CN110104653B - 一种超细SiNWS:Eu3+,La3+,Y3+荧光纳米材料制备方法 - Google Patents

一种超细SiNWS:Eu3+,La3+,Y3+荧光纳米材料制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超细SiNWS:Eu3+,La3+,Y3+荧光纳米材料的制备方法，包括如下步骤：S1、采用单晶硅片为衬底，用丙酮和甲醇混合液超声清洗，用氨水和双氧水混合溶液超声清洗，再用稀释的HF超声清洗，用去离子水清洗、烘干，备用；S2、热蒸发金属Al和Sc，在S1备用的硅片衬底上形成3‑5nm的金属Al和Sc混合金属膜层，作为生长Si纳米线的金属催化剂；S3、在氩气的保护下，在单晶Si衬底表面生长出Si纳米线；S4、以稀土Eu2O3、Y2O3和La2O3粉末为杂质源，按照比例混合均匀并涂覆在所述步骤S3中形成的Si纳米线的表面；S5、对步骤S4中生成的Si纳米线进行Eu3+、Y3+和La+掺杂，制备荧光纳米材料SiNWS:Eu3+,La3+,Y3+。

Description

一种超细SiNWS:Eu3+,La3+,Y3+荧光纳米材料制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种超细 SiNWS:Eu3+,La3+,Y3+荧光纳米材料的制备方法。
背景技术
荧光纳米材料既保留了纳米材料自身的优势，又具有独特的光学性质，使其在荧光免疫分析、离子识别、蛋白质活性测定、荧光标记、光学成像和医学诊断等方面有着广泛而重要的应用前景。因此，开展荧光纳米材料的制备、结构表征、发光特性和稳定性等方面的研究具有重要的意义。其中Eu3+ 的红光发射具有物理性能稳定、单色性好、量子效率高等特点，被广泛应用于照明、医学、军事、核物理和辐射场等各种领域的发光材料中。目前，以稀土Eu2O3粉末为杂质源，在温度为1000-1200℃、N2气流量为1000sccm等工艺条件下，对Si纳米线(SiNWs)进行Eu3+掺杂，制备了SiNWs:Eu3+下转换荧光纳米材料。但是Eu3+红光发射强度相对较低。同时，Si纳米线的直径较大，不能应用到生物荧光标记中。
因此，亟需一种超细SiNWS:Eu3+,La3+,Y3+荧光纳米材料的制备方法，来改善现有技术中发光强度弱以及直径大的问题，是本领域技术人员需要攻克的难题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种超细SiNWS:Eu3+,La3+,Y3+荧光纳米材料的制备方法，具体方案如下：
一种超细SiNWS:Eu3+,La3+,Y3+荧光纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、采用单晶硅片为衬底，用丙酮和甲醇混合液超声清洗，用氨水和双氧水混合溶液超声清洗，再用稀释的HF超声清洗，用去离子水清洗、烘干，备用；
S2、热蒸发金属Al和Sc，在S1备用的硅片衬底上形成3-5nm的金属Al和Sc 混合金属膜层，作为生长Si纳米线的金属催化剂；
S3、在氩气的保护下，在单晶Si衬底表面生长出Si纳米线；
S4、以稀土Eu2O3、Y2O3和La2O3粉末为杂质源，按照比例混合均匀并涂覆在所述不走S3中形成的Si纳米线的表面；
S5、对步骤S4中生成的Si纳米线进行Eu3+、Y3+和La+掺杂，制备荧光纳米材料SiNWS:Eu3+,La3+,Y3+。
具体的，所述步骤S2，采用真空镀膜机，金属Al和Sc的比例为1:1-5:1，生长的所述Al和Sc混合金属膜层厚度为3-5nm。
具体的，所述步骤S2中Al和Sc的比例为3:1-5:1；
具体的，所述步骤S3中采用高温炉，保护气为温度为1100-1300℃的氩气，生长出来的所述Si纳米线的直径为20-50nm，长度为10-100um。
具体的，所述步骤S4中，所述Eu2O3、Y2O3和La2O3粉末杂质源的配比为 50:1:1-20:1:1。
具体的，所述步骤S1中的三次超声清洗的时间均为10min，所述氨水和双氧水混合溶液的配比为1:2:5，所述稀释的HF的比例为HF:H2O＝1:10。
本发明提供超细SiNWS:Eu3+,La3+,Y3+荧光纳米材料的制备方法，采用Al 和Sc为金属催化剂，基于固液固生长机制制备20-50nm的Si纳米线，在温度为 1200-1300℃、N2气流量为1500-2500sccm和生长时间为60-90min等工艺参数下制备的SiNWS:Eu3+,La3+,Y3+荧光纳米材料，Si纳米新直径由100nm左右降低到了20-50nm，增加了该荧光纳米材料的应用范围；同时，可以提高Eu3+的红光发射强度约100％，有利于提高样品在应用中的灵敏度和分辨率，一定程度上解决了荧光纳米材料发光强度弱以及直径大的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为发光强度随着Eu:La:Y掺杂比例的变化图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种超细SiNWS:Eu3+,La3+,Y3+荧光纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、采用单晶硅片为衬底，用丙酮和甲醇混合液超声清洗，用氨水和双氧水混合溶液超声清洗，再用稀释的HF超声清洗，用去离子水清洗、烘干，备用；
S2、热蒸发金属Al和Sc，在S1备用的硅片衬底上形成3-5nm的金属Al和Sc 混合金属膜层，作为生长Si纳米线的金属催化剂；
S3、在氩气的保护下，在单晶Si衬底表面生长出Si纳米线；
S4、以稀土Eu2O3、Y2O3和La2O3粉末为杂质源，按照比例混合均匀并涂覆在所述步骤S3中形成的Si纳米线的表面；
S5、对步骤S4中生成的Si纳米线进行Eu3+、Y3+和La+掺杂，制备荧光纳米材料SiNWS:Eu3+,La3+,Y3+。
具体的，所述步骤S2，采用真空镀膜机，金属Al和Sc的比例为1:1-5:1，生长的所述Al和Sc混合金属膜层厚度为3-5nm。
具体的，所述步骤S2中Al和Sc的比例为3:1-5:1；
具体的，所述步骤S3中采用高温炉，保护气为温度为1100-1300℃的氩气，生长出来的所述Si纳米线的直径为20-50nm，长度为10-100um。
具体的，所述步骤S4中，所述Eu2O3、Y2O3和La2O3粉末杂质源的配比为 50:1:1-20:1:1。
具体的，所述步骤S1中的三次超声清洗的时间均为10min，所述氨水和双氧水混合溶液的配比为1:2:5，所述稀释的HF的比例为HF:H2O＝1:10。
根据不同的工艺参数进行了四次实验，实验数据如下表：
序号 Al:Sc 膜层厚度(nm) Si纳米线直径(nm)
1 1:0 3-5 100
2 5:1 3-5 75
3 4:1 3-5 60
4 3:1 3-5 30
金属Sc起到了分散剂的作用，随着Sc掺杂比例的增加，Si纳米线直径出现了先减小的变化，但是随着Sc的比例增加到3:1Si纳米线的密度出现了降低且分布不均匀。
发明人又针对发光强度进行了实验，具体参见附图1所示，有附图我们可以看到，随着La和Y掺杂量的增加(约2％-5％)，Eu3+红光发射强度逐渐增加，当掺杂比例为40:1:1时，红光发射强度达到了最大值，继续增加La和Y的掺杂量，Eu3+红光发射强度开始出现下降的趋势。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种超细SiNWS:Eu3+,La3+,Y3+荧光纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、采用单晶硅片为衬底，用丙酮和甲醇混合液超声清洗，用氨水和双氧水混合溶液超声清洗，再用稀释的HF超声清洗，用去离子水清洗、烘干，备用；
S2、热蒸发金属Al和Sc，在S1备用的硅片衬底上形成3-5nm的金属Al和Sc混合金属膜层，作为生长Si纳米线的金属催化剂；采用真空镀膜机，金属Al和Sc的比例为3:1-5:1，生长的所述Al和Sc混合金属膜层厚度为3-5nm；
S3、在氩气的保护下，在单晶Si衬底表面生长出Si纳米线；采用高温炉，保护气为温度为1100-1300℃的氩气，生长出来的所述Si纳米线的直径为20-50nm，长度为10-100um；
S4、以稀土Eu2O3、Y2O3和La2O3粉末为杂质源，按照比例混合均匀并涂覆在所述步骤S3中形成的Si纳米线的表面；Eu2O3、Y2O3和La2O3粉末杂质源的配比为50:1:1-20:1:1；
S5、对步骤S4中生成的Si纳米线进行Eu3+、Y3+和La+掺杂，制备荧光纳米材料SiNWS:Eu3+,La3+,Y3+。
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基于Si纳米线表面SiO2包覆稀土颗粒的上/下转换荧光纳米材料的研究;范志东;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(博士) 工程科技Ⅰ辑》;20170815(第08期);第10页"2.1.1 衬底清洗"、"2.1.2 Si纳米线的制备"、第48页"5.1 Y3+、Eu3+共掺杂SiNWs的制备和表征" *

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