一种高纯绿色上转换单斜相钛酸铋基纳米纤维及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种高纯绿色上转换单斜相钛酸铋基纳米纤维及其制备方法和用途，在二甲基甲酰胺与乙酸的溶剂中，调节钛酸四丁酯，硝酸镱、硝酸钬、硝酸铋的加入配比，获得静电纺丝前驱液。将前驱液置于静电场中，在静电场下液滴形成泰勒锥，在液体表面张力和电场作用力下利用静电纺丝法制备得到一维的纳米材料，随后经升温、保温、和降温过程，除去有机物，制备获得纯的单斜相Bi

A high purity green up conversion monoclinic bismuth titanate based nanofiber and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种高纯绿色上转换单斜相钛酸铋基纳米纤维及其制备方法和用途
本专利技术属于镱钬稀土掺杂三元Bi2Ti4O11化合物一维纳米材料制备
，具体涉及一种高纯绿色上转换Bi2Ti4O11基纳米纤维及其制备方法和用途。
技术介绍
温度是各个领域中的一个重要参数，因此如何精确的测量物体的温度变得尤为重要。传统的接触式温度测量方法具有响应时间长、受环境干扰等缺点，因此难以快速准确地检测到物体的实际温度。基于此，研制一种高灵敏度的非接触式温度计是很有必要的。与传统的测温技术相比，非接触式测温技术具有更高的灵敏度、更快速和更广的应用范围，如可以在一些严苛的环境下使用，可以测量快速移动的物体等等。近年来，稀土离子掺杂的上转换材料在三维显示、生物成像、药物传递等领域得到广泛的应用。与此同时，上转换材料也被认为是作为纳米温度计的最佳材料之一。基于上转换材料的非接触式纳米测温技术在很大程度上依赖于掺杂稀土离子的热耦合能级所引起的两条发射谱线的荧光强度比(FIR)的变化。因此，和灵敏度一样，发光强度也是一个重要的参数，只有当发光强度足够高时，所得到的灵敏度才有意义。而发光强度的高低与基质的选择有很大关系。Bi2Ti4O11:Yb3+,Ho3+属于单斜晶系，晶格常数为a＝14.59埃，b＝3.81埃，c＝14.94埃。Bi2Ti4O11作为Bi2O3-TiO2系统中的一种，由于具有较高的介电常数(εr>50)得到科研工作者的广泛关注。同时由于其原料价格低廉，成本低，使其在电子器件领域具有广泛的应用前景。但目前还未见以Bi2Ti4O11为基体通过稀土掺杂研究其上转换性能和温度传感特性的研究和报道。从制备工艺而言，对于Bi2Ti4O11基体材料的制备主要集中在固态烧结法、热分解法、脉冲激光法及溶胶-凝胶法。这些方法所需要的烧结温度普遍较高并且容易出现其它杂相，如Bi2Ti2O7。而静电纺丝方法在制备过程中可以保证各元素充分混合，保证各原子的化学计量比，并且操作简单，制备成本低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高纯绿色上转换Bi2Ti4O11基纳米纤维及其制备方法和用途，利用静电纺丝法与相应的热处理工艺成功制备了纯的单斜相一维Bi2Ti4O11：Yb3+,Ho3+三元化合物，首次获得了具有较强绿色上转换发光及温度传感性能的Bi2Ti4O7：Yb3+,Ho3+纳米材料。本专利技术采用以下技术方案：一种高纯绿色上转换单斜相钛酸铋基纳米纤维制备方法，以二甲基甲酰胺与乙酸为溶剂，通过均匀混合配制得到溶液A；对溶液A进行磁力搅拌并加入钛酸四丁酯制得溶液B；在搅拌条件下向溶液B中加入硝酸镱和硝酸钬制得溶液C；向溶液C中加入硝酸铋制得溶液D；将聚乙烯吡咯烷酮加入溶液D中，搅拌至完全溶解后得到静电纺丝前驱液；将前驱液置于静电场中，利用静电纺丝法制备得到一维纳米材料，随后经退火处理得到Bi2Ti4O11:Yb3+/Ho3+纳米纤维。具体的，二甲基甲酰胺与乙酸的质量比为(1.7～3.3)：1。具体的，溶液A与钛酸四丁酯的质量比为(2.4～3.4)：1。具体的，硝酸镱与硝酸钬的质量比为(1～15)：1，溶液B与硝酸镱与硝酸钬的总质量比为(13～17)：1。具体的，溶液C与硝酸铋的质量比为(14～19)：1。具体的，聚乙烯吡咯烷酮的质量百分数为4％～10％。具体的，静电纺丝法制备一维纳米材料的工艺为：静电场的电压为15～30kV，控制速率5～20μl/m将静电纺丝前驱液喷射到收集器上。具体的，退火处理具体为：升温速率为2～5℃/min，退火温度为700～900℃，处理时间为4～7小时，随后自然冷却到室温。本专利技术的第二个技术方案是，一种高纯绿色上转换单斜相钛酸铋基纳米纤维，根据所述方法制备而成。本专利技术的第三个技术方案是，一种高纯绿色上转换单斜相钛酸铋基纳米纤维在非接触型温度传感器中的应用，其特征在于，利用980nm近红外激光器进行激发，纳米纤维在室温下呈现出明亮的纯绿光；发光位置在550纳米，半峰宽为20纳米，显示出高纯度绿色发光特征。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种高纯绿色上转换单斜相钛酸铋基纳米纤维的制备方法，以静电纺丝常用的溶剂比如乙酸和二甲基甲酰胺DMF为溶剂，以钛酸四丁酯为钛源，并依次加入硝酸镱、硝酸钬和硝酸铋，最后加入适量聚乙烯吡咯烷酮PVP。待其完全形成合适的纺丝溶液之后，将溶液置于静电场中，在电场的作用下，当液滴所受电场作用力大于表面张力时即可进行静电纺丝过程，从而获得一维纳米材料的前驱物，随后经升温、保温、和降温阶段后，即可获得纯的单斜相Bi2Ti4O11：Yb3+,Ho3+一维纳米材料。所获得样品在980nm近红外激光器激发下呈现绿光，并且发光强度随温度的升高而降低，表明所制备的Bi2Ti4O11：Yb3+,Ho3+纳米材料是一种具有绿色上转换发光及温度传感性能的纳米纤维。进一步的，为了满足工业化生产的要求，采用乙酸和DMF为溶剂，乙酸能够抑制钛源的水解，DMF为常用的溶剂，二者均匀混合后可获得溶液A；将一定量的钛酸四丁酯加入到溶液A中，目的是引入钛源，获得溶液B；将定量的硝酸镱和硝酸钬加入到溶液B中，目的是引入镱源和钬源，在充分搅拌下使其充分溶解，并获得溶液C；将适量的硝酸铋加入到溶液C中充分搅拌，目的是引入铋源，并获得溶液D；最后加入适量的PVP，待其完全溶解后，即可得到静电纺丝前驱液。进一步的，施加高压电源，目的是可以使液滴在针头处形成泰勒锥，当其所受电场力大于自身的表面张力时，便可喷射出丝到收集器上。进一步的，将收集器上的纳米线收集到坩埚中进行退火处理，目的是除去样品中所含的PVP以获得具有高结晶性的单斜相Bi2Ti4O11：Yb3+,Ho3+纳米材料。本专利技术还公开了一种具有绿色上转换性能及温度传感效应的纳米纤维材料，有望在非接触式光学测温中得到进一步应用。进一步的，通过改变调节纺丝中的工艺参数，从而首次获得了Bi2Ti4O11基质单斜相。所获得的单斜相Bi2Ti4O11：Yb3+,Ho3+一维纳米材料具有特别优异的上转换发光性能。所获得的粉体在近红外激光器激发下呈现明亮的绿光，通过发光性能的测试，发光位置在550纳米，而且半峰宽只有20纳米，显示出特别优异的高纯度绿色发光特征。同时，样品的发光强度具有明显的温度传感性能，有望在非接触型温度传感器领域，产生巨大的潜在的应用价值。综上所述，本专利技术制备方法简单易行，重复性好，可进行批量化生产，样品具有较高的灵敏度，为进一步的工业生产与应用奠定了基础。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术实施例1合成的Bi2Ti4O11：Yb3+,Ho3+纳米材料的X射线衍射谱(XRD)；图2为本专利技术实施例2合成的Bi2Ti4O11：Yb3+,Ho3+的纳米材料的扫描电子显微图像(SEM)。图3为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高纯绿色上转换单斜相钛酸铋基纳米纤维制备方法，其特征在于，以二甲基甲酰胺与乙酸为溶剂，通过均匀混合配制得到溶液A；对溶液A进行磁力搅拌并加入钛酸四丁酯制得溶液B；在搅拌条件下向溶液B中加入硝酸镱和硝酸钬制得溶液C；向溶液C中加入硝酸铋制得溶液D；将聚乙烯吡咯烷酮加入溶液D中，搅拌至完全溶解后得到静电纺丝前驱液；将前驱液置于静电场中，利用静电纺丝法制备得到一维纳米材料，随后经退火处理得到Bi

【技术特征摘要】
1.一种高纯绿色上转换单斜相钛酸铋基纳米纤维制备方法，其特征在于，以二甲基甲酰胺与乙酸为溶剂，通过均匀混合配制得到溶液A；对溶液A进行磁力搅拌并加入钛酸四丁酯制得溶液B；在搅拌条件下向溶液B中加入硝酸镱和硝酸钬制得溶液C；向溶液C中加入硝酸铋制得溶液D；将聚乙烯吡咯烷酮加入溶液D中，搅拌至完全溶解后得到静电纺丝前驱液；将前驱液置于静电场中，利用静电纺丝法制备得到一维纳米材料，随后经退火处理得到Bi2Ti4O11:Yb3+/Ho3+纳米纤维。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，二甲基甲酰胺与乙酸的质量比为(1.7～3.3)：1。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，溶液A与钛酸四丁酯的质量比为(2.4～3.4)：1。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，硝酸镱与硝酸钬的质量比为(1～15)：1，溶液B与硝酸镱与硝酸钬的总质量比为(13～17)：1。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛万银，徐美美，施金豆，高文兴，张盼峰，陆晨辉，张塨凡，张伟，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61