近红外长余辉纳米发光颗粒的研究

发布时间：2020-09-03 11:50

　　 长余辉发光材料在近些年受到了广泛的关注,特别是以Cr3+为发光中心的近红外长余辉发光材料。由于该类材料可以发射具有深组织穿透性和抗生物自体荧光干扰的近红外光,在生物组织成像领域拥有广阔的应用前景。但目前该类材料尚未得到实际应用,从实验阶段到实际应用还面临一些困难。首先,用于生物组织成像的近红外长余辉纳米颗粒要同时具备持久高强度的余辉发射性能和良好的表面形态两方面特性。现有文献报道的材料长余辉性能和表面形态不能同时满足生物成像的要求。其次,近红外长余辉纳米颗粒的光激励性能在多轮组织成像中拥有重要的价值,现有文献报道了一些长余辉材料的光激励性能,但尚未对这些材料的光激励性能进行系统性的研究。最后,现有合成方法的周期普遍较长,纳米产率较低。在此背景下,本文主要针对ZnGa2O4:Cr3+近红外长余辉纳米颗粒的制备、性能改进和制备流程改进等问题展开研究和讨论。本文研究的具体内容和结论如下:(1)分别使用溶胶凝胶法和水热法成功制备了ZnGa2O4:Cr3 近红外长余辉纳米颗粒。溶胶凝胶法制备的样品颗粒粒径主要集中在70 nm附近,颗粒多为近圆形的不规则多面体,分散性很好。水热法制备的样品颗粒粒径主要集中在50 nm左右,颗粒多为近圆形的不规则多面体,分散性很好。两种方法制备的样品在15 min的紫外灯激发后,在699 nm附近都有很强的近红外长余辉发射。(2)热处理温度和掺杂浓度对ZnGa2O4:Cr3+近红外长余辉纳米颗粒的表面形貌和余辉性能有很大的影响。随着热处理温度的提高,两种方法制备的纳米颗粒的粒径逐渐增大、团聚增多,但样品的余辉性能越好。另外,Cr3+的掺杂浓度对样品的余辉性能也有很大的影响。用溶胶凝胶法制备的样品在Cr3+掺杂浓度为0.2%时,余辉性能最好;用水热法制备的样品在Cr3+掺杂浓度为0.3%时,余辉性能最好。(3)ZnGa2O4:Cr3+近红外长余辉纳米颗粒具有良好的光激励特性发现不同光激励时间短暂提升样品的余辉强度;多轮光激励可以多次反复提高样品的余辉强度。说明样品内部有丰富的深浅陷阱,可以使用多次LED光激励多次增强样品的近红外长余辉发射强度。(4)改进的溶胶凝胶燃烧法可以在较短周期内制备具有优良余辉性能的近红外长余辉纳米颗粒。本文结合溶胶凝胶法和燃烧法的基本原理,通过改变燃料配比和增加后续烧结环节等,改进ZnGa2O4:Cr3+近红外长余辉纳米颗粒的制备流程,缩短制备周期,并且获得拥有较好余辉性能的ZnGa2O4:Cr3+近红外长余辉纳米颗粒。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ422;TB383.1
【部分图文】：

提出了邋“施主－受主”模型，这种模型在很多情况下都可以解释发光原理，接着逡逑又相继出现了空穴转移模型，电子陷阱模型等。目前易被人们接受的就是电子转逡逑移模型。图１－２简单描述了长余辉发光机制。在外界光源的激发下，处于基态上逡逑的电子会被激发，激发态上的电子很活跃，处于不稳定状态，容易被位于导带附逡逑近的陷阱所俘获，这些陷阱通常是由晶体缺陷造成的。激发停止后，这些电子会逡逑从陷阱中逃逸出来，当电子从激发态跃迁到基态时，就会产生长余辉发光。外界逡逑激发源包括热源、光源、机械振动等。逡逑逦法逡逑／逦ｈｈ逦ｔｒａｐ、逡逑”广逡逑图１－２长余辉发光机理模型［３７］逡逑Ｆｉｇ邋１－２邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ邋ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ邋ｍｏｄｅｌ逡逑长余辉发光材料主要有两部分组成一一基质和激活中心。常见的长余辉发光逡逑５逡逑

逡逑２．２溶胶凝胶法制备Ｚ／ｉＧ幻认纳米楩粒逡逑图２－１给出了使用溶胶凝胶法制备近红外长余辉纳米颗粒的详逡逑细流程。溶胶凝胶法制备纳米颗粒的过程主要分为三步：溶胶的形逡逑成、凝胶的形成和纳米颗粒的制备。溶胶凝胶法通常用金属盐（或醇盐）作为前逡逑驱体于溶剂中形成稳定的均匀溶液，加入柠檬酸，用醇类作交联剂在分子水平上逡逑形成高分子聚合物交联树脂（称为溶胶）。溶胶是一种不稳定的状态，胶粒会出逡逑现凝聚最后转变成凝胶，湿凝胶中充满了气体或液体，必须经过千燥箱烘干才能逡逑变成干凝胶。干凝胶体积会彭大，内部会有好多蓬松的小孔，必须经过合适的热逡逑处理工艺才能将小孔祛除。千凝胶经过热处理后变成理想的具有特定发光性能的逡逑纳米材料。逡逑本文实验的具体步骤如下：逡逑１）溶胶的形成：向盛有２０邋ｍｌ甲醇的烧杯容器内加入０．４００邋ｇ邋Ｏ以０必４历０逡逑形成透明溶液，向盛有２０邋ｍｌ甲醇的烧杯内加入０．７４３邋ｇ逦历０和１．７２４邋ｇ逡逑Ｇｆｌ邋ｆＭ？必Ｊ历Ｏ超声处理后形成透明混合溶液，然后移取８０邋０的０价0３＞９历0逡逑１８逡逑

外长余辉纳米颗粒的流程及具体的实验步骤。最后，本章总结了实验中用到的各逡逑种药品、实验设备的型号、生产厂家等信息。逡逑图２－３是发光材料样品图。２－３Ａ是使用溶胶凝胶法制备的样品在２５４邋ｎｍ紫逡逑外灯下的照片，其在日光下的照片在２－３Ａ的右下角一并给出。从图２－３Ａ可以逡逑看出，使用溶胶凝胶法制备的样品为白色粉末状固体，在２５４邋ｎｍ紫外灯照射下逡逑会发出明亮的红光。图２－３Ｂ给出了用水热法制备的样品在２５４邋ｎｍ紫外灯下和日逡逑光下的照片。水热法制备的样品，在２５４邋ｎｍ紫外灯下同样可以发出明亮的红光。逡逑这说明Ｃｒ＾发光中心己被成功掺入ＺｎＧａ２0４基质。逡逑２２逡逑

【参考文献】

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本文编号：2811387