一種摻銪Y₄Al₂O₉紅色發光納米帶的制備方法

專利名稱：一種摻銪Y₄Al₂O₉紅色發光納米帶的制備方法
技術領域：
本發明涉及納米材料制備技術領域，具體說涉及一種摻銪Y4Al2O9紅色發光納米帶的制備方法。
背景技術：
無機物納米帶的制備與性質研究目前是材料科學、凝聚態物理、化學等學科研究的前沿熱點之一。納米帶是一種用人工方法合成的呈帶狀結構的納米材料，它的橫截面是一個矩形結構，其厚度在納米量級，寬度可達到微米級，而長度可達幾百微米，甚至幾毫米。 納米帶由于其不同于管、線材料的新穎結構以及獨特的光、電、磁等性能而引起人們的高度重視。摻銪鋁酸釔Y4Al2O9 = Eu3+是一種重要的紅色熒光材料。目前，Y4Al2O9 = Eu3+材料主要采用高溫固相法、溶膠-凝膠法、微波法、燃燒法、激光燒蝕法、前驅體熱解法等方法進行合成，合成產物為Y4Al2O9:Eu3+微米顆粒或納米顆粒。摻銪鋁酸釔納米帶是一種重要的新型紅色納米發光材料，將在發光與顯示、防偽、生物標記、納米器件等領域得到重要應用，具有廣闊的應用前景。目前未見Y4Al2O9: Eu3+納米帶的報道。專利號為1975504的美國專利公開了一項有關靜電紡絲方法(electrospinning) 的技術方案，該方法是制備連續的、具有宏觀長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中受靜電力的牽引而由噴嘴噴出，投向對面的接收屏，從而實現拉絲，然后，在常溫下溶劑蒸發，或者熔體冷卻到常溫而固化，得到微納米纖維。近 10年來，在無機纖維制備技術領域出現了采用靜電紡絲方法制備無機化合物如氧化物納米纖維的技術方案，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等金屬氧化物和金屬復合氧化物。已有人利用靜電紡絲技術成功制備了高分子納米帶(Materials Letters, 2007,61 :2325-2328 ； Journal of Polymer Science Part B Polymer Physics, 2001, 39 :2598-2606)。有人利用錫的有機化合物，使用靜電紡絲技術與金屬有機化合物分解技術相結合制備了多孔SnO2 納米帶(Nanotechnology，2007，18 :435704);有人利用靜電紡絲技術首先制備了 PEO/氫氧化錫復合納米帶，將其焙燒得到了多孔SnO2納米帶(J. Am. Ceram. Soc. ,2008,91 (I) 257-262)。董相廷等采用靜電紡絲技術制備了稀土氟化物納米帶(中國發明專利，申請號 201010108039. 7)、二氧化鈦納米帶(中國發明專利，ZL200810050948. 2)和 Gd3Ga5O12:Eu3+ 多孔納米帶(高等學校化學學報，2010，31 (7) ,1291-1296)。目前未見采用靜電紡絲技術制備Y4Al2O9 = Eu3+納米帶的報道。利用靜電紡絲技術制備納米材料時，原料的種類、高分子模板劑的分子量、紡絲液的組成、紡絲過程參數和熱處理工藝對最終產品的形貌和尺寸都有重要影響。本發明先采用靜電紡絲技術，以氧化釔Y2O3和氧化銪Eu2O3為原料，用稀硝酸溶解后蒸發，得到Y(NO3)3和Eu (NO3) 3混合晶體，加入九水合硝酸鋁Al (NO3) 3 · 9H20,再加入溶劑N，N- 二甲基甲酰胺 DMF和高分子模板劑聚乙烯吡咯烷酮PVP，得到紡絲液后進行靜電紡絲，在最佳的實驗條件下，制備出PVP/ [Y (NO3) 3+Eu (NO3) 3+A1 (NO3) 3]原始復合納米帶，將其在空氣中進行熱處理， 得到結構新穎純相的Y4Al2O9 = Eu3+納米帶。

發明內容
現有技術采用高溫固相法、溶膠-凝膠法、微波法、燃燒法、激光燒蝕法、前驅體熱解法等方法合成了 Y4Al2O9 = Eu3+微米顆粒或納米顆粒。
背景技術：
中的使用靜電紡絲技術制備了金屬氧化物、金屬復合氧化物納米纖維、高分子納米帶、SnO2納米帶、TiO2納米帶、 Gd3Ga5O12 = Eu3+多孔納米帶和稀土氟化物納米帶。為了在納米帶領域提供一種新型紅色發光納米帶材料，我們發明了一種制備Y4Al2O9 = Eu3+納米帶的方法。本發明是這樣實現的，首先制備出用于靜電紡絲的具有一定粘度的紡絲液，應用靜電紡絲技術進行靜電紡絲，在最佳的實驗條件下，制備出PVP/ [Y(NO3)3+Eu(NO3)3+A1 (NO3)3]原始復合納米帶，將其在空氣中進行熱處理，得到了結構新穎純相的Y4Al2O9 = Eu3+納米帶。在本發明中，摻雜的銪離子的摩爾百分數為5%，標記為 Y4Al2O9:5% Eu3+，即本發明所制備的是Y4Al2O9:5% Eu3+納米帶。其步驟為(I)配制紡絲液釔源和銪源使用的是氧化釔Y2O3和氧化銪Eu2O3,高分子模板劑采用聚乙烯吡咯烷酮PVP，分子量為90000，采用N，N- 二甲基甲酰胺DMF為溶劑，稱取一定量的氧化釔Y2O3和氧化銪Eu2O3,兩者的摩爾比為95 5,即銪離子的摩爾百分數為5%,用稀硝酸HNO3溶解后蒸發，得到Y (NO3) 3和Eu (NO3) 3混合晶體，加入九水合硝酸鋁Al (NO3) 3 · 9H20,使Y3++Eu3+與 Al3+的摩爾比為2 I，再加入適量的N，N-二甲基甲酰胺DMF溶劑和聚乙烯吡咯烷酮PVP， 于室溫下磁力攪拌6h，并靜置3h，即形成紡絲液，該紡絲液各組成部分的質量百分數為硝酸鹽含量10 %，PVP含量23 %，溶劑DMF含量67 % ；(2)制備 PVP/ [Y (NO3) 3+Eu (NO3) 3+Al (NO3) 3]原始復合納米帶將配制好的紡絲液加入紡絲裝置的儲液管中，進行靜電紡絲，噴頭內徑O. 7mm，調整噴頭與水平面垂直，施加IOkV的直流電壓，固化距離10cm，室溫18 25°C，相對濕度為 55 % 75 %，得到 PVP/ [Y (NO3) 3+Eu (NO3) 3+Al (NO3) 3]原始復合納米帶；(3)制備 Y4Al2O9:5 % Eu3+ 納米帶將所述的PVP/[Y (NO3) 3+Eu (NO3) 3+Al (NO3)3]原始復合納米帶放到程序控溫爐中進行熱處理，升溫速率為2V /min,在1100°C恒溫3h，再以2°C /min的速率降溫至200°C，之后隨爐體自然冷卻至室溫，得到Y4Al2O9:5% Eu3+納米帶，寬度為O. 4 I. I μ m，厚度為89nm， 長度大于50 μ m。在上述過程中所述的Y4Al2O9:5% Eu3+納米帶具有良好的結晶性，寬度為O. 4 I. I μ m,厚度為89nm,長度大于50 μ m,實現了發明目的。


圖I 是 Y4Al2O9:5 % Eu3+ 納米帶的 XRD 譜圖；圖2是Y4Al2O9:5% Eu3+納米帶的SEM照片，該圖兼作摘要附圖3 是 Y4Al2O9:5 % Eu3+ 納米帶的 EDS 譜圖；圖4是Y4Al2O9:5% Eu3+納米帶的激發光譜圖；圖5是Y4Al2O9:5% Eu3+納米帶的發射光譜圖。
具體實施例方式本發明所選用的氧化釔Y2O3和氧化銪Eu2O3的純度為99. 99%，聚乙烯吡咯烷酮 PVP,分子量90000，N, N- 二甲基甲酰胺DMF，九水合硝酸鋁Al (NO3) 3 ·9Η20和硝酸HNO3均為市售分析純產品；所用的玻璃儀器、坩堝和設備是實驗室中常用的儀器和設備。實施例稱取一定量的氧化釔Y2O3和氧化銪Eu2O3，兩者的摩爾比為95 5，即銪離子的摩爾百分數為5 %，用稀硝酸HNO3溶解后蒸發，得到Y (NO3) 3和Eu (NO3) 3混合晶體， 加入九水合硝酸鋁Al (NO3) 3 · 9Η20,使Y3++Eu3+與Al3+的摩爾比為2 1，再加入適量的N， N- 二甲基甲酰胺DMF溶劑和聚乙烯吡咯烷酮PVP，于室溫下磁力攪拌6h，并靜置3h，即形成紡絲液，該紡絲液各組成部分的質量百分數為硝酸鹽含量10%，PVP含量23%，溶劑DMF 含量67% ;將配制好的紡絲液加入紡絲裝置的儲液管中，進行靜電紡絲，噴頭內徑O. 7mm, 調整噴頭與水平面垂直，施加IOkV的直流電壓，固化距離10cm，室溫18 25°C，相對濕度為55 % 75 %，得到PVP/ [Y (NO3) 3+Eu (NO3) 3+Al (NO3) 3]原始復合納米帶；將所述的PVP/ [Y(NO3)3+Eu(NO3)3+Al (NO3)3]原始復合納米帶放到程序控溫爐中進行熱處理，升溫速率為 2V /min，在1100°C恒溫3h，再以2V /min的速率降溫至200°C，之后隨爐體自然冷卻至室溫，得到Y4Al2O9:5% Eu3+納米帶。所述的Y4Al2O9:5% Eu3+納米帶具有良好的結晶性，其衍射峰的d值和相對強度與Y4Al2O9的PDF標準卡片(34-0368)所列的d值和相對強度一致，屬于單斜晶系，空間群為P21/a，見圖I所示。所述的Y4Al2O9:5% Eu3+納米帶的寬度為O. 4
I.I μ m，厚度為89nm,長度大于50 μ m，見圖2所示。Y4Al2O9:5 % Eu3+納米帶由Y、Al、O和Eu 元素組成(Au來源于SEM制樣時表面鍍的Au導電層)，見圖3所示。當監測波長為609nm 時，Y4Al2O9:5% Eu3+納米帶的激發光譜最強峰位于250nm處，屬于02__Eu3+之間的電荷遷移帶，見圖4所示。在250nm的紫外光激發下,Y4Al2O9:5% Eu3+納米帶發射出主峰位于609nm 的明亮紅光，它對應于Eu3+離子的5Dtl — 7F2躍遷，屬于Eu3+的強迫電偶極躍遷，見圖5所示。當然，本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明做出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種摻銪Y4Al2O9紅色發光納米帶的制備方法，其特征在于，采用靜電紡絲技術，使用聚乙烯吡咯烷酮PVP為高分子模板劑，采用N，N- 二甲基甲酰胺DMF為溶劑，制備產物為銪離子摻雜鋁酸釔Y4Al2O9:5% Eu3+納米帶，其步驟為(1)配制紡絲液稱取一定量的氧化釔Y2O3和氧化銪Eu2O3，兩者的摩爾比為95 5，即銪離子的摩爾百分數為5 %，用稀硝酸HNO3溶解后蒸發，得到Y (NO3) 3和Eu (NO3) 3混合晶體，加入九水合硝酸鋁八1(勵3)3*9!120，使￥^113+與六13+的摩爾比為2 I，再加入適量的N，N-二甲基甲酰胺 DMF溶劑和聚乙烯吡咯烷酮PVP，于室溫下磁力攪拌6h，并靜置3h，即形成紡絲液，該紡絲液各組成部分的質量百分數為硝酸鹽含量10%，PVP含量23%，溶劑DMF含量67% ；(2)制備PVP/ [Y (NO3) 3+Eu (NO3) 3+Al (NO3) 3]原始復合納米帶將配制好的紡絲液加入紡絲裝置的儲液管中，進行靜電紡絲，噴頭內徑0. 7 mm，調整噴頭與水平面垂直，施加IOkV的直流電壓，固化距離10cm，室溫18 25°C，相對濕度為 55 % 75 %，得到 PVP/ [Y (NO3) 3+Eu (NO3) 3+Al (NO3) 3]原始復合納米帶；(3)制備Y4Al2O9:5% Eu3+納米帶將所述的PVP/[Y(NO3) 3+Eu (NO3) 3+Al (NO3)3]原始復合納米帶放到程序控溫爐中進行熱處理，升溫速率為2°C /min，在1100°C恒溫3h，再以2V /min的速率降溫至200°C，之后隨爐體自然冷卻至室溫，得到Y4Al2O9:5% Eu3+納米帶，寬度為O. 4 I. I μ m，厚度為89nm，長度大于50 μ m。
2.根據權利要求I所述的一種摻銪Y4Al2O9紅色發光納米帶的制備方法，其特征在于， 高分子模板劑為分子量Mr = 90000的聚乙烯吡咯烷酮。
全文摘要
本發明涉及一種摻銪Y4Al2O9紅色發光納米帶的制備方法，屬于納米材料制備技術領域。現有技術制備了Y4Al2O9:Eu3+微米或納米顆粒。本發明采用靜電紡絲技術制備了Y4Al2O9:5％Eu3+納米帶。本發明包括三個步驟(1)配制紡絲液。稱取Y2O3和Eu2O3，用稀HNO3溶解后蒸發，得到Y(NO3)3和Eu(NO3)3混合晶體，加入Al(NO3)3·9H2O，DMF溶劑和聚乙烯吡咯烷酮PVP，得到紡絲液；(2)采用靜電紡絲技術制備PVP/[Y(NO3)3+Eu(NO3)3+Al(NO3)3]原始復合納米帶；(3)制備Y4Al2O9:5％Eu3+納米帶。將PVP/[Y(NO3)3+Eu(NO3)3+Al(NO3)3]原始復合納米帶進行熱處理，得到Y4Al2O9:5％Eu3+納米帶，具有良好的結晶性，寬度為0.4～1.1μm，厚度為89nm，長度大于50μm。Y4Al2O9:Eu3+納米帶是一種重要的新型紅色納米發光材料，將在發光與顯示、防偽、生物標記、納米器件等領域得到重要應用。本發明的制備方法簡單易行，可以批量生產，具有廣闊的應用前景。
文檔編號D01F11/00GK102605470SQ20121004296
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月24日 優先權日2012年2月24日
發明者于文生, 劉桂霞, 王進賢, 秦菲, 董相廷 申請人:長春理工大學