共摻的無(wú)機(jī)納米材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種Sm3+/Yb3+共摻的無(wú)機(jī)納米材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]稀土摻雜發(fā)光材料的轉(zhuǎn)換發(fā)光過程中，不僅包括光-光轉(zhuǎn)換的過程，還包括光-熱轉(zhuǎn)換的過程。光-光轉(zhuǎn)換過程與光-熱轉(zhuǎn)換過程相互依存相互競(jìng)爭(zhēng)。目前的研究熱點(diǎn)為光-光轉(zhuǎn)換過程，稀土摻雜的無(wú)機(jī)材料光-熱轉(zhuǎn)換過程被忽視和低估，在生物光熱治療等領(lǐng)域中未見報(bào)道。
[0003]光熱治療是指利用熱對(duì)特定的癌細(xì)胞造成不可逆的致命損傷，在40?45°C將其殺死而不會(huì)損傷周圍正常的生物體組織細(xì)胞。將光熱轉(zhuǎn)換材料用特定的生物官能團(tuán)修飾，能使其附著在指定的癌細(xì)胞表面，再用具有一定組織穿透深度的光輻照，達(dá)到光熱轉(zhuǎn)換的效果，最終實(shí)現(xiàn)光熱治療的目的。但是，目前光熱治療所用的光熱轉(zhuǎn)換材料，如碳納米管、金納米結(jié)構(gòu)及半導(dǎo)體量子點(diǎn)等，存在生物相容性低、制備繁復(fù)及制備過程污染大等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明通過對(duì)無(wú)機(jī)納米材料摻雜稀土離子的選擇，最大化實(shí)現(xiàn)其光-熱轉(zhuǎn)換過程，解決了上述問題。
[0005]本發(fā)明提供了一種Sm3+/Yb3+共摻的無(wú)機(jī)納米材料，所述材料的化學(xué)式為NaY {1 x y)SmxYby(WO4)2，其中，X = 0.01?0.1，y = 0.1?0.3 ;所述材料為四方晶系結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明的另一目的為提供上述Sm3+/Yb3+共摻的無(wú)機(jī)納米材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0007]前驅(qū)體制備:將Sm (NO3) 3.6H20、Yb (NO3) 3.6H20 和 Y (NO3) 3.6H20 溶于水中，得到稀土硝酸鹽溶液；將Na3Cit.2H20溶于水中，得到Na3Cit.2H20溶液；將Na2WO4.2H20溶于水中，得到Na2WO4.2H20溶液；將稀土硝酸鹽溶液加入到Na3Cit.2H20溶液中混勻后加入Na2WO4.2H20溶液，混勻，得到前驅(qū)體；
[0008]所述Sm (NO3) 3.6H20、Yb (NO3) 3.6H20、Y (NO3) 3.6H20、Na3Cit.2H20 與 Na2WO4.2H20的摩爾比為 0.01 ?0.1:0.1 ?0.3:0.6 ?0.89:1:2。
[0009]微波輔助水熱反應(yīng):將前驅(qū)體在微波反應(yīng)器中160?180°C反應(yīng)10?60min、洗滌、烘干、煅燒。
[0010]本發(fā)明所述稀土硝酸鹽溶液的濃度優(yōu)選為0.5?0.7mol/Lo
[0011]本發(fā)明所述Na3Cit.2H20溶液的濃度優(yōu)選為0.3?0.5mol/L。
[0012]本發(fā)明所述Na2WO4.2H20溶液的濃度優(yōu)選為0.5?lmol/L。
[0013]本發(fā)明所述煅燒條件優(yōu)選為600?700 0C煅燒I?2h。
[0014]本發(fā)明的又一目的為提供上述Sm3+/Yb3+共摻的無(wú)機(jī)納米材料在光熱轉(zhuǎn)化上的應(yīng)用。
[0015]本發(fā)明所述應(yīng)用方法優(yōu)選為包括如下步驟:
[0016]①光能吸收過程:采用980nm激光器作為光源對(duì)能量供體Yb3+離子輻射，實(shí)現(xiàn)激發(fā)態(tài)能級(jí)2F5/2的布居；
[0017]②能量傳遞過程:能量受體Sm3+離子的6F9/2能級(jí)與能量供體Yb3+離子的2F5/2能級(jí)匹配，Yb3+離子將吸收的能量傳遞給Sm3+離子，使Sm3+離子的6F9/2能級(jí)布居；
[0018]③熱能轉(zhuǎn)化過程:由于基質(zhì)無(wú)機(jī)納米材料NaY (WO4)2具有聲子能，在聲子能的作用下，使Sm3+離子的6F9/2能級(jí)上布居的電子不再向Sm3+離子更高的能級(jí)布居，同時(shí)Sm3+離子6F9/2能級(jí)以下具有密集的位置比較低的能級(jí)，Sm3+離子的6F9/2能級(jí)上布居的電子以能級(jí)間的無(wú)輻射弛豫的方式去激發(fā)，最后回到Sm3+離子的6H5/2基態(tài)能級(jí)，能量以熱的方式釋放。
[0019]本發(fā)明有益效果為:
[0020]①本發(fā)明通過改變栗浦光源的激發(fā)功率、Yb3+離子及Sm 3+離子的摻雜濃度改變光熱轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換熱量的可控性；
[0021]②本發(fā)明采用980nm光纖激光器作為栗浦光源，能量供體Yb3+離子在980nm處有較大的吸收截面，保證其最大程度的光能吸收；
[0022]③本發(fā)明采用980nm光纖激光器作為栗浦光源，其波長(zhǎng)處于生物體組織穿透窗口(700?100nm)，具有組織穿透能力，為在生物光熱治療領(lǐng)域提供潛在條件；
[0023]④本發(fā)明所述能量受體Sm3+離子，具有豐富的位置比較低的下能級(jí)和比較稀少的中間能級(jí)，增加了能級(jí)間無(wú)輻射弛豫的幾率；
[0024]⑤本發(fā)明所述NaY(WO4)2無(wú)機(jī)納米材料制備簡(jiǎn)單、制備過程無(wú)污染，同時(shí)材料自身具有較好的化學(xué)物理穩(wěn)定性，生物相容性更高。
【附圖說明】
[0025]本發(fā)明附圖2幅，
[0026]圖1為實(shí)施例1制備的具有光熱轉(zhuǎn)換特性的Sm3+/Yb3+共摻的NaY (W0 4) 2納米粒子的XRD圖；
[0027]圖2為實(shí)施例1制備的具有光熱轉(zhuǎn)換特性的Sm3+/Yb3+共摻的NaY (W0 4) 2納米粒子的SEM圖ο
【具體實(shí)施方式】
[0028]下述非限制性實(shí)施例可以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0029]實(shí)施例1
[0030]一種Sm3+/Yb3+共摻的NaY (W0 4) 2納米粒子的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0031]前驅(qū)體制備:將0.1mmol Sm(NO3)3.6H20、0.2mmol Yb (NO3)3.6H20 和 1.7mmolY(NO3)3.6Η20溶于3mL蒸餾水中，得到稀土硝酸鹽溶液；將2mmol Na3Cit.2Η20溶于4mL蒸餾水中，得到Na3Cit.2H20溶液；將4mmoI Na2WO4.2H20溶于4mL蒸餾水中，得到Na2WO4.2H20溶液；將稀土硝酸鹽溶液以5ml/min的速度滴加到Na3Cit.2H20溶液中，100r/min攪拌lOmin，再以5ml/min的速度滴加Na2WO4.2H20溶液，100r/min攪拌15min，得到白色膠狀前驅(qū)體；
[0032]微波輔助水熱反應(yīng):將白色膠狀前驅(qū)體加入到石英玻璃反應(yīng)釜中，再將石英玻璃反應(yīng)爸放入B1tage Initiator微波反應(yīng)器內(nèi)，180°C反應(yīng)lh，分別用蒸饋水和無(wú)水乙醇洗滌2?3次，60°C烘干lh，700°C煅燒lh，得到具有光熱轉(zhuǎn)換特性的Sm3+/Yb3+共摻的NaY (TO4) 2納米粒子。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Sm3+/Yb3+共摻的無(wú)機(jī)納米材料，其特征在于:所述材料的化學(xué)式為NaY {1 x y)SmxYby(W04)2，其中，x = 0.01?0.1，y = 0.1?0.3 ;所述材料為四方晶系結(jié)構(gòu)。2.權(quán)利要求1所述Sm3+/Yb3+共摻的無(wú)機(jī)納米材料的制備方法，其特征在于:所述制備方法包括如下步驟: 前驅(qū)體制備:將Sm (N03) 3.6H20、Yb (N03) 3.6H20和Y (N03) 3.6H20溶于水中，得到稀土硝酸鹽溶液d#Na3Cit.2Η20溶于水中，得到Na3Cit.2Η20溶液；將他#04.2Η20溶于水中，得到Na2W04.2HzO溶液；將稀土硝酸鹽溶液加入到Na3Cit.2HzO溶液中混勻后加入Na2W04.2HzO溶液，混勻，得到前驅(qū)體；所述 Sm(N03)3.6H20、Yb (N03) 3.6H20、Y(N03)3.6H20、Na3Cit.2HzO 與 Na2W04.2HzO 的摩爾比為 0.01 ?0.1:0.1 ?0.3:0.6 ?0.89:1:2。 微波輔助水熱反應(yīng):將前驅(qū)體在微波反應(yīng)器中160?180°C反應(yīng)10?60min、洗滌、烘干、鍛燒。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:所述稀土硝酸鹽溶液的濃度為0.5 ?0.7mol/L04.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:所述Na3Cit.2HzO溶液的濃度為0.3 ?0.5mol/L05.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:所述Na2W04.2HzO溶液的濃度為0.5 ?lmol/L06.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:所述煅燒條件為600?700°C煅燒1 ?2h07.權(quán)利要求1所述Sm3+/Yb3+共摻的無(wú)機(jī)納米材料在光熱轉(zhuǎn)化上的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種Sm3+/Yb3+共摻的無(wú)機(jī)納米材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域，所述材料的化學(xué)式為NaY(1-x-y)SmxYby(WO4)2，其中，x＝0.01～0.1，y＝0.1～0.3；所述材料為四方晶系結(jié)構(gòu)，本發(fā)明有益效果為通過改變泵浦光源的激發(fā)功率、Yb3+離子及Sm3+離子的摻雜濃度改變光熱轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換熱量的可控性。
【IPC分類】A61K41/00, A61P35/00, C09K11/78
【公開號(hào)】CN105255492
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510741836
【發(fā)明人】鄭輝, 陳寶玖, 李香萍, 張金蘇, 徐賽
【申請(qǐng)人】大連海事大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年11月4日