Untersuchung der Keimbildung und Fluoreszenz von NaYF4:Yb,Er-Nanopartikeln mit Größen von unter 10nm

In dieser Arbeit ist das Wachstumsverhalten von unter 10nm großen, aufwärtskonvertierenden NaYF4-Nanokristallen der hexagonalen und kubischen Phase untersucht worden. Die Ostwald-Reifung solcher Partikel in Ölsäure/1-Octadecen führt zu einer Verbreiterung der Partikelgrößenverteilung, falls das Kolloid nur aus Partikeln einer Kristallphase besteht. Eine schmale Teilchengrößenverteilung tritt nur dann auf, wenn die Partikel der b-Phase in Anwesenheit eines Überschusses von Partikeln der a-Phase wachsen. Solche binären Gemische aus Partikeln der a- und b-Phase entstehen, sobald Kolloide aus Partikeln der a-Phase für eine genügend lange Zeit erhitzt werden, denn bei hohen Temperaturen nukleieren Keime der b-Phase nach einer gewissen Zeit. Weil durch die Anzahl der Keime die finale Partikelgröße des Produkts der b-Phase bestimmt wird, ist eine Kontrolle der Nukleation wichtig um die finale Partikelgröße steuern zu können. Es wird gezeigt, dass die Anzahl der Keime der b-Phase stark abhängig von der Zusammensetzung der Partikel der a-Phase ist, die als Ausgangsmaterial verwendet werden. Die a-Phase ist dafür bekannt Na1−xYF4−x-Mischkristalle mit Zusammensetzungen von x=0 bis x=4/9 zu bilden. Bei natriumarmen Partikeln der a-Phase entstehen eine geringe Anzahl an Keimen der b-Phase, wobei Partikel der a-Phase mit einem hohen Gehalt an Natrium eine große Anzahl an Keimen bilden. Durch die Ausnutzung dieser Abhängigkeit und der dementsprechenden Modifizierung der Synthese der Partikel der a-Phase, können in Ölsäure/1-Octadecen kleine, phasenreine b-NaYF4:Yb,Er-Partikel mit Größen von unter 6 nm, sowohl als auch deutlich größere Partikel erhalten werden. Weiterhin wird gezeigt, dass Mischungen von a- und b-Partikeln auch sehr gut für die Synthese von Kern/Schale-Partikeln geringer Größe geeignet sind. Durch die Reaktion von Natriumoleat, Seltenerdoleat und Ammoniumfluorid werden zunächst etwa 5nm große b-NaYF4:Yb,Er-Kernpartikel gebildet, wobei ein hohes Verhältnis von Natrium- zu Seltenerdionen die Nukleation einer großen Anzahl von Keimen der b-Phase begünstigt. Anschließend wird eine etwa 2nm dicke Schale aus b-NaYF4 aufgewachsen, wobei 3–4nm große a-NaYF4-Partikel als Vorläuferpartikel für das Schalenmaterial dienen. Im Gegensatz zu den Kernpartikeln werden diese Partikel der a-Phase jedoch mit einem geringen Verhältnis von Natrium- zu Seltenerdionen hergestellt, welches die unerwünschte Nukleation von b-NaYF4-Partikeln während des Schalenwachstums wirksam unterdrückt. Diese neue Methode zur Herstellung sehr kleiner aufwärtskonvertierender Kern/Schale-Nanokristalle kommt ohne zusätzliche Kodotierung der Kernpartikel aus und liefert Partikel im Gramm-Maßstab