CN107557013A - 基于稀土上转换发光纳米材料的三维多孔海绵复合材料 - Google Patents

基于稀土上转换发光纳米材料的三维多孔海绵复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于稀土上转换发光纳米材料的三维多孔海绵复合材料，将海绵作为载体，通过静电作用层层自组装稀土上转换发光纳米材料。本发明以商业海绵作为模板指引稀土上转换发光纳米材料的三维宏观自组装，制备出可在光电器件、生物医药领域具有广泛应用前景的三维宏观纳米结构单元组装体。

Description

基于稀土上转换发光纳米材料的三维多孔海绵复合材料
技术领域
本发明涉及一种基于稀土上转换发光纳米材料的三维多孔海绵复合材料，属纳米复合材料领域。
背景技术
稀土上转换纳米发光材料（UCNPs）能够通过双光子或多光子机制把低能量长波辐射转换成高能量短波辐射，其具备毒性低、化学稳定性高、光稳定性强、信噪比高、发射谱带窄、荧光寿命长、反斯托克斯位移大、较大的光穿透深度、无光漂白、无背景荧光以及对生物组织无损伤等诸多优点，在免疫分析、生物标记、生物传感、生物成像、药物载体、光动力治疗、光热治疗、光导开关、信息存储、食品安全检测、光催化以及太阳能电池等领域有着广泛的研究和应用。其中NaYF4:Yb,Er/Tm是发光效率最高的UCNPs之一。
在过去的十年里，研究人员对纳米颗粒的组装体研究兴趣越来越高，他们在纳米结构单元的一维、二维、三维自组装和指引组装方面已经做了大量的工作。具体到UCNPs领域，有关UCNPs的一维、二维自组装的文献较多，如长春理工大学化学与环境工程学院董相廷采用静电纺丝技术制备Y2O3:Yb3+,Er3+上转换纳米纤维（高等学校化学学报,2010,31(01):20-25）；Tan采用直接共混法将CeF3:Yb,Er与PMMA混合，然后将混合溶液倒入模具，溶剂挥发后得到PMMA复合薄膜（ACS Applied Materials & Interfaces, 2010, 2(7):1884-1891）。但是还未见以三维多孔材料海绵为载体的宏观自组装体系。
发明内容
本发明针对上述不足，提供一种基于稀土上转换发光纳米材料的三维多孔海绵复合材料。
本发明通过下述技术方案予以实现：（1）将海绵洗净后，切割成方块，浸渍在质量分数1%的阳离子化合物水溶液中24h，浴比1:50，取出后真空烘干；（2）将端氨基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm和端羟基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm分别配制成1-10g/L的水溶液；（3）将上述海绵浸渍在80℃的端羟基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm水溶液中10-60min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述海绵浸渍在80℃的端氨基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm水溶液中10-60min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干，至此已将一层NaYF4:Yb,Er/Tm组装到海绵的表面，随后依次在端羟基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm和端氨基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm组装液中重复0-9次上述操作。
作为优选方案，所述阳离子化合物为端氨基超支化聚合物、PMMA、壳聚糖、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、聚多巴胺、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵、辛基十二烷基二甲基氯化铵、聚乙烯亚胺中的一种或多种。
端氨基超支化聚合物的合成可参考下述公开文献：端氨基超支化聚合物及其季铵盐的制备与性能[J].高分子材料科学与工程, 2009, 25(8): 141-144；CN200710020794.8一种超支化活性染料无盐染色助剂；Coloration Technology, 2007, 123(6): 351-357；AATCC Review, 2010, 10(6): 56-60；Biomacromolecules, 2010, 11(1): 245-251；Chemical Research in Chinese Universities, 2005, 21(3): 345-354。
端羟基超支化聚合物的合成可参考下述公开文献：杨保平,张鹏飞,崔锦峰等.端羟基超支化聚合物的改性研究及其在涂料中的应用[J].中国涂料,2011,26(3):53-57；王学川,胡艳鑫,郑书杰等.端羟基超支化聚合物对Fe3+吸附行为研究[J].化工新型材料,2011,39(9):26-29,47；强涛涛,张国国,王学川等.端羟基超支化聚合物的合成与改性[J].日用化学工业,2012,42(6):413-417。
端氨基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm和端羟基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm制备步骤可参考文献：中国发明专利CN201410701945.6一种水溶性上转换纳米颗粒及其制备方法。
与现有技术相比，本发明的优点在于：以商业海绵作为模板指引稀土上转换发光纳米材料的三维宏观自组装，利用带负电的端羟基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm与带正电的端氨基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm之间的静电作用作为成膜推动力，制备出可在光电器件、生物医药领域具有广泛应用前景的三维宏观纳米结构单元组装体。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
（1）将海绵洗净后，切割成方块，浸渍在质量分数1%的PMMA水溶液中24h，浴比1:50，取出后真空烘干；（2）将端氨基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm和端羟基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm分别配制成1g/L的水溶液；；（3）将上述海绵浸渍在80℃的端羟基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm水溶液中10min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述海绵浸渍在80℃的端氨基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm水溶液中10min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干。
实施例2
（1）将海绵洗净后，切割成方块，浸渍在质量分数1%的壳聚糖水溶液中24h，浴比1:50，取出后真空烘干；（2）将端氨基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm和端羟基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm分别配制成5g/L的水溶液；（3）将上述海绵浸渍在80℃的端羟基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm水溶液中30min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述海绵浸渍在80℃的端氨基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm水溶液中30min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干，至此已将一层NaYF4:Yb,Er/Tm组装到海绵的表面，随后依次在端羟基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm和端氨基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm组装液中重复2次上述操作。
实施例3
（1）将海绵洗净后，切割成方块，浸渍在质量分数1%的2,3-环氧丙基三甲基氯化铵水溶液中24h，浴比1:50，取出后真空烘干；（2）将端氨基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm和端羟基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm分别配制成10g/L的水溶液；（3）将上述海绵浸渍在80℃的端羟基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm水溶液中60min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述海绵浸渍在80℃的端氨基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm水溶液中60min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干，至此已将一层NaYF4:Yb,Er/Tm组装到海绵的表面，随后依次在端羟基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm和端氨基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm组装液中重复4次上述操作。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.基于稀土上转换发光纳米材料的三维多孔海绵复合材料，其特征在于：将阳离子化合物预处理过的海绵作为载体，通过静电作用层层自组装稀土上转换发光纳米材料。
2.根据权利要求1所述的基于稀土上转换发光纳米材料的三维多孔海绵复合材料，其特征在于，所述稀土上转换发光纳米材料为NaYF4:Yb,Er/Tm中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的基于稀土上转换发光纳米材料的三维多孔海绵复合材料，其特征在于，所述稀土上转换发光纳米材料为端羟基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm和端氨基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm。
4.根据权利要求1所述的基于稀土上转换发光纳米材料的三维多孔海绵复合材料，其特征在于，所述阳离子化合物为端氨基超支化聚合物、PMMA、壳聚糖、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、聚多巴胺、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵、辛基十二烷基二甲基氯化铵、聚乙烯亚胺中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的基于稀土上转换发光纳米材料的三维多孔海绵复合材料，其特征在于，制备步骤如下：（1）将海绵洗净后，切割成方块，浸渍在质量分数1%的阳离子化合物水溶液中24h，浴比1:50，取出后真空烘干；（2）将端氨基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm和端羟基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm分别配制成1-10g/L的水溶液；（3）将上述海绵浸渍在80℃的端羟基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm水溶液中10-60min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干；然后将上述海绵浸渍在80℃的端氨基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm水溶液中10-60min，浴比1:10，取出后用去离子水反复冲洗，烘干，至此已将一层NaYF4:Yb,Er/Tm组装到海绵的表面，随后依次在端羟基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm和端氨基超支化聚合物修饰NaYF4:Yb,Er/Tm组装液中重复0-9次上述操作。
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