摻鉺硫氧化釔上轉(zhuǎn)換發(fā)光空心納米纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體說(shuō)涉及摻鉺硫氧化釔上轉(zhuǎn)換發(fā)光空心納米纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米纖維是指在材料的三維空間尺度上有兩維處于納米尺度的線狀材料，通常徑向尺度為納米量級(jí)，而長(zhǎng)度則較大。由于納米纖維的徑向尺度小到納米量級(jí)，顯示出一系列特性，最突出的是比表面積大，從而其表面能和活性增大，進(jìn)而產(chǎn)生小尺寸效應(yīng)、表面或界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等，并因此表現(xiàn)出一系列化學(xué)、物理(熱、光、聲、電、磁等)方面的特異性?？招募{米纖維由于具有更大的比表面積，將具有更廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)有技術(shù)中，有很多制備納米纖維的方法，例如抽絲法、模板合成法、分相法、水熱法以及自組裝法等。此外，還有電弧蒸發(fā)法，激光高溫?zé)品?，化合物熱解法，這三種方法實(shí)際上都是在高溫下使化合物(或單質(zhì))蒸發(fā)后，經(jīng)熱解(或直接冷凝)制得納米纖維或納米管，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，都屬于化合物蒸汽沉積法。
[0003]硫氧化釔Y2O2S具有化學(xué)穩(wěn)定性好、不溶于水、熔點(diǎn)高、抗氧化性強(qiáng)以及光吸收效率和傳能效率高、無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，成為稀土離子激活的發(fā)光材料的重要基質(zhì)。鉺離子摻雜硫氧化釔Y2O2S = Er3+是一種重要的性能優(yōu)良、廣泛應(yīng)用的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。Y2O2S:Er3+納米材料的研究已引起了人們的高度關(guān)注。已經(jīng)采用水熱與溶劑熱法、固相反應(yīng)法、燃燒法、微波法等，制備了 Y2O2S: Er3+納米粒子、納米管、納米線、納米棒、納米花、多面體納米晶。Y 202S: Er3+空心納米纖維是一種重要的新型上轉(zhuǎn)換納米熒光材料，將在發(fā)光與顯示、防偽、生物標(biāo)記、納米器件等領(lǐng)域得到重要應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，未見(jiàn)有Y2O2S: Er3+空心納米纖維的相關(guān)報(bào)道。
[0004]專利號(hào)為1975504的美國(guó)專利公開了一項(xiàng)有關(guān)靜電紡絲方法(electrospinning)的技術(shù)方案，該方法是制備連續(xù)的、具有宏觀長(zhǎng)度的微納米纖維的一種有效方法，由Formhals于1934年首先提出。這一方法主要用來(lái)制備高分子納米纖維,其特征是使帶電的高分子溶液或熔體在靜電場(chǎng)中受靜電力的牽引而由噴嘴噴出，投向?qū)γ娴慕邮掌粒瑥亩鴮?shí)現(xiàn)拉絲，然后，在常溫下溶劑蒸發(fā)，或者熔體冷卻到常溫而固化，得到微納米纖維。近10年來(lái)，在無(wú)機(jī)纖維制備技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了采用靜電紡絲方法制備無(wú)機(jī)化合物如氧化物納米纖維的技術(shù)方案，所述的氧化物包括 Ti02、ZrO2, Y2O3> Y2O3:RE3+(RE3+= Eu 3+、Tb3+、Er3+、Yb3+/Er3+)、N1、Co3O4、Mn203、Mn3O4> CuO> Si02、A1203、ZnO> Nb2O5> MoO3> CeO2> LaMO3(Μ = Fe、Cr、Mn、Co、N1、Al)、Y3Al5O12^ La2Zr2O7等金屬氧化物和金屬?gòu)?fù)合氧化物。通過(guò)調(diào)節(jié)紡絲液的組成，董相廷等采用單軸靜電紡絲技術(shù)直接制備了 CeO2空心納米纖維[Journal of RareEarths, 2008, 26 (5)，664-669];王進(jìn)賢等采用單軸靜電紡絲技術(shù)直接制備了 LaCoO3多孔空心納米纖維[Applied Physics Research, 2009, I (I), 8-14] ?目前，未見(jiàn)有采用單軸靜電紡絲技術(shù)制備Y2O2S: Er3+空心納米纖維的相關(guān)報(bào)道。
[0005]利用靜電紡絲技術(shù)制備納米材料時(shí)，原料的種類、高分子模板劑的分子量、紡絲液的組成、紡絲過(guò)程參數(shù)和熱處理工藝對(duì)最終產(chǎn)品的形貌和尺寸都有重要影響。本發(fā)明以氧化釔Y2O3和氧化鉺Er 203為原料，用硝酸溶解后蒸發(fā)，得到Y(jié) (NO 3) 3和Er (NO 3) 3混合粉末，力口入溶劑N，N- 二甲基甲酰胺DMF和高分子模板劑聚乙烯吡咯烷酮PVP，得到紡絲液，控制紡絲液的粘度至關(guān)重要，采用單軸靜電紡絲技術(shù)進(jìn)行靜電紡絲，在最佳的實(shí)驗(yàn)條件下，制備出PVP/ [Y (NO3) 3+Er (NO3) 3]原始復(fù)合納米纖維，將其在空氣中進(jìn)行熱處理，得到Y(jié)2O3: Er3+空心納米纖維，采用雙坩堝法、以硫磺為硫化劑進(jìn)行硫化，制備出了結(jié)構(gòu)新穎純相的Y2O2S = Er3+空心納米纖維。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在【背景技術(shù)】中的各種制備納米纖維的方法中，抽絲法的缺點(diǎn)是對(duì)溶液粘度要求太苛刻；模板合成法的缺點(diǎn)是不能制備根根分離的連續(xù)纖維；分相法與自組裝法生產(chǎn)效率都比較低；而化合物蒸汽沉積法由于對(duì)高溫的需求，所以工藝條件難以控制。并且，上述幾種方法制備的納米纖維長(zhǎng)徑比小?！颈尘凹夹g(shù)】中的使用靜電紡絲技術(shù)制備了金屬氧化物、金屬?gòu)?fù)合氧化物納米纖維和空心納米纖維?，F(xiàn)有技術(shù)采用水熱與溶劑熱法、固相反應(yīng)法、燃燒法、微波法等，制備了 Y2O2S = Er3+納米粒子、納米管、納米線、納米棒、納米花、多面體納米晶。為了在納米纖維領(lǐng)域提供一種新型上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米纖維材料，我們將靜電紡絲技術(shù)與硫化技術(shù)相結(jié)合，發(fā)明了 Y2O2S:Er3+空心納米纖維的制備方法。
[0007]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，首先制備出用于靜電紡絲的具有一定粘度的紡絲液，應(yīng)用靜電紡絲技術(shù)進(jìn)行靜電紡絲，在最佳的實(shí)驗(yàn)條件下，制備出PVP/[Y(NO3)3+Er(NO3)3]原始復(fù)合納米纖維，將其在空氣中進(jìn)行熱處理，得到Y(jié)2O3 = Er3+空心納米纖維，采用雙坩堝法、以硫磺為硫化劑進(jìn)行硫化，制備出了結(jié)構(gòu)新穎純相的Y2O2S:Er3+空心納米纖維。在本發(fā)明中，摻雜的鉺離子的摩爾百分?jǐn)?shù)為3%，標(biāo)記為Y202S:3%Er3+，即本發(fā)明所制備的是Y202S:3%Er3+空心納米纖維。其步驟為:
[0008](I)配制紡絲液
[0009]釔源和鉺源使用的是氧化釔Y2O3和氧化鉺Er 203，高分子模板劑采用聚乙烯吡咯烷酮PVP，分子量為10000，采用N，N-二甲基甲酰胺DMF為溶劑，稱取0.8987g Y2O3和
0.1146gEr203溶于1mL硝酸中，在磁力攪拌器上加熱攪拌除去多余的硝酸和水，結(jié)晶得到混合稀土硝酸鹽粉末，加入9.8000g DMF,攪拌直至完全溶解，再加入7.8000g PVP,磁力攪拌溶解后靜置8h，得到均一淡黃色透明的紡絲液；
[0010](2)制備 PVP/ [Y (NO3) 3+Er (NO3) 3]復(fù)合納米纖維
[0011]采用一支ImL塑料噴槍頭套在一只5mL注射器上，將紡絲液注入注射器內(nèi)，采用豎噴方式，以水平放置的鋁箔作為接收裝置進(jìn)行靜電紡絲，紡絲電壓為15kV，噴槍頭與鋁箔的間距為18cm，環(huán)境溫度為20°C -26°C，相對(duì)濕度為35%~50%,得到PVP/ [Y (NO3) 3+Er (NO3) 3]復(fù)合納米纖維；
[0012](3)制備Y2O3:3 % Er3+空心納米纖維
[0013]將所述的PVP/[Y(NO3)3+Er (NO3)3]復(fù)合納米纖維放到程序控溫爐中進(jìn)行熱處理，升溫速率為l°c /min，在700°C恒溫8h，再以1°C /min的速率降溫至200°C，之后隨爐體自然冷卻至室溫，得到Y(jié)2O3:3% Er3+空心納米纖維；
[0014](4)制備Y2O2S:3% Er3+空心納米纖維
[0015]硫化試劑使用硫磺，采用雙坩堝法，將硫磺放入小坩堝中，上面覆蓋碳棒，將所述的Y2O3:3 % Er3+空心納米纖維放在碳棒上面，將小坩堝放入較大的坩堝中，在內(nèi)外坩堝間加過(guò)量的硫磺，在外坩堝上加上坩堝蓋子放入管式爐中，在室溫時(shí)通入氬氣40min，排出爐管內(nèi)的空氣，以5°C /min的升溫速率至800°C，保溫4h，再以5°C /min的降溫速率降至200°C，之后自然冷卻至室溫，得到Y(jié)2O2S: 3% Er3+空心納米纖維，直徑為176±25nm，長(zhǎng)度大于 100 μ m。
[0016]在上述過(guò)程中所述的Y202S:3% Er3+空心納米纖維具有良好的晶型，屬于六方晶系，直徑為176±25nm，長(zhǎng)度大于100 μ m，實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是Y2O2S: 3% Er3+空心納米纖維的XRD譜圖；
[0018]圖2是Y2O2S: 3% Er3+空心納米纖維的SEM照片，該圖兼作摘要附圖