王 輝 宋 婭 童 超 杜晶晶

湖南工業(yè)大學(xué) 包裝與材料工程學(xué)院 湖南 株洲 412007

1 研究背景

假冒偽劣商品對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人類健康造成了嚴(yán)重威脅。隨著商品貿(mào)易全球化以及互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)防偽技術(shù)的需求日益增大[1-3]。自1852年斯托克斯發(fā)現(xiàn)熒光材料以來(lái)，熒光材料由于獨(dú)特的熒光性質(zhì)，在防偽領(lǐng)域倍受青睞[4]。例如有機(jī)熒光染料、量子點(diǎn)、稀土配體物等，它們?cè)诓煌ㄩL(zhǎng)的光激發(fā)下，能發(fā)出可見(jiàn)光。它們存在復(fù)制簡(jiǎn)單、容易被光漂白及激發(fā)頻帶寬等的缺點(diǎn)，在一定程度上限制了其在包裝防偽領(lǐng)域中的應(yīng)用。相較于下轉(zhuǎn)換熒光材料，能夠?qū)㈤L(zhǎng)波長(zhǎng)激發(fā)光（近紅外光）轉(zhuǎn)換為短波長(zhǎng)發(fā)射光（可見(jiàn)光）的稀土摻雜上轉(zhuǎn)換熒光材料具有無(wú)毒、隱蔽性好、耐光漂白、發(fā)射峰窄、難仿制易識(shí)別的特點(diǎn)，因而適宜用作熒光防偽材料[5-8]。上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料類別豐富，其中的六方相態(tài)（β相）NaYF4本身具有光學(xué)性能好、生物毒性較低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在近年的研究中大放異彩[9]。由于中空管狀稀土摻雜β-NaYF4上轉(zhuǎn)換熒光材料的比表面積更大，同等條件下吸收截面積變大，熒光效率更高，發(fā)光強(qiáng)度得到有效增強(qiáng)，這一特性引起了研究者的廣泛關(guān)注[10-11]。

水（溶劑）熱法是一種液相合成方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以在低溫下制備具有高結(jié)晶度的產(chǎn)物，且產(chǎn)物分散性好，反應(yīng)條件易控制，反應(yīng)體系穩(wěn)定[12]。

Li D. D. 等[13]分別采用水熱法合成了一系列Li+摻雜含量不同的NaYF4:Yb3+/Eu3+上轉(zhuǎn)換微米顆粒（upconversion micro paricles，UCMPs）。X-射線衍射（X-ray diffraction，XRD）的結(jié)果表明，UCMPs具有良好的結(jié)晶度。進(jìn)一步對(duì)UCMPs在980 nm激光照射下的熒光光譜進(jìn)行分析，結(jié)果表明，摻雜摩爾分?jǐn)?shù)為2% Li+的NaYF4:Yb3+/Eu3+熒光強(qiáng)度最強(qiáng)，是未摻雜Li+的NaYF4:Yb3+/Eu3+熒光強(qiáng)度的2倍。合成的UCMPs在絲網(wǎng)印刷防偽領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

Xu J. X. 等[14]以聚乙烯亞胺（polyethyleneimine，PEI）為配體，采用水熱法制備了一種具有中空管狀結(jié)構(gòu)的NaYF4:Ln3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒（upconversion hollow microtubes，UCHMs）。由于親水性聚乙烯亞胺配體的作用，合成的UCHMs具有優(yōu)良的親水性。此外，他們以合成的UCHMs為熒光填料制備了上轉(zhuǎn)換熒光油墨，并研究了其在絲網(wǎng)印刷熒光防偽領(lǐng)域中的應(yīng)用可行性。聚乙烯亞胺的結(jié)構(gòu)中含有大量氨基（—NH2）官能團(tuán)，因而能夠與稀土離子發(fā)生配位作用，影響稀土摻雜NaYF4材料的合成[15]。

本文通過(guò)水溶性聚合物聚乙烯亞胺調(diào)介下的水熱法，合成β-NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光材料。進(jìn)一步研究配體含量和反應(yīng)體系的pH值，對(duì)所合成的β-NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光材料晶體形貌、晶型及熒光性能的影響。將該上轉(zhuǎn)換熒光材料作為填料，殼聚糖/聚乙烯醇作為基材，采用流延成膜法，制備了具有熒光性能的復(fù)合薄膜，探究熒光復(fù)合薄膜的最佳熒光填料摻雜濃度，并探討該熒光復(fù)合薄膜在防偽包裝中的應(yīng)用。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

1）材料

YCl3·6H2O（ 純 度 為 99.9%）、YbCl3·6H2O（ 純度為99.9%）、ErCl3·6H2O（純度為99.9%）、NaCl（純度為99.0%）、NH4F（純度為98.0%）、殼聚糖（純度為95.0%）、冰醋酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36 %的水溶液）、聚乙烯亞胺（重均分子量約為60 000，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的水溶液）均購(gòu)于阿拉丁生化試劑有限公司；分子水，實(shí)驗(yàn)室自制。

2）儀器

掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM），S-3000N，日本Hitachi公司；

X-射線衍射儀，D/max-2500 ，Rigaku公司，測(cè)試條件為Cu Kα輻射，掃描步長(zhǎng)為0.02°，掃描區(qū)間為 10°～80°；

熒光光譜儀，F(xiàn)-4500，日本Hitachi公司，外接980 nm紅外光纖激光器（長(zhǎng)春新產(chǎn)業(yè)光電技術(shù)有限公司）；

數(shù)碼相機(jī)，D7000，Nikon公司，裝配UV/IR濾光片。

2.2 纖維狀中空結(jié)構(gòu)NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的合成

稱 取 236.6 mg（0.78 mmol）YCl3·6H2O，77.5 mg（0.20 mmol）YbCl3·6H2O，7.6 mg（0.02 mmol）ErCl3·6H2O，置于50 mL燒瓶中，加入5 mL蒸餾水，攪拌直至完全溶解。然后往燒瓶中依次加入6 mL含有0.3 g聚乙烯亞胺的水溶液和15 mL無(wú)水乙醇，在25 ℃下攪拌40 min。再依次逐滴加入0.2 mol/L的NaCl水溶液5 mL，2 mol/L的NH4F水溶液8 mL，調(diào)節(jié)體系使pH=5，攪拌30 min后轉(zhuǎn)移到100 mL反應(yīng)釜中，置于180 ℃的恒溫箱中反應(yīng)24 h。降溫，取出反應(yīng)釜，在12 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心分離10 min，用體積比為1:1的無(wú)水乙醇和蒸餾水的混合溶液洗滌3次，將產(chǎn)物于50 ℃下真空干燥15 h，最后制得白色粉末狀NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光材料。

2.3 NaYF4:Yb3+, Er3+/(CS/PVA)熒光復(fù)合薄膜的制備

以制備摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%的NaYF4:Yb3+, Er3+熒光復(fù)合薄膜為例：稱取0.228 g按2.2節(jié)所述步驟制得的稀土摻雜NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光材料，超聲分散在5 mL冰醋酸中，命名為溶液1。

在100 mL的圓底燒瓶中加入6 g聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）粉末和60 mL冰醋酸，90 ℃水浴攪拌至完全溶脹，命名為溶液2。

在250 mL的圓底燒瓶中加入1.6 g殼聚糖（chitosan，CS）粉末和40 mL冰醋酸，45 ℃水浴攪拌至完全溶脹，命名為溶液3。

將溶液1和溶液2同時(shí)加入至溶液3中，攪拌均勻，得到復(fù)合薄膜原液；將靜置一段時(shí)間的原液倒入模具中，60 ℃下恒溫箱中干燥24 h獲得NaYF4:Yb3+,Er3+/(CS/PVA)熒光復(fù)合薄膜。

2.4 材料和薄膜制備方案探究

為了獲得具有優(yōu)良熒光性能和特殊形貌的NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光材料，首先探究不同PEI配體含量和反應(yīng)pH值對(duì)合成產(chǎn)物形貌、晶型和熒光性能的影響。

在保持其他條件不變的情況下，按2.2節(jié)的實(shí)驗(yàn)步驟改變PEI的含量分別為0, 0.3, 0.6 , 0.9 g；同樣，按2.2節(jié)的實(shí)驗(yàn)步驟改變反應(yīng)體系的pH值分別為5,7, 9, 11，研究PEI的不同含量以及反應(yīng)體系不同pH值對(duì)NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光材料性能的影響。在確定NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光材料的合成條件后，再探究NaYF4:Yb3+, Er3+摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同（0.5%,1.0%, 3.0%, 5.0%），對(duì)NaYF4:Yb3+, Er3+/(CS/PVA)熒光復(fù)合薄膜透明度和上轉(zhuǎn)換熒光性能的影響。

3 結(jié)果與討論

3.1 PEI不同含量對(duì)NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光材料性能的影響

一般地，稀土摻雜上轉(zhuǎn)換熒光材料的晶型、形貌、尺寸和熒光性能與表面配體極其相關(guān)，因此先研究PEI含量不同對(duì)NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒晶型的影響。

當(dāng)反應(yīng)體系中配體PEI含量不同時(shí)，所合成的NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的XRD圖譜如圖1所示。

由圖1可知，當(dāng)PEI含量為0 , 0.3, 0.6 g時(shí)，所合成NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的各個(gè)衍射峰的位置與標(biāo)準(zhǔn)卡片（JCPDS 28-1192）一一對(duì)應(yīng)，無(wú)其他雜峰存在，表明所合成產(chǎn)物均為純的β-NaYF4。此外，從XRD圖可明顯觀察到，3個(gè)樣品在（100），（110）和（101）3個(gè)晶面的衍射峰強(qiáng)度有明顯差別，表明PEI含量對(duì)β-NaYF4的晶面擇優(yōu)取向生長(zhǎng)產(chǎn)生了較大影響，從而產(chǎn)物的形貌也受到影響。當(dāng)配體PEI含量為0.3 g時(shí)，（100）晶面的衍射峰相對(duì)強(qiáng)度最高，該峰相對(duì)強(qiáng)度的增加有利于合成的NaYF4:Yb3+,Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒具備優(yōu)先縱向生長(zhǎng)的趨勢(shì)[10]。當(dāng)PEI含量為0.9 g時(shí)，出現(xiàn)了對(duì)應(yīng)于α-NaYF4（四方相NaYF4）（JCPDS 77-2042）的峰，可知產(chǎn)物中出現(xiàn)了α-NaYF4。上述結(jié)果表明，PEI含量相對(duì)較低（不超過(guò) 0.6 g）時(shí)，合成的產(chǎn)物是純?chǔ)?NaYF4，且隨著PEI含量的增大，合成產(chǎn)物不同晶面擇優(yōu)取向生長(zhǎng)趨勢(shì)不同，當(dāng)配體含量增加到一定量（0.9 g）時(shí)，合成產(chǎn)物中出現(xiàn)了α-NaYF4，說(shuō)明過(guò)量的PEI對(duì)NaYF4晶體由α相向β相的相轉(zhuǎn)變過(guò)程有一定的抑制作用。

圖1 PEI不同含量時(shí)NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的XRD圖Fig. 1 XRD patterns of the NaYF4:Yb3+, Er3+upconversion fluorescent particles synthesized under different amounts of PEI ligand

當(dāng)反應(yīng)體系中配體PEI含量不同時(shí)，所合成的NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的SEM圖如圖2所示。由圖2a可以看出，當(dāng)反應(yīng)體系中未添加配體，即PEI含量為0時(shí)，合成的NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒呈不規(guī)則棒狀形貌。由圖2b可知，當(dāng)PEI含量為0.3 g時(shí)，合成的產(chǎn)物呈現(xiàn)纖維狀，單個(gè)產(chǎn)物尺寸長(zhǎng)約為16～20 μm，寬約1 μm。由高倍率掃描電子顯微鏡圖像可知，產(chǎn)物端部是具有開(kāi)口的中空結(jié)構(gòu)。由圖2c可知，當(dāng)PEI含量為0.6 g時(shí)，合成的產(chǎn)物呈粗細(xì)不一的棒狀，長(zhǎng)度約10 μm。其高倍率掃描電子顯微鏡圖像顯示，產(chǎn)物為端部向外凸起的錐形長(zhǎng)棒狀。由圖2d可知，當(dāng)PEI含量增大至0.9 g時(shí)，產(chǎn)物為形貌均勻的短柱狀，其尺寸約為2 μm × 0.5 μm），呈蜂巢狀堆積；而且產(chǎn)物中明顯混雜有球狀的納米顆粒。

圖2 PEI不同含量時(shí)NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的SEM圖Fig. 2 SEM images of the NaYF4:Yb3+, Er3+upconversion fluorescent particles synthesized under different amounts of PEI ligand

由上述合成產(chǎn)物的XRD與SEM的結(jié)果可知，產(chǎn)物中短柱狀、長(zhǎng)棒狀和中空纖維狀的晶體主要?dú)w屬于β-NaYF4晶體，而具有球狀形貌的晶體主要?dú)w屬于α-NaYF4晶體。這種形貌的差別主要是由于α-NaYF4晶體的各向同性生長(zhǎng)，以及β-NaYF4晶體的各向異性生長(zhǎng)。

當(dāng)反應(yīng)體系中配體PEI含量不同時(shí)，所合成的NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒，在980 nm近紅外光激發(fā)下的熒光光譜圖如圖3所示。由圖可知，所合成的4個(gè)樣品在980 nm近紅外光激發(fā)下，在408, 525, 546, 656 nm處均出現(xiàn)明顯的發(fā)射峰，分別對(duì)應(yīng)于 Er3+離子的2H9/2→4I15/2、2H11/2→4I15/2、4S3/2→4I15/2、4F9/2→4I15/2的能級(jí)躍遷。當(dāng)PEI含量為0時(shí)，所合成的NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的熒光強(qiáng)度最高，這是由于高分子聚合物PEI的鏈上存在許多功能基團(tuán)，增加了能級(jí)躍遷過(guò)程中的非馳豫輻射幾率，因此當(dāng)加入PEI后，產(chǎn)物熒光強(qiáng)度有所下降。而且隨著配體PEI含量的增加，上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的熒光強(qiáng)度逐漸降低。由圖1 的SEM圖可知，不同PEI含量下，所制備產(chǎn)物形貌有所不同；而圖3的熒光圖譜中，對(duì)應(yīng)于纖維狀中空結(jié)構(gòu)的NaYF4:Yb3+, Er3+具有最高的熒光強(qiáng)度。這可能是因?yàn)榫哂欣w維狀中空結(jié)構(gòu)的NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒，相較其他塊狀材料（錐形棒狀、短柱狀）來(lái)說(shuō)，具有內(nèi)/外表面，比表面積大，在相同的激發(fā)條件下吸收截面增加，熒光效率提高，從而能產(chǎn)生更高的發(fā)光強(qiáng)度。

圖3 PEI不同含量時(shí)NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒熒光光譜圖Fig. 3 Fluorescence spectra of the NaYF4:Yb3+, Er3+upconversion fluorescent particles synthesized under different amounts of PEI ligand

3.2 不同pH值對(duì)NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光材料性能的影響

當(dāng)反應(yīng)體系中的pH值不同時(shí)，所合成的NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的XRD圖譜如圖4所示。由圖可知，合成的所有產(chǎn)物各個(gè)衍射峰的位置，均與標(biāo)準(zhǔn)卡片（JCPDS 28-1192）一一對(duì)應(yīng)，這表明所制備產(chǎn)物均為純?chǔ)?NaYF4；且所有樣品的衍射峰型尖銳，這說(shuō)明所制備樣品均具有高的結(jié)晶度。另外，從XRD圖還可明顯看出，4個(gè)樣品分別對(duì)應(yīng)于（100），（110）和（101）晶面的衍射峰相對(duì)強(qiáng)度存在一定差異，這說(shuō)明pH值影響了β-NaYF4不同晶面擇優(yōu)取向生長(zhǎng)趨勢(shì)，進(jìn)而影響了產(chǎn)物的形貌。其中pH=5時(shí)，（100）晶面的衍射峰相對(duì)強(qiáng)度最大，說(shuō)明該條件下所制備產(chǎn)物，具有最明顯的縱向生長(zhǎng)趨勢(shì)。隨著pH值的逐漸增大，（100）晶面的衍射峰相對(duì)強(qiáng)度有下降趨勢(shì)，說(shuō)明產(chǎn)物的縱向生長(zhǎng)趨勢(shì)隨著pH值的增大而逐漸被抑制。

圖4 不同pH值時(shí)NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的XRD圖Fig. 4 XRD patterns of the NaYF4:Yb3+, Er3+upconversion fluorescent particles synthesized under different pH values of reaction system

當(dāng)反應(yīng)體系中的pH值不同時(shí)，所合成的NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的SEM圖如圖5所示。由圖5a可知，當(dāng)pH=5時(shí)，合成產(chǎn)物呈現(xiàn)纖維狀，單個(gè)產(chǎn)物尺寸長(zhǎng)為16～20 μm，寬約為1 μm，且產(chǎn)物端部具有開(kāi)口的中空結(jié)構(gòu)。由圖5b可知，當(dāng)pH=7時(shí)，合成產(chǎn)物呈現(xiàn)纖維管狀顆粒與短棒狀顆粒的混雜形貌。其中纖維管狀顆粒長(zhǎng)為16～18 μm，寬約為1 μm；短棒狀長(zhǎng)約為2 μm，寬約為0.5 μm。由圖5c可知，當(dāng)pH=9時(shí)，合成產(chǎn)物呈現(xiàn)纖維管狀顆粒與短棒狀顆粒的混雜形貌，與pH=7時(shí)相比，短棒狀顆粒明顯增多。其中纖維管狀顆粒長(zhǎng)為16～18 μm，寬約為1 μm，短棒狀長(zhǎng)約為2 μm，寬約為0.5 μm。由圖5d可知，當(dāng)pH=11時(shí)，合成產(chǎn)物呈現(xiàn)不規(guī)則的形貌。

圖5 不同pH值時(shí)NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的SEM圖Fig. 5 SEM images of the NaYF4:Yb3+, Er3+upconversion fluorescent particles synthesized under different pH values of reaction system

通過(guò)對(duì)XRD與SEM結(jié)果分析可知，合成產(chǎn)物中表現(xiàn)為短柱狀、長(zhǎng)棒狀和中空纖維狀的晶體主要為β-NaYF4晶體；pH值可以控制晶體形貌以及尺寸，隨著pH值的增大，合成顆粒的晶體形貌由規(guī)則向不規(guī)則轉(zhuǎn)變，晶體的尺寸也逐漸減小。

反應(yīng)體系pH值不同時(shí)，合成的NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒，在980 nm近紅外光激發(fā)下的熒光光譜圖如圖6所示。由圖6可知，所合成的4個(gè)樣品在980 nm近紅外光的激發(fā)下，在408, 525, 546, 656 nm都出現(xiàn)了明顯的發(fā)射峰。當(dāng)pH=5時(shí)，上轉(zhuǎn)換熒光材料具有最高的熒光強(qiáng)度，隨著pH值的增大，熒光強(qiáng)度逐漸降低。由SEM圖可知，不同pH值下，所制備產(chǎn)物形貌有所不同，而熒光圖譜中對(duì)應(yīng)于纖維狀中空結(jié)構(gòu)NaYF4:Yb3+, Er3+具有最高的熒光強(qiáng)度，這可能是因?yàn)榫哂欣w維狀中空結(jié)構(gòu)的稀土摻雜上轉(zhuǎn)換β-NaYF4熒光材料，其比表面積更大，同等激發(fā)條件下吸收面積增加，熒光效率得到了有效提高，進(jìn)一步增強(qiáng)了上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度。

圖6 不同pH時(shí)NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的熒光光譜圖Fig. 6 Fluorescence spectra of the NaYF4:Yb3+, Er3+upconversion fluorescent particles synthesized under different pH values of reaction system

3.3 不同摻雜量對(duì)NaYF4:Yb3+, Er3+/(CS/PVA)熒光復(fù)合薄膜性能的影響

所合成的PEI修飾NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒，具有親水性好和熒光性能優(yōu)良等特點(diǎn)。以合成的纖維狀中空結(jié)構(gòu)NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒作為功能填料，殼聚糖/聚乙烯醇為基材，采用流延法制備了NaYF4:Yb3+, Er3+/(CS/PVA)熒光復(fù)合薄膜。NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的引入賦予了復(fù)合薄膜熒光特性，然而填料引入聚合物基體中，會(huì)引起復(fù)合熒光薄膜的透明度降低，因此本節(jié)進(jìn)一步探究NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換顆粒的摻雜量，對(duì)NaYF4:Yb3+, Er3+/(CS/PVA)熒光復(fù)合薄膜熒光性能和透明度的影響規(guī)律。

圖7為NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒不同摻雜量時(shí)，NaYF4:Yb3+, Er3+/(CS/PVA)復(fù)合薄膜的熒光光譜圖。由圖7可知，NaYF4:Yb3+, Er3+/(CS/PVA)復(fù)合薄膜，在980 nm近紅外光激發(fā)下發(fā)射明亮綠光。隨著摻雜量的增加，上轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，當(dāng)摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%與5.0 %時(shí)，所制備的復(fù)合薄膜具有較高的熒光強(qiáng)度。當(dāng)摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.5 %增加至1.0 %時(shí)，所制備復(fù)合薄膜的熒光強(qiáng)度只有少量增強(qiáng)；由插圖可明顯看出，當(dāng)摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%和5.0%時(shí)，薄膜熒光強(qiáng)度接近。但當(dāng)摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0 %時(shí)，熒光復(fù)合薄膜具有明顯的明暗差別，即復(fù)合薄膜的透過(guò)率降低，可能是由于熒光填料分布不均勻，顆粒在薄膜中有明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象，從而導(dǎo)致薄膜透明度降低。因此，NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的最佳摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%。

圖7 摻雜量不同時(shí)NaYF4:Yb3+, Er3+/(CS/PVA)復(fù)合薄膜的熒光光譜圖Fig. 7 Fluorescence spectra of the NaYF4:Yb3+, Er3+/(CS/PVA) composite films with different adding amounts of NaYF4:Yb3+, Er3+upconversion fluorescent particles

彩圖

4 結(jié)論

本課題組以PEI為配體，通過(guò)水熱法制備了高熒光強(qiáng)度、良好水分散性的纖維狀中空結(jié)構(gòu)NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒；進(jìn)一步以制備的纖維狀中空結(jié)構(gòu)NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒為填料，采用流延成膜法制備了具有上轉(zhuǎn)換熒光性能的NaYF4:Yb3+, Er3+/(CS/PVA)熒光復(fù)合薄膜。研究了反應(yīng)條件對(duì)合成的NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒形貌、晶型和熒光性能的影響，以及NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的摻雜量對(duì)熒光復(fù)合薄膜性能的影響。所得結(jié)論如下：

1）纖維狀中空結(jié)構(gòu)NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的最優(yōu)合成條件是：溫度為180 ℃，PEI配體加入量為0.3 g，反應(yīng)體系pH=5。

2）當(dāng)NaYF4:Yb3+, Er3+上轉(zhuǎn)換熒光顆粒的摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%時(shí)，NaYF4:Yb3+, Er3+/(CS/PVA)熒光復(fù)合薄膜具有良好的透明性和明亮的上轉(zhuǎn)換熒光。

所制備的NaYF4:Yb3+, Er3+/(CS/PVA)熒光復(fù)合薄膜預(yù)期在防偽包裝領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。