一种利用磁场调控金属富勒烯光致发光波长的方法

本发明属于金属富勒烯，涉及一种利用磁场调控钇基金属富勒烯光致发光波长的方法。

背景技术：

1、富勒烯是继金刚石、石墨之后碳的第三种同素异形体，其是由若干个五元环和六元环组成的中空笼状碳分子。在富勒烯c60被发现不久后，首个内嵌金属富勒烯la@c60就通过激光蒸发石墨法被制备出来。随后越来越多的金属被人们嵌入到富勒烯碳笼中，金属富勒烯材料的独特性质也逐步被发现。

2、于1999年发现的三金属氮化物内嵌富勒烯将金属富勒烯材料带入了一个新的发展阶段，其中基于c80-ih构型的金属富勒烯m3n@c80(m＝y、la、ce、nd、gd、tb、dy......)种类最多，产率也最高。三金属氮化物内嵌富勒烯具有一些特殊的性质，如优异的磁特性、量子特性等，因而在量子技术、生物制药、器件等领域有着广泛的应用前景。

3、光学性质是金属富勒烯有待开发的一个方向。除er基和tm基金属富勒烯存在内壳层电子跃迁发光外，大多金属富勒烯一般都不具备发光性质。近几年研究发现，钇基金属富勒烯y3n@c80却表现出独特的发光性质，在60k以上，y3n@c80具有荧光性质，在120k时达到最大发射；在60k以下，其具有磷光性质并具有长的磷光寿命。y3n@c80的磷光来自激发三重态的辐射跃迁，与其他有机分子不同的是，y3n@c80的激发三重态具有独特的双极自旋分布，使得电子激发态和基态具有纳米级的空间分离，这种三重态分布类似于半导体量子点的激子。

4、半导体量子点是一种特殊的纳米材料，具有优异的光学性质，但其中电子的运动受到三维空间限制。在量子点中电子吸收光子从价带激发到导带，留下带正电的空穴。电子通过库仑相互作用被吸引到空穴，束缚电子-空穴(e-h)对被称为激子。由于外部磁场的存在能够挤压激子的波函数并且使激子具有量子化的能级，半导体量子点在外部磁场下通常具有磁致发光响应。具有磁致发光响应特性的量子点材料在先进防伪技术、光学量子信息技术和先进led显示等应用领域有着广泛的应用潜力。因此，探究y3n@c80的磷光性质和磁致发光响应具有重要意义。

技术实现思路

1、为了改善上述技术问题，本发明提供一种利用磁场调控钇基金属富勒烯y3n@c80发光波长的方法，本发明方法可以通过磁场调节y3n@c80的磷光发射波长，将拓展金属富勒烯材料在先进光学发光器件和量子信息技术领域的应用。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种利用磁场调控金属富勒烯光致发光波长的方法，包括将钇基金属富勒烯y3n@c80与高分子聚合物制备成薄膜，通过外加磁场作用，实现金属富勒烯光致发光波长的调控。

4、根据本发明的实施方案，所述金属富勒烯y3n@c80的发光波长(λ：单位为nm)与外加磁场的强度(b：单位为t)满足以下线性关系：λ＝0.00113*b2+0.00167*b+740。

5、根据本发明的实施方案，所述钇基金属富勒烯y3n@c80例如可以通过电弧放电法制备y3n@c80制备得到并通过高效液相色谱对y3n@c80进行分离、纯化得到具有c80-ih碳笼的y3n@c80。

6、根据本发明的实施方案，所述高分子聚合物例如为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯中的至少一种。

7、根据本发明的实施方案，所述y3n@c80和高分子聚合物的质量比为1:1000～1:3000，示例性为1:2000。

8、根据本发明的实施方案，所述薄膜由包括y3n@c80和高分子聚合物的溶液涂覆于基底上制备得到。例如，将y3n@c80和高分子聚合物溶于溶剂(如甲苯)中得到混合溶液。

9、根据本发明示例性的实施方案，所述溶液中y3n@c80的浓度为4×10-5～6×10-5mol/l，示例性为5×10-5mol/l。

10、根据本发明示例性的实施方案，所述基底例如为石英片。

11、示例性地，将混合溶液滴涂在石英片上，溶剂自然挥发后形成薄膜。

12、根据本发明的实施方案，所述外加磁场作用在低温恒温条件下进行。例如，在低温恒温器(如液氦低温恒温器)中，该恒温器位于脉冲磁体的中心位置。

13、根据本发明的实施方案，所述低温的温度为4～60k，示例性为4.2k。温度越低，磁致发光响应性越好。

14、根据本发明的实施方案，所述薄膜通过样品杆固定于低温恒温器中，保证样品台中央可以被光纤完整照射。在放置薄膜样品时，保证涂覆面对向激发光纤发射方向，保证y3n@c80薄膜样品的发射光谱被光纤准确采集。进一步地，将样品杆插入到低温恒温器(如液氦低温恒温器)中(脉冲磁体的中心位置)。

15、根据本发明的实施方案，所述外加磁场采用设计峰值为42t的脉冲磁体。优选地，所述外加磁场的磁场强度为0～42t，优选为10～30t，示例性为1t、2t、5t、10t、20t、30t、40t、42t。磁场越强，磁致发光响应性越好。

16、本发明中，进行磁致发光测试时，采用设计峰值为42t的脉冲磁体作为外加磁场，采用单色仪和电子倍增电荷耦合器件组成的光谱仪记录发射光谱，光谱仪的暴露周期与磁场脉冲周期一致。

17、在本发明的一个实施方式中，所述磁致发光测试方法，包括以下步骤：

18、1)将y3n@c80薄膜样品放置于低温恒温器中进行磁致发光响应的测试；

19、2)收集不同磁场强度下y3n@c80的发光光谱并进行分析和处理，得到磁场调控y3n@c80发光性质的规律。

20、进一步地，激发光波长为375～465nm，优选为405nm。其中，y3n@c80薄膜对405nm的激发光具有较强的吸收。

21、根据本发明的实施方案，在磁场脉冲发生之前，触发探测器工作，使脉冲磁场波形、高速探测器阵列采谱波形和光源波形三者保持时间同步，从而在100ms内的磁场脉冲内完成光谱信号采集。

22、进一步地，收集不同磁场、不同温度下的光谱信号进行分析和处理，得到特定温度下光致发光光谱与磁场强度的依赖关系图。

23、本发明还提供由上述方法制备得到的金属富勒烯y3n@c80。

24、根据本发明的实施方案，所述金属富勒烯y3n@c80的发光波长为740～745nm，示例性为745nm。

25、本发明还提供上述金属富勒烯y3n@c80在生物制药、器件(如光学器件)和量子信息技术领域中的应用。

26、本发明还提供一种器件，其含有上述金属富勒烯y3n@c80。

27、本发明的有益效果：

28、本发明将金属富勒烯y3n@c80与高分子聚合物制成薄膜样品，利用外加磁场调节y3n@c80的发光波长，经大量实验意外发现，金属富勒烯的发光波长(λ：单位为nm)与外加磁场的强度(b：单位为t)满足以下线性关系：λ＝0.00113*b2+0.00167*b+740。本发明的方法揭示了钇基金属富勒烯y3n@c80的磁致发光响应现象，将有助于推动钇基金属富勒烯y3n@c80在先进光学器件和量子信息技术领域的进一步应用。