一种掺铕四氟钇钠红色发光纳米带的制备方法转让专利
申请号 : CN201210044574.X
文献号 : CN102618969B
文献日 : 2014-02-12
发明人 : 董相廷 , 于飞 , 王进贤 , 于文生 , 刘桂霞
申请人 : 长春理工大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种掺铕四氟钇钠红色发光纳米带的制备方法,其特征在于,采用静电纺丝技术与氟化技术相结合的方法,使用分子量Mr=1300000的聚乙烯吡咯烷酮PVP为高分子模板剂,采用N,N-二甲基甲酰胺DMF为溶剂,氟化试剂使用氟化氢铵NH4HF2,制备产物为铕离子
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掺杂四氟钇钠NaYF4:Eu 红色发光纳米带,其步骤为:
(1)配制纺丝液
钠源、钇源和铕源使用的是碳酸钠Na2CO3、氧化钇Y2O3和氧化铕Eu2O3,高分子模板剂采用聚乙烯吡咯烷酮PVP,采用N,N-二甲基甲酰胺DMF为溶剂,称取一定量的碳酸钠+ 3+ 3+Na2CO3、氧化钇Y2O3和氧化铕Eu2O3,其中Na,Y 和Eu 的摩尔比为100:95:5,即铕离子的摩尔百分数为5%,用硝酸HNO3溶解后蒸发,得到NaNO3、Y(NO3)3和Eu(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5h,并静置3h,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10%,PVP含量20%,溶剂DMF含量70%;
(2)制备PVP/[NaNO3+Y(NO3)3+Eu(NO3)3]原始复合纳米带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0.7mm,调整喷头与水平面垂直,施加6kV的直流电压,固化距离16cm,室温18~25℃,相对湿度为50%~
75%,得到PVP/[NaNO3+Y(NO3)3+Eu(NO3)3]原始复合纳米带;
(3)制备混合氧化物纳米带
将所述的PVP/[NaNO3+Y(NO3)3+Eu(NO3)3]原始复合纳米带放到程序控温炉中进行热处理,升温速率为1℃/min,在600℃恒温4h,再以1℃/min的速率降温至200℃,之后随炉体自然冷却至室温,得到混合氧化物纳米带;
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(4)制备NaYF4:5%Eu 红色发光纳米带
氟化试剂使用氟化氢铵NH4HF2,采用双坩埚法,将氟化氢铵放入小坩埚中,上面覆盖碳棒,将所述的混合氧化物纳米带放在碳棒上面,将小坩埚放入较大的坩埚中,在内外坩埚间加过量的氟化氢铵,在外坩埚上加上坩埚盖子放入管式炉中,以2℃/min的升温速率升温至280℃保温2h,再升温到500℃保温3h,最后以1℃/min的降温速率降温至200℃,之后
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随炉体自然冷却至室温,得到NaYF4:5%Eu 红色发光纳米带,宽度为2.21±0.27μm,厚度为98.5nm,长度大于50μm。
说明书 :
一种掺铕四氟钇钠红色发光纳米带的制备方法
技术领域
背景技术
杂发光基质之一。掺铕四氟钇钠NaYF4:Eu 是一种重要的红色发光材料,具有重要应用。
已经采用沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、前驱体热解法、水热与溶剂热法、多元醇法、高
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沸点配位溶剂法等方法,制备了NaYF4:Eu 纳米晶、纳米棒、片状、立方体纳米晶、六方体纳
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米晶、八面体纳米晶、空心管状结构、纳米线、纺锤形等纳米材料。掺铕四氟钇钠NaYF4:Eu纳米带是一种新型的红色发光材料,将在生物标记、防伪、发光与显示、医学检测、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
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铕四氟钇钠NaYF4:Eu 纳米带的报道。
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米纤维的技术方案,所述的氧化物包括TiO2、ZrO2、Y2O3、Y2O3:RE (RE =Eu 、Tb 、Er 、
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Yb /Er )、NiO、Co3O4、Mn2O3、Mn3O4、CuO、SiO2、Al2O3、V2O5、ZnO、Nb2O5、MoO3、CeO2、LaMO3(M=Fe、Cr、Mn、Co、Ni、Al)、Y3Al5O12、La2Zr2O7等金属氧化物和金属复合氧化物。已有人利用静电纺丝技术成功制备了高分子纳米带(Materials Letters,2007,61:2325-2328;
Journal of PolymerScience:Part B:Polymer Physics,2001,39:2598-2606)。有人利用锡的有机化合物,使用静电纺丝技术与金属有机化合物分解技术相结合制备了多孔SnO2纳米带(Nanotechnology,2007,18:435704);有人利用静电纺丝技术首先制备了PEO/氢氧化锡复合纳米带,将其焙烧得到了多孔SnO2纳米带(J.Am.Ceram.Soc.,2008,91(1):
257-262)。董相廷等采用静电纺丝技术制备了稀土三氟化物纳米带(中国发明专利,申请号:201010108039.7)、二氧化钛纳米带(中国发明专利,授权号:ZL200810050948.2)和
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Gd3Ga5O12:Eu 多孔纳米带(高等学校化学学报,2010,31(7),1291-1296)。目前未见采用静
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电纺丝技术与氟化技术相结合制备NaYF4:Eu 红色发光纳米带的报道。
新颖纯相的NaYF4:Eu 红色发光纳米带。
发明内容
多元醇法、高沸点配位溶剂法等方法,制备了NaYF4:Eu 纳米晶、纳米棒、片状、立方体纳米晶、六方体纳米晶、八面体纳米晶、空心管状结构、纳米线、纺锤形等纳米材料。背景技术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、高分子纳米带、SnO2
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纳米带、TiO2纳米带、Gd3Ga5O12:Eu 多孔纳米带和稀土三氟化物纳米带。为了在纳米带领域提供一种新型红色发光纳米带材料,我们将静电纺丝技术与氟化技术相结合,发明了
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NaYF4:Eu 红色发光纳米带的制备方法。
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:Eu 红色发光纳米带。
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在本发明中,掺杂的铕离子的摩尔百分数为5%,标记为NaYF4:5%Eu ,即本发明所制备的
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是NaYF4:5%Eu 红色发光纳米带。其步骤为:
100∶95∶5,即铕离子的摩尔百分数为5%,用硝酸HNO3溶解后蒸发,得到NaNO3、Y(NO3)3和Eu(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5h,并静置3h,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10%,PVP含量20%,溶剂DMF含量70%;
之后随炉体自然冷却至室温,得到NaYF4:5%Eu 红色发光纳米带,宽度为2.21±0.27μm,厚度为98.5nm,长度大于50μm。
附图说明
具体实施方式
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Eu 的摩尔比为100∶95∶5,即铕离子的摩尔百分数为5%,用硝酸HNO3溶解后蒸发,得到NaNO3、Y(NO3)3和Eu(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5h,并静置3h,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10%,PVP含量20%,溶剂DMF含量70%;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0.7mm,调整喷头与水平面垂直,施加6kV的直流电压,固化距离16cm,室温18~25℃,相对湿度为50%~75%,得到PVP/[NaNO3+Y(NO3)3+Eu(NO3)3]原始复合纳米带;将所述的PVP/[NaNO3+Y(NO3)3+Eu(NO3)3]原始复合纳米带放到程序控温炉中进行热处理,升温速率为1℃/min,在600℃恒温4h,再以
1℃/min的速率降温至200℃,之后随炉体自然冷却至室温,得到混合氧化物纳米带;氟化试剂使用氟化氢铵NH4HF2,采用双坩埚法,将氟化氢铵放入小坩埚中,上面覆盖碳棒,将所述的混合氧化物纳米带放在碳棒上面,将小坩埚放入较大的坩埚中,在内外坩埚间加过量的氟化氢铵,在外坩埚上加上坩埚盖子放入管式炉中,以2℃/min的升温速率升温至280℃保温2h,再升温到500℃保温3h,最后以1℃/min的降温速率降温至200℃,之后随炉体自然
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冷却至室温,得到NaYF4:5%Eu 红色发光纳米带。所述的NaYF4:5%Eu 红色发光纳米带,具有良好的结晶性,其衍射峰的d值和相对强度与NaYF4的PDF标准卡片(16-0334)所列的
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d值和相对强度一致,属于六方晶系,空间群为P63/m,见图1所示。所述的NaYF4:5%Eu 红色发光纳米带呈纳米带状,厚度为98.5nm,长度大于50μm,见图2所示。用Shapiro-Wilk
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方法对NaYF4:5%Eu 红色发光纳米带的宽度进行正态分布检验,在95%的置信度下,
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NaYF4:5%Eu 红色发光纳米带的宽度分布属于正态分布,宽度为2.21±0.27μm,见图3所
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示。NaYF4:5%Eu 红色发光纳米带由Na、Y、F和Eu元素组成(Au来源于SEM制样时表面
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镀的Au导电层),见图4所示。当监测波长为592nm时,NaYF4:5%Eu 红色发光纳米带的
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最强激发峰位于395nm处,对应于Eu 的 F0→ L6跃迁,见图5所示。在395nm的紫外光激
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发下,NaYF4:5%Eu 红色发光纳米带发射出主峰位于592nm和616nm的明亮红光,对应于
3+ 5 7 5 7
Eu 离子的 D0→ F1和 D0→ F2跃迁,如图6所示。