微反应器法制备高性能稀土掺杂纳米发光颗粒及其成核生长过程控制

发布时间：2018-04-16 07:57

本文选题：稀土掺杂 + 纳米发光颗粒　；参考：《东华大学》2010年硕士论文

【摘要】： 无机纳米发光颗粒在免疫生物学和临床检验学等研究领域中体现了极大的潜在应用价值。这类标记物主要包括半导体荧光量子点(Quantum Dots,QDs)及稀土掺杂纳米发光颗粒。目前研究较多的QDs如CdS,CdSe,CdTe等多为有机合成,制备条件苛刻,且本身存在光闪烁、重金属毒性等缺点,限制了其在生物标记上的应用。稀土掺杂纳米发光颗粒具有毒性低、Stokes位移宽,且对光漂白、闪烁以及光化学降解有较强的抵抗性等优势,因而在生物荧光标记上有着巨大的应用潜能。但目前传统方法制备的稀土掺杂纳米发光颗粒存在粒径分布宽、尺寸大、分散性差、发光效率不高等缺陷,难以达到生物荧光标记应用的可再分散、水溶性和发光性能良好等的要求。本文利用微流体反应器水相合成了LaF_3/LaPO_4:Ln~(3+)(Ln~(3+)=Ce~(3+),Tb~(3+),Eu~(3+)、)纳米发光颗粒,结合微流体力学控制了纳米颗粒在微空间中的成核生长过程;通过优化工艺提高了纳米颗粒的可再分散性、水溶性及荧光性能,并通过微波辐射加热提高了微反应器合成纳米颗粒的产率。全文主要研究工作如下: (1)利用内径为300μm的聚四氟乙烯微细管作微流体反应器,以醇类试剂(乙二醇(EG)和一缩二乙二醇(DEG)等)为溶剂,在较低反应温度(80～140℃),较短反应时间(5～60 s)内合成稀土掺杂纳米发光颗粒。通过X射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM),傅立叶变换红外光谱(FTIR Spectrum),紫外可见吸收光谱(UV-Vis Absorption)和荧光光谱(PL Spectrum)等手段对所制备的纳米发光颗粒的结构和性能进行了表征,结果证明用微流体反应器所合成的纳米发光颗粒在结构和性能上都比传统制备方法有了显著提高。 (2)基于高温快速成核和低温较慢生长的结晶理论,设计了两步法微流体反应器,并合成了稀土掺杂纳米发光颗粒。通过表征表明:两步法合成的LaF_3:Ce,Tb纳米发光颗粒具有较窄的粒径分布,粒径在4～5 nm,且表现出优异的水溶性和可再分散性;荧光性能得到了明显提高,尤其是荧光量子产率相对于传统制备方法获得样品有了显著提高,达到了49%。 (3)采用微波辐射对微流体反应段加热,控制成核与生长过程,一步获得稀土掺杂纳米发光颗粒。经表征发现,微波辐射加热微反应器所合成的纳米颗粒在结晶性、分散性以及形貌控制上得到了显著的改进:获得LaF_3:Ce,Tb单分散纳米颗粒的平均粒径为4.5 nm,LaPO_4:Ce,Tb纳米棒的平均长度为65 nm,平均直径为12 nm;两个体系都表现出优异的可再分散性和水溶性;尤其是荧光性能和量子产率,都比油浴恒温加热获得的样品有明显提高。另外,利用微波辐射技术,解决了微流体反应器制备纳米颗粒产率低的问题:获得的Ce~(3+),Tb~(3+)共掺杂LaF_3纳米颗粒和LaPO_4纳米颗粒的产率分别达到了72.3%和91.2%。在微波辅助合成的LaPO_4:Eu纳米颗粒中,发现了由几个纳米单晶组成的25～30 nm大小的纳米颗粒粒组,并呈单分散状,在组内产生显著取向的现象;说明微波辐射对微流体反应器内的结晶过程具有特殊的作用。 (4)为解决提高Eu~(3+)离子掺杂LaF_3纳米颗粒荧光性能的难点,设计了微流体反应器并连续合成了LaF_3:Eu@LaF_3(Core@Shell)核壳结构纳米颗粒。结果表明,在平均粒径为4.5 nm的LaF_3:Eu核粒子表面包覆了一层1.5 nm左右厚的LaF_3基质材料,形成了粒径为6nm核壳结构的纳米颗粒,并使颗粒的结晶性、水溶性及荧光性能得到了显著提高。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TB383.1

【参考文献】