稀土氟化物空心、多孔上轉(zhuǎn)換納米材料的制備、相變機(jī)理及生物成像應(yīng)用研究.pdf

1、稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米材料（UCNCs）在980nm近紅外激光激發(fā)下，具有發(fā)射峰窄、熒光壽命長(zhǎng)、反斯托克斯位移大、光穩(wěn)定性和低毒性等特點(diǎn)，近年來(lái)其成功應(yīng)用于生物成像、顯示設(shè)備、太陽(yáng)能電池、光通信及催化等領(lǐng)域。NaYF4、NaGdF4、NaLuF4、CaF2、BaGdF5、BaLuF5、BaYF5等稀土氟化物納米晶體被認(rèn)為是最常用的上轉(zhuǎn)換發(fā)光基體材料，它們的合成以及應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。
　　本論文研究?jī)?nèi)容分為三個(gè)部分：
　　第一部分

2、：利用十二烷基二甲基芐基氯化銨（DDBAC）陽(yáng)離子表面活性劑，水熱合成LuF3上轉(zhuǎn)換納米粒子（80-100nm）及Na1.5Y2.5F9（450-550nm）上轉(zhuǎn)換花狀自組裝結(jié)構(gòu)。DDBAC有助于控制反應(yīng)初始階段納米晶形態(tài)、生長(zhǎng)方向及奧斯特瓦爾德熟化作用。同時(shí)比較四種季銨鹽類陽(yáng)離子表面活性劑：十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）、DDBAC、十二烷基三甲基溴化銨（DTAB）、雙十二烷基二甲基溴化銨（DDAB），結(jié)果表明，DDBAC可有效抑制

3、納米粒子自發(fā)團(tuán)聚過(guò)程，提高納米材料的分散性、均一性和穩(wěn)定性。
　　第二部分：利用陰離子水熱誘導(dǎo)“爆破”方法制備一系列水溶性空心、多孔上轉(zhuǎn)換納米晶，其中包括NaYF4、NaGdF4、NaLuF4、BaYF5、BaGdF5、BaLuF5及CaF2稀土摻雜氟化物納米晶。陰離子水熱誘導(dǎo)“爆破”方法主要利用水熱條件下的有機(jī)添加劑高溫分解產(chǎn)生氣體，在外部陰離子腐蝕及內(nèi)部氣體壓力共同作用下，納米材料產(chǎn)生孔洞、空心結(jié)構(gòu)。根據(jù)反應(yīng)過(guò)程，可以分為三種

4、形式：（1）“深區(qū)爆破”適于制備空心結(jié)構(gòu)；（2）“定點(diǎn)、定向爆破”適于制備柱狀多孔結(jié)構(gòu)；（3）“近表層爆破”適于制備近表面層孔洞結(jié)構(gòu)。我們利用有限元原理的SolidWorks軟件對(duì)三種形式的反應(yīng)過(guò)程和材料的應(yīng)力分布狀態(tài)進(jìn)行模擬及驗(yàn)證。
　　第三部分：在水熱條件下，首次提出“晶胞轉(zhuǎn)動(dòng)誘導(dǎo)納米晶相變機(jī)理”、“相變過(guò)程能量分區(qū)假設(shè)”、“晶胞能量躍遷假設(shè)”，合理解釋稀土氟化物由立方相到六方相的轉(zhuǎn)變過(guò)程，相變可提高其上轉(zhuǎn)換發(fā)光效率1-2個(gè)數(shù)

5、量級(jí)，解決了上轉(zhuǎn)換納米材料發(fā)光強(qiáng)度低的難題。利用相變對(duì)納米材料形貌、尺寸及性能的影響，可控制備出小于5nm的NaGdF4、CaF2等水溶性上轉(zhuǎn)換“納米團(tuán)簇”以及不同尺寸范圍（15-200nm）的NaYF4水溶性多孔納米粒子。利用水溶性空心、多孔上轉(zhuǎn)換納米晶進(jìn)行細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示材料安全、無(wú)毒，具有良好的生物相容性。進(jìn)行人胃癌MGC803細(xì)胞體外熒光成像以及活體動(dòng)物腫瘤模型CT、MRI多模式成像，表明NaGdF4、NaLuF4等納米晶