一种掺铽四氟钇钠绿色发光纳米纤维的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种掺铽四氟钇钠绿色发光纳米纤维的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明专利技术包括四个步骤：(1)配制纺丝液。称取Na2CO3、Y2O3和Tb4O7，用HNO3溶解后蒸发，得到NaNO3、Y(NO3)3和Tb(NO3)3混合晶体，加入DMF溶剂和聚乙烯吡咯烷酮PVP，得到纺丝液；(2)采用静电纺丝技术制备PVP/[NaNO3+Y(NO3)3+Tb(NO3)3]复合纤维；(3)制备混合氧化物纳米纤维。将PVP/[NaNO3+Y(NO3)3+Tb(NO3)3]复合纤维进行热处理，得到混合氧化物纳米纤维；(4)制备NaYF4:5％Tb3+绿色发光纳米纤维。采用双坩埚法，用氟化氢铵将混合氧化物纳米纤维进行氟化处理，得到NaYF4:5％Tb3+绿色发光纳米纤维，具有良好的结晶性，直径为149.6±12.8nm，长度大于50μm。NaYF4:5％Tb3+纳米纤维是一种有重要应用价值的新型绿色纳米发光材料。本发明专利技术的制备方法简单易行，可以批量生产，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料制备研究领域，具体说涉及。
技术介绍
纳米纤维是指在材料的三维空间尺度上有两维处于纳米尺度的线状材料，通常径向尺度为纳米量级，而长度则较大。由于纳米纤维的径向尺度小到纳米量级，显示出一系列特性，最突出的是比表面积大，从而其表面能和活性增大，进而产生小尺寸效应、表面或界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，并因此表现出一系列化学、物理(热、光、声、 电、磁等)方面的特异性。在现有技术中，有很多制备纳米纤维的方法，例如抽丝法、模板合成法、分相法以及自组装法等。此外，还有电弧蒸发法，激光高温烧灼法，化合物热解法。这三种方法实际上都是在高温下使化合物(或单质)蒸发后，经热解(或直接冷凝)制得纳米纤维或纳米管，从本质上来说，都属于化合物蒸汽沉积法。稀土四氟化物由于具有丰富的4f能级和较低的声子能，是目前高效稀土离子掺杂发光基质之一。掺铽四氟钇钠NaYF4 = Tb3+是一种重要的绿色发光材料，具有重要应用。 已经采用沉淀法、微乳液法、溶胶-凝胶法、水热与溶剂热法、前驱体热解法、多元醇法、高沸点配位溶剂法等方法，制备了 NaYF4 = Tb3+纳米棒、纳米晶、片状、立方体、六方体、八面体、 空心管状结构、纳米线、纺锤形等纳米材料。掺铽四氟钇钠NaYF4 = Tb3+纳米纤维是一种新型的绿色发光材料，将在发光与显示、防伪、医学检测、生物标记、太阳能电池、化学与生物传感器、纳米器件等领域得到重要应用，具有广阔的应用前景。目前，未见掺铽四氟钇钠 NaYF4: Tb3+纳米纤维的报道。专利号为1975504的美国专利公开了一项有关静电纺丝方法(electrospinning) 的技术方案，该方法是制备连续的、具有宏观长度的微纳米纤维的一种有效方法，由 Formhals于1934年首先提出。这一方法主要用来制备高分子纳米纤维，其特征是使带电的高分子溶液或熔体在静电场中受静电力的牵引而由喷嘴喷出，投向对面的接收屏，从而实现拉丝，然后，在常温下溶剂蒸发，或者熔体冷却到常温而固化，得到微纳米纤维。近 10年来，在无机纤维制备
出现了采用静电纺丝方法制备无机化合物如氧化物纳米纤维的技术方案，所述的氧化物包括Ti02、ZrO2, Y2O3> Y2O3:RE3+(RE3+ = Eu3+、Tb3+、Er3+、 Yb3+/Er3+)、NiO, Co3O4, Mn203、Mn3O4, CuO、SiO2, A1203、V2O5, ZnO, Nb2O5, MoO3> CeO2, LaMO3 (Μ =Fe、Cr、Mn、Co、Ni、Al)、Y3Al5O12^ La2Zr2O7等金属氧化物和金属复合氧化物。王进贤等采用静电纺丝技术制备了稀土氟化物/稀土氟氧化物复合纳米纤维(中国专利技术专利，授权号ZL200810050959. O);董相廷等采用静电纺丝技术制备了掺铕Y7O6F9纳米纤维(中国专利技术专利，授权号ZL201010550196. 3);王进贤等采用静电纺丝技术制备了稀土三氟化物纳米纤维(中国专利技术专利，授权号ZL201010107993.4);王策等采用静电纺丝技术通过对 R(CF3CO2) 3/PVP (R = Eu，Ho)复合纳米纤维进行热处理，合成了 ROF (R = Eu，Ho)纳米纤维 (J. Nanosci. Nanotechnol.，2009，9 (2) : 1522-1525)。静电纺丝方法能够连续制备大长径比微米纤维或者纳米纤维。目前未见采用静电纺丝技术与氟化技术相结合制备NaYF4 = Tb3+绿色发光纳米纤维的报道。利用静电纺丝技术制备纳米材料时，原料的种类、高分子模板剂的分子量、纺丝液的组成、纺丝过程参数和热处理工艺对最终产品的形貌和尺寸都有重要影响。本专利技术先采用静电纺丝技术，以碳酸钠Na2CO3、氧化钇Y2O3和氧化铽Tb4O7为原料，用硝酸溶解后蒸发， 得到硝酸钠NaNO3、硝酸钇Y (NO3) 3和硝酸铽Tb (NO3) 3混合晶体，加入溶剂N，N- 二甲基甲酰胺DMF和高分子模板剂聚乙烯吡咯烷酮PVP，得到纺丝液后进行静电纺丝，在最佳的实验条件下，制备出PVP/ 原始纤维，将其在空气中进行热处理，得到混合氧化物纳米纤维，采用双坩埚法、以氟化氢铵NH4HF2为氟化剂进行氟化，制备出了结构新颖纯相的NaYF4 = Tb3+绿色发光纳米纤维。
技术实现思路
在
技术介绍
中的各种制备纳米纤维的方法中，抽丝法的缺点是对溶液粘度要求太苛刻；模板合成法的缺点是不能制备根根分离的连续纤维；分相法与自组装法生产效率都比较低；而化合物蒸汽沉积法由于对高温的需求，所以工艺条件难以控制，并且，上述几种方法制备的纳米纤维长径比小。
技术介绍
中的使用静电纺丝技术制备了金属氧化物、金属复合氧化物纳米纤维、稀土氟化物/稀土氟氧化物复合纳米纤维、掺铕Y7O6F9纳米纤维、稀土三氟化物纳米纤维和ROF(R = Eu，Ho)纳米纤维。现有技术采用沉淀法、微乳液法、溶胶-凝胶法、水热与溶剂热法、前驱体热解法、多元醇法、高沸点配位溶剂法等方法，制备了 NaYF4ITb3+纳米棒、纳米晶、片状、立方体、六方体、八面体、空心管状结构、纳米线、纺锤形等纳米材料。为了在纳米纤维领域提供一种新型绿色发光纳米纤维材料，我们将静电纺丝技术与氟化技术相结合，专利技术了 NaYF4 = Tb3+绿色发光纳米纤维的制备方法。本专利技术是这样实现的，首先制备出用于静电纺丝的具有一定粘度的纺丝液，应用静电纺丝技术进行静电纺丝，在最佳的实验条件下，制备出PVP/ 复合纤维，将其在空气中进行热处理，得到了混合氧化物纳米纤维，采用双坩埚法、以氟化氢铵NH4HF2为氟化剂进行氟化，制备出了结构新颖纯相的NaYF4: Tb3+绿色发光纳米纤维。在本专利技术中，掺杂的铽离子的摩尔百分数为5%，标记为NaYF4:5% Tb3+，即本专利技术所制备的是 NaYF4:5% Tb3+绿色发光纳米纤维。其步骤为(I)配制纺丝液钠源、钇源和铽源使用的是碳酸钠Na2CO3、氧化钇Y2O3和氧化铽Tb4O7,高分子模板剂采用聚乙烯吡咯烷酮PVP，分子量为1300000，采用N，N-二甲基甲酰胺DMF为溶剂，称取一定量的碳酸钠Na2CO3、氧化钇Y2O3和氧化铽Tb4O7，其中Na+，Y3+和铽离子的摩尔比为 100 95 5，即铽离子的摩尔百分数为5%，用硝酸HNO3溶解后蒸发，得到NaN03、Y (NO3)3 和Tb (NO3) 3混合晶体，加入适量的N，N- 二甲基甲酰胺DMF溶剂和聚乙烯吡咯烷酮PVP，于室温下磁力搅拌6h，并静置4h，即形成纺丝液，该纺丝液各组成部分的质量百分数为硝酸盐含量5%，PVP含量13%，溶剂DMF含量82% ；(2)制备 PVP/ 复合纤维将配制好的纺丝液加入纺丝装置的储液管中，进行静电纺丝，喷头内径O. 7mm，调整喷头与水平面的夹角为15°，施加12kV的直流电压，固化距离18cm，室温20 25°C，相对湿度为 55 % 75 %，得到 PVP/ 复合纤维；(3)制备混合氧化物纳米纤维将所述的PVP/ 复合纤维放到程序控温炉中进行热处理, 升温速率为l°c /min，在600°C恒温4h，再以1°C /min的速率降温至200°C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王进贤，董相廷，于飞，于文生，刘桂霞，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：