專利名稱：一種NaNdF₄納米棒發(fā)光粉的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及稀土發(fā)光材料制備技術領域,尤其涉及一種NaNdF4納米棒發(fā)光粉的制備方法。
背景技術：
稀土納米發(fā)光材料是指粒子尺寸在1-1OOnm的發(fā)光材料。納米材料的小尺寸效應、量子尺寸效應、表面效應和宏觀隧道效應使其在光學、熱學、電學、磁學性質(zhì)等方面呈現(xiàn)出與常規(guī)材料不同的特性，堿金屬稀土氟化物納米材料(AReF4, A=L1、Na、K，Re=稀土元素)的能級結(jié)構、能量傳遞和光譜性質(zhì)等方面的特殊性，以及其制備的發(fā)光材料具有高亮度、高穩(wěn)定性、粒度均勻、分布窄等特點，使其廣泛應用于發(fā)光、顯示、光信息傳輸、生物標記、激光等領域。然而，采用傳統(tǒng)的高溫高壓方法制備堿金屬稀土氟化物能耗高、操作復雜、設備要求高。因此，尋找在溫和反應條件下合成形貌、尺寸均一的氟化物納米晶體的制備方法已成為必然的趨勢。目前，出現(xiàn)了一些合成堿金屬稀土氟化物納米材料的新方法；如Zhang等人采用機械化學方法，利用堿金屬氟化物粉末和稀土氟化物粉末反應制備了堿金屬稀土復合氟化物；Yan等人利用Na (CF3COO)和Re (CF3COO) 3的共熱分解反應制備了 NaReF4(Re=Pr, Lu, Y)納米晶。Cui 等人以 Nd (C3H7COO) 3 · Phen 和 Nd (NO3) 3 · Phen 為前驅(qū)溶液,用溫和的水熱法合成了 NaNdF4納米晶。但這些方法大多需要無水和無氧環(huán)境，反應時間長，反應溫度高，此外制備過程中還使用了大量的有機物質(zhì)如油酸、油胺和三辛基膦等，在受熱處理后熱分解產(chǎn)物通常有毒，后處理工序復雜，以及會造成環(huán)境污染等。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術中存在`的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種NaNdF4納米棒發(fā)光粉的制備方法，其所需設備簡單、操作工藝便利，可通過調(diào)節(jié)反應體系的PH值、起始反應物的摩爾比、反應溫度和反應時間等實現(xiàn)對稀土氟化物NaNdF4的物相和形貌尺寸進行精確控制。本發(fā)明所采用的技術方案一種NaNdF4納米棒發(fā)光粉的制備方法，采用氧化釹(Nd203)、硝酸(順03)、氟化鈉(NaF)、乙二胺四乙酸二鈉(Na2H2EDTA)、氨水(ΝΗ40Η)、無水乙醇(C2H5OH)為原料，按照以下步驟進行
(1)用lOmol/L的HNO3溶解Nd2O3，加熱攪拌至溶液變澄清后，繼續(xù)加熱至溶液剩余8%-12%’即制得反應前驅(qū)物Nd (NO3) 3溶液；
(2)制備螯合劑Na2H2EDTA溶液，在磁力攪拌條件下與反應前驅(qū)物Nd(NO3)3溶液混合，使溶液中Nd3+和Na2H2EDTA的摩爾比為1: (O. 5_2)，攪拌反應5_30min ；
(3)向反應溶液加入適量的NaF溶液，使得溶液中Nd3+和？_的摩爾比為1:(6_10)，使用HNO3調(diào)節(jié)混合溶液pH值至2-4，攪拌5-30min，即得有白色渾濁物的混合溶液；
(4)將混合溶液加入到水熱釜內(nèi)襯中，填充至內(nèi)襯容積的80%，密閉水熱釜進行水熱處理，于160-200°C溫度條件下保溫12-48h ；
(5)將水熱釜自然冷卻至室溫，反應產(chǎn)物離心收集后，用無水乙醇和蒸餾水反復洗滌，在干燥箱內(nèi)烘干5-10h，烘干溫度50-100°C，即得NaNdF4納米棒發(fā)光粉。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的制備方法操作簡單、成本低廉、對環(huán)境無污染，屬綠色環(huán)保型制備。僅通過裝釜前Nd3+與Na2H2EDTA螯合反應；在反應釜內(nèi)螯合物又逐漸釋放出Nd3+與NaF發(fā)生反應，生成NaNdF4。本發(fā)明采用水熱法，實現(xiàn)了在比較低的溫度下制備出NaNdF4納米晶?？朔艘酝苽浞椒ㄋ韪邷亍⒏邏旱葪l件。該方法對制得的納米晶的物相和形貌尺寸可人為地進行有效控制。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖2為對本發(fā)明制備的NaNdF4納米棒發(fā)光粉的X射線衍射圖(XRD)；
圖3為對本發(fā)明制備的NaNdF4納米棒發(fā)光粉的掃描電子顯微鏡(FESEM)和透射電子顯微鏡(TEM)的表征圖像；
圖4為本發(fā)明制備的NaNdF4納米棒發(fā)光粉的能譜圖(EDS)；
圖5為NaNdF4納米棒發(fā) 光粉的發(fā)射光譜，發(fā)射光譜最強峰對應于1059nm。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。實施例一
如圖1所示，NaNdF4納米棒發(fā)光粉的制備步驟為
(1)用10mol/L的HNO3溶解Nd2O3,加熱攪拌至溶液變澄清后，繼續(xù)加熱至溶液剩余10%，即制得反應前驅(qū)物Nd (NO3) 3溶液；
(2)制備螯合劑Na2H2EDTA溶液，在磁力攪拌條件下與反應前驅(qū)物Nd(NO3)3溶液混合，使溶液中Nd3+和Na2H2EDTA的摩爾比為1: 1，攪拌反應IOmin ；
(3)向反應溶液加入適量的NaF溶液，使得溶液中Nd3+和F_的摩爾比為1:7.5，使用HNO3調(diào)節(jié)混合溶液pH值至2，攪拌5min，即得有白色渾濁物的混合溶液；
(4)將混合溶液加入到水熱釜內(nèi)襯中，填充至內(nèi)襯容積的80%，密閉水熱釜進行水熱處理，于180°C溫度條件下保溫24h ；
(5)將水熱釜自然冷卻至室溫，反應產(chǎn)物離心收集后，用無水乙醇和蒸餾水反復洗滌，在干燥箱內(nèi)烘干10h，烘干溫度60°C，即得NaNdF4納米棒。對制得的產(chǎn)物用Phillips D8型X射線衍射儀進行表征，得到的X射線衍射譜圖(如圖2)，可知制得的產(chǎn)物是六方相NaNdF4。對制得的產(chǎn)物用日立S-4800型場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)和JEM-200CX型透射電子顯微鏡(TEM)，從掃描電鏡照片(如圖3a)、透射電鏡照片(如圖3b)、單個晶體透射電鏡照片(如圖3c)、單個晶體的選區(qū)電子衍射圖(如圖3d)和單個晶體高分辨透射電子顯微鏡照片(如圖3e)中可知制備的NaNdF4，形貌為單一的、均勻的六棱柱狀納米棒，棒的端面為六邊形，端面直徑約為lOOnm、長度約為650nm;衍射的斑點可以分別表示為六方相NaNdF4 (112),(111)和(OOI )晶面；SAED花樣顯示該晶體是一個發(fā)育比較好的單晶，產(chǎn)物NaNdF4六棱柱納米晶是由單晶晶粒組成的；納米棒的相鄰晶面間距為O. 37Inm,對應于NaNdF4的(00 I )晶面，表明納米棒是沿(00了)方向生長的；由產(chǎn)物的能譜圖(如圖4)可知納米棒的組成為Na、Nd和F，其含量比符合其化學計量比。室溫下的發(fā)光光譜圖(如圖5)顯示該樣品在1059nm處存在最強發(fā)射峰.
實施例二
如圖1所示，NaNdF4納米棒發(fā)光粉的制備步驟為
(1)用lOmol/L的HNO3溶解Nd2O3,加熱攪拌至溶液變澄清后，繼續(xù)加熱至溶液剩余8%，即制得反應前驅(qū)物Nd (NO3) 3溶液；
(2)制備螯合劑Na2H2E·DTA溶液，在磁力攪拌條件下與反應前驅(qū)物Nd(NO3)3溶液混合，使溶液中Nd3+和Na2H2EDTA的摩爾比為1: O. 5，攪拌反應30min ；
(3)向反應溶液加入適量的NaF溶液，使得溶液中Nd3+和F_的摩爾比為1:6，使用HNO3調(diào)節(jié)混合溶液PH值至3，攪拌lOmin，即得有白色渾濁物的混合溶液；
(4)將混合溶液加入到水熱釜內(nèi)襯中，填充至內(nèi)襯容積的80%，密閉水熱釜進行水熱處理，于200°C溫度條件下保溫12h ；
(5)將水熱釜自然冷卻至室溫，反應產(chǎn)物離心收集后，用無水乙醇和蒸餾水反復洗滌，在干燥箱內(nèi)烘干8h，烘干溫度70°C，即得NaNdF4納米棒。
實施例三
如圖1所示，NaNdF4納米棒發(fā)光粉的制備步驟為
(1)用10mol/L的HNO3溶解Nd2O3,加熱攪拌至溶液變澄清后，繼續(xù)加熱至溶液剩余12%，即制得反應前驅(qū)物Nd (NO3) 3溶液；
(2)制備螯合劑Na2H2EDTA溶液，在磁力攪拌條件下與反應前驅(qū)物Nd(NO3)3溶液混合，使溶液中Nd3+和Na2H2EDTA的摩爾比為1: 2，攪拌反應5min ；
(3)向反應溶液加入適量的NaF溶液，使得溶液中Nd3+和F_的摩爾比為1:10，使用HNO3調(diào)節(jié)混合溶液PH值至4，攪拌20min，即得有白色渾濁物的混合溶液；
(4)將混合溶液加入到水熱釜內(nèi)襯中，填充至內(nèi)襯容積的80%，密閉水熱釜進行水熱處理，于160°C溫度條件下保溫48h ；
(5)將水熱釜自然冷卻至室溫，反應產(chǎn)物離心收集后，用無水乙醇和蒸餾水反復洗滌，在干燥箱內(nèi)烘干6h，烘干溫度60°C，即得NaNdF4納米棒。
實施例四
如圖1所示，NaNdF4納米棒發(fā)光粉的制備步驟為
(1)用10mol/L的HNO3溶解Nd2O3,加熱攪拌至溶液變澄清后，繼續(xù)加熱至溶液剩余10%，即制得反應前驅(qū)物Nd (NO3) 3溶液；
(2)制備螯合劑Na2H2EDTA溶液，在磁力攪拌條件下與反應前驅(qū)物Nd(NO3)3溶液混合，使溶液中Nd3+和Na2H2EDTA的摩爾比為1:1. 5，攪拌反應20min ；(3)向反應溶液加入適量的NaF溶液，使得溶液中Nd3+和F_的摩爾比為1:8，使用HNO3調(diào)節(jié)混合溶液PH值至3，攪拌30min，即得有白色渾濁物的混合溶液；
(4)將混合溶液加入到水熱釜內(nèi)襯中，填充至內(nèi)襯容積的80%，密閉水熱釜進行水熱處理，于170°C 溫度條件下保溫36h ；
(5)將水熱釜自然冷卻至室溫，反應產(chǎn)物離心收集后，用無水乙醇和蒸餾水反復洗滌，在干燥箱內(nèi)烘干10h，烘干溫度50°C，即得NaNdF4納米棒。
權利要求
1.一種NaNdF4納米棒發(fā)光粉的制備方法，其特征在于包括以下步驟 (1)用lOmol/L的硝酸溶解氧化釹，加熱攪拌至溶液變澄清后，繼續(xù)加熱至溶液剩余8%-12%，即制得反應前驅(qū)物硝酸釹溶液； (2)制備螯合劑乙二胺四乙酸二鈉溶液，與反應前驅(qū)物硝酸釹溶液混合，使溶液中釹離子和乙二胺四乙酸二鈉的摩爾比為1:(0. 5-2)，攪拌反應5-30min; (3)向反應溶液加入氟化鈉溶液,使得溶液中釹離子和氟離子的摩爾比為1:(6-10),調(diào)節(jié)混合溶液PH值至2-4，攪拌5-30min，即得有白色渾濁物的混合溶液； (4)將混合溶液加入到水熱釜內(nèi)襯，填充至內(nèi)襯容積的80%，密閉水熱釜進行水熱處理； (5)將水熱釜自然冷卻至室溫，反應產(chǎn)物離心收集后，用無水乙醇和蒸餾水反復洗滌，在干燥箱內(nèi)烘干，即得NaNdF4納米棒發(fā)光粉。
2.根據(jù)權利要求1所述的NaNdF4納米棒發(fā)光粉的制備方法，其特征在于所述的步驟(4)中，水熱處理的溫度為160-200°C，時間為12-48h。
3.根據(jù)權利要求1所述的NaNdF4納米棒發(fā)光粉的制備方法，其特征在于所述的步驟(5)中，干燥溫度為50-100°C，干燥時間5-10h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種NaNdF4納米棒發(fā)光粉的制備方法，其僅通過裝釜前Nd3+與H2EDTA2+螯合反應；在反應釜內(nèi)螯合劑又釋放出Nd3+使得該離子能與NaF發(fā)生反應，生成NaNdF4，所需設備簡單、成本低廉、對環(huán)境無污染，屬綠色環(huán)保型制備操作工藝便利，可通過調(diào)節(jié)反應體系的pH值、起始反應物的摩爾比、反應溫度和反應時間等實現(xiàn)在比較低的溫度下制備出NaNdF4稀土氟化物，并能夠?qū)Ξa(chǎn)物的物相和形貌尺寸進行精確控制。
文檔編號B82Y30/00GK103043699SQ20121052893
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權日2012年12月11日
發(fā)明者陶鋒, 王志俊, 孫宇峰, 朱貴春, 陶碩, 胡從榮 申請人:安徽工程大學