.1 实验试剂
  • 2.2 实验仪器及介绍
  • 2.2.1 实验仪器
  • 2.2.2 透射电子显微镜
  • 2.2.3 X射线衍射仪器
  • 2.2.4 电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）
  • 4纳米晶的研究'>第三章 反转胶束法制备NaYF4纳米晶的研究
  • 3.1 基准样品的选择与制备
  • 4基准物的具体制备过程'>3.1.1 制备稀土NaYF4基准物的具体制备过程
  • 3.1.2 反转胶束法合成基准样的实验结果与讨论
  • 4纳米粒子的晶型控制研究'>3.2 NaYF4纳米粒子的晶型控制研究
  • 4晶型的影响'>3.2.1 油酸钠浓度对NaYF4晶型的影响
  • 4）3溶液pH值的选择对NaYF4晶型的影响'>3.2.2 Y（ClO4）3溶液pH值的选择对NaYF4晶型的影响
  • 4晶型的影响'>3.2.3 油相的选择对NaYF4晶型的影响
  • 4晶型的影响'>3.2.4 不同表面活性剂的选择对NaYF4晶型的影响
  • 4晶型的影响'>3.2.5 反应物的离子强度对产品NaYF4晶型的影响
  • 4晶型的影响'>3.2.6 不同油水相体积对产品NaYF4晶型的影响
  • 4纳米晶的反应机理探研究'>3.3 反转胶束法法制备NaYF4纳米晶的反应机理探研究
  • 3.3.1 ICP元素含量测试
  • 3.3.2 红外测试结果
  • 3.3.3 反转胶束法反应机理推测
  • 3.4 本章小结
  • 4纳米晶的合成研究'>第四章 油水界面法制备NaYF4纳米晶的合成研究
  • 4.1 基准样品的选择与制备
  • 4基准物的具体制备过程'>4.1.1 制备NaYF4基准物的具体制备过程
  • 4.1.2 反转胶束法合成基准样的实验结果与讨论
  • 4.2 调节水溶液pH值对产物晶形的影响
  • 4.2.1 实验部分
  • 4.2.2 实验结果与讨论部分
  • 4.3 油水界面法的其他研究
  • 4.4 本章小结
  • 4纳米晶的合成研究'>第五章 水相法制备NaGdF4纳米晶的合成研究
  • 5.1 基准样品的选择与制备
  • 5.1.1 无络合剂添加的基准试样
  • 5.1.2 添加络合剂EDTA
  • 5.1.3 基准样的实验结果与讨论
  • 4纳米晶形成的影响'>5.2 不同因素对NaGdF4纳米晶形成的影响
  • 4）3溶液的pH值对NaGdF4纳米晶形成的影响'>5.2.1 Gd（ClO4）3溶液的pH值对NaGdF4纳米晶形成的影响
  • 4纳米晶形成的影响'>5.2.2 NaF溶液的浓度对NaGdF4纳米晶形成的影响
  • 4）3溶液的浓度对NaGdF4纳米晶形成的影响'>5.2.3 Gd（ClO4）3溶液的浓度对NaGdF4纳米晶形成的影响
  • 4纳米晶形成的影响'>5.2.4 不同络合剂对NaGdF4纳米晶形成的影响
  • 4纳米粒子形成的影响'>5.2.5 反应时间与种晶效应对NaGdF4纳米粒子形成的影响
  • 5.3 本章小节
  • 第六章 结论与展望
  • 参考文献
  • 东华大学硕士研究生在学期间发表学术论文目录
  • 致谢

    • 相关论文文献

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