磁-光双功能纳米颗粒的可控制备和物性调制研究

兼具磁性和发光双功能的纳米颗粒，不仅具有发光谱带窄、Stokes位移大、量子效率高、寿命长和光及化学稳定性高、合成工艺简单等诸多优良的光学性能，而且其具有的磁学性能在组织成像、药物标靶定位、生化传感器、诊疗等生物、医学、化学领域具有重要的学术意义和广阔的应用前景。本项目提出采用水热法及化学燃烧法相结合的方法（HTS&CC）制备基于磁性和稀土离子共掺杂的磁-光双功能纳米颗粒（MLNPs），通过系统研究HTS&CC工艺参数与MLNPs的结构及性能的内在关系，实现材料的可控制备及其物性的可控调制，为其在应用中具备可调控性和高敏感性等优点奠定基础；同时，通过建立掺杂原子的微观模型，分析并揭示材料微晶及微磁结构、种类、成分、粒径、各工艺参数等与光及磁性能之间的关系及相应的物理机制，模拟预测其物理性质，为实验参数的优化提供指导和理论依据。

基本按照项目预定计划进行了研究工作，从获得的实验结果及数据分析看达到了预期目标效果。经过多次探索优化，通过水热与固相燃烧与晶化的简单实用的方法，发展了一套制备磁光双功能纳米结构颗粒的工艺参数。.制备的γFe2O3•Gd2O3: 20%Yb3+/x%Er3+/3%Nd3+系列样品具有立方相结构， FESEM测得样品是空心的介孔蜂窝状球形结构，颗粒外径1-1.5µm，壳层厚度约200nm，由约22nm的晶粒组装成介孔的结构，孔径在50-100nm之间。这些颗粒的磁性能是由铁磁性和顺磁性的叠加而成，饱和磁化强度和矫顽力分别可达90.0 Oe 和 2.45 emu/g。在980nm激发光激发下，能发射Er3+的红、绿双荧光带，红光的积分强度是绿光的2倍多。当样品处于外磁场中，研究发现随着外磁场强度的增加，样品的荧光强度下降，当外磁场达到5kOe时，积分强度下降到原来的82%。当撤除外磁场后，样品发光又基本恢复到原来的荧光强度。.样品γFe2 O3:20%Yb3+/2%Er3+是空心笼子状多级结构的球形颗粒，球径500-800 nm的范围，壳层厚度约150nm，由平均直径40 nm的晶粒自组装而成。TEM 图中清晰的晶格条纹以及尖锐狭窄的粉末衍射峰均表明颗粒具有很高的结晶度。在980nm光激发下发射Er3+的红、绿双荧光带，但总的荧光强度较弱。室温下，VSM测得样品具有顺磁性。.样品γFe2O3•Yb2O3:10%Sm3+/2%Er3+具有立方相结构，FESEM和TEM图显示，样品是约200纳米的大小均匀、形状规则的球形纳米小颗粒。在980nm光激发下发出较强的绿色荧光。样品表现出明显的磁滞，当扣除样品中的顺磁信号后，得到了一个高矩形比的磁滞回线。样品存在的软磁成分，使磁滞曲线在接近磁场零点时发生蜂腰，磁场2T时样品的磁化强度103 memu/g，矫顽力达到7273Oe之高。.制备的γFe2O3•La2O3:10%Yb3+/2%Er3+纳米结构颗粒，前驱体在500oC下焚化热处理后的结构形貌，形成均匀的空心球，其表面是鳞片状“毛刺”样的新颖结构。再经过700oC下2h晶化处理后，球表面的鳞片生长成不规则的小碟片状结构。颗粒的粒径约500nm，壳层厚约100nm。荧光谱由红、绿及红外3个谱带组成。在1T的外加磁场下，矫顽力和磁化强度分别为39.7Oe和1.3emu/g。