ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ОБЗОР 6
1.1. Нанотермометрия 6
1.2. Синтез наноматериалов 8
1.3. Методы улучшения спектральных свойств наноматериалов 8
1.3.1. Влияние микроволнового излучения на качество наночастиц 8
1.3.2. Влияние оболочки на спектральные качества наночастиц 9
1.4. Рентгеноструктурный анализ 11
1.4.1. Метод Дебая-Шерера 11
1.4.2. Метод Вильямсона-Холла 11
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 13
2.1. Материалы и методы 13
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ 16
3.1. Характеризация наночастиц 16
3.2 Оптическая спектроскопия 22
ГЛАВА 4. ВЫВОДЫ 26
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Нанодисперсные люминофоры (далее нанолюминофоры), такие как квантовые точки, органические красители и наноматериалы, активированные ионами редкоземельных элементов (РЗ), в настоящее время очень востребованы в различных областях науки и промышленности. Они широко используются технике для создания дисплеев [1], в фотодинамической и фототермальной терапиях [2], в нанотермометрии [3], биовизуализации высокого разрешения [4], а так же для внутриклеточного температурного зондирования, и контролируемой доставки нанопрепаратов [5].
В последнее десятилетие существенно вырос интерес к люминесцентной нанотермометрии, с использованием нанолюминофоров, сигнал люминесценции которых сильно зависит от температуры. Люминесцентная термометрия является бесконтактным или полуконтактным методом, позволяющим исследовать температурные поля на поверхности объекта с субмикронным разрешением, высокой точностью (не хуже 0,5 К) и временным разрешением порядка нескольких микросекунд. Данный метод актуален в таки областях, как температурное зондирование клеток эукариот, гипертермия, визуализация температурных полей различных объектов, а так же крионика биологических объектов.
В качестве термочувствительных люминофоров в люминесцентной нанотермометрии обычно применяются квантовые точки на основе CdSe [6], флуоресцентные ДНК-зонды [7], и наночастицы, активированные ионами редкоземельных элементов, например наночастицы Nd :LaF3 [8] (далее РЗ). При этом квантовые точки токсичны из за выброса ионов кадмия, что ограничивает их применение в биологии (особенно в экспериментах in vivo) и медицине. В свою очередь молекулярные зонды, недолговечны, токсичны, работают в очень узком диапазоне температур (температурный предел 320 К), что так же ограничивает их применение во многих областях. Также синтез, как квантовых точек, так и молекулярных зондов требует использование токсичных и/или дорогостоящих реактивов и, порой, сложного аппаратурного оформления. При этом, наночастицы фторидов (YF3, LnF3, (Ln= Pr, Nd...Dy), NaGdF4 NaYF4 и тд), активированных ионами редкоземельных элементов (РЗ) демонстрируют одну из самых низких растворимостей среди аналогов (оксиды, фосфаты и др.), а, следовательно, токсичность (для CeF3 произведение растворимостей составляет Ksp=8*10"16, и данное значение примерно сохраняется для трифторидов всех элементов) [9,10]. Также данные наноматериалы способны оперировать в широком диапазоне температур (от нескольких кельвин до 1000 К). В свою очередь, ионы РЗ в матрице основе фторидов демонстрируют узкие полосы люминесценции (доли нм), времена жизни люминесценции от нескольких мкс до нескольких мс и хорошую фотостабильность. Стоит упомянуть, что за последние 10 лет был достигнут значительный прогресс в синтезе кристаллических наночастиц фторидов заданных размеров и формы различными экономичными методами, не требующими сложного аппаратурного оформления и применения токсичных реактивов. Таким образом, существует возможности многократного повышения чувствительности нанотермометров на основе наночастиц фторидов, активированных ионами РЗ за счет изменения таких параметров, как структура наночастиц, химических состав, размер, форма и др. для научных, промышленных и медицинских целей.
При этом, для фторидов, активированных РЗ очень важной проблемой остается низкий квантовый выход люминесценции или низкие времена жизни люминесценции, связанные с различными механизмами тушения люминесценции.
Целью данной работы является повышение оптических характеристик нанолюминофоров Pr3+:LaF3. Задачами данного исследования являются синтез НЛ различной формы, синтез одноядерной структуры и структуры ядро оболочка, характеризация наночастиц методами Дебая-Шерера и Вильямсона-Холла в соответствии со стандартами, принятыми в авторитетных международных научных журналах, а также исследование оптических характеристик полученных образцов как функцию температуры.
Полученные НЧ были охарактеризованы методами ПЭМ, рентгеноструктурного анализа и оптической спектроскопией. Было выявлено, что все образцы представляют собой нанокристаллы гексагональной сингонии, размерами от 10 до 70 нм.
Показано формирование структуры ядро-оболочка, а именно наблюдается увеличение размера НЧ и времен жизни люминесценции после формирования оболочки, в частности диаметр сферических наночастиц покрытых оболочкой увеличился приблизительно на 4 нм, а нанопластин на 12 нм.
Было выявлено, что чувствительность не зависит от структуры и формы наночастиц. Абсолютная чувствительность Sa при температуре 300 К составляет 0,01 K-1 , что превосходит некоторые современные мировые аналоги.
