一种掺铒三氟化钇上转换发光空心纳米纤维的制备方法转让专利
申请号 : CN201210407362.3
文献号 : CN102943320B
文献日 : 2014-07-09
发明人 : 董相廷 , 李丹 , 于文生 , 王进贤 , 刘桂霞
申请人 : 长春理工大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种掺铒三氟化钇上转换发光空心纳米纤维的制备方法,其特征在于,采用单轴静电纺丝技术与氟化技术相结合的方法,使用分子量Mr=10000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
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为铒离子掺杂三氟化钇YF3:Er 上转换发光空心纳米纤维,其步骤为:(1)配制纺丝液
钇源和铒源使用的是氧化钇Y2O3和氧化铒Er2O3,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,称取一定量的氧化钇Y2O3和氧化铒Er2O3,其中
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Y 和Er 的摩尔比为95∶5,即铒离子的摩尔百分数为5%,用硝酸HNO3溶解后蒸发,得到Y(NO3)3和Er(NO3)3混合晶体,加入DMF和PVP,于室温下磁力搅拌4h,并静置2h,形成纺丝液,该纺丝液中各组成部分的质量百分数为:硝酸盐含量12%,PVP含量39%,溶剂DMF含量49%;
(2)制备PVP/[Y(NO3)3+Er(NO3)3]原始复合纤维采用单轴静电纺丝技术,喷丝头采用截平后的10#不锈钢注射针头,外径为1.0mm,内径为0.7mm,将配制好的纺丝液置于纺丝装置的储液管中,采用竖喷方式,喷丝头与水平面垂直,调节直流电压为16kV,喷丝头到接收屏铁丝网的固化距离为18cm,室内温度
18~28℃,相对湿度为40%~70%,随着溶剂的挥发,在接收屏铁丝网上即可得到PVP/[Y(NO3)3+Er(NO3)3]原始复合纤维;
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(3)制备Y2O3:Er 空心纳米纤维
将所述的PVP/[Y(NO3)3+Er(NO3)3]原始复合纤维放到程序控温炉中进行热处理,升温速率为1℃/min,在700℃恒温8h,再以1℃/min的速率降温至200℃,之后随炉体自然冷
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却至室温,得到Y2O3:Er 空心纳米纤维;
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(4)制备YF3:Er 上转换发光空心纳米纤维
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
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棒,将所述的Y2O3:Er 空心纳米纤维放在碳棒上面,将小坩埚放入较大的坩埚中,在内外坩埚间加适量的氟化氢铵,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450℃保温3h,最后以1℃/min的降温速率降温至200℃,
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之后随炉体自然冷却至室温,得到YF3:Er 上转换发光空心纳米纤维,直径为172±23nm,长度大于30μm。
说明书 :
一种掺铒三氟化钇上转换发光空心纳米纤维的制备方法
技术领域
背景技术
感器等。掺铒三氟化钇YF3:Er 纳米材料是一种重要的上转换发光材料,有广阔的应用前景,已经成为纳米发光材料研究领域的热点之一。人们己经采用沉淀法、微乳液法、水热与溶剂热法、溶胶—凝胶法、微波法、超声波法、前驱体热解法、静电纺丝法等方法,制备出了
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YF3:Er 纳米颗粒、纳米线、纳米管、纳米棒、纳米纤维、纳米膜、多面体纳米晶、复合结构纳r +
米晶、核壳结构纳米材料等多种形貌的纳米材料。掺铒三氟化钇YF3:E3 空心纳米纤维是一种新型的上转换发光材料,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,未见掺铒三
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氟化钇YF3:Er 上转换发光空心纳米纤维的报道。
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的技术方案,所述的氧化物包括TiO2、ZrO2、Y2O3、Y2O3:RE (RE =Eu 、Tb 、Er 、Yb /Er )、NiO、Co3O4、Mn2O3、Mn3O4、CuO、SiO2、Al2O3、y2O5、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。王进贤等使用单喷丝头、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[中国发明专利,授权号:ZL200810050959.0];董相廷等采用静电纺丝技术制备了掺铕Y7O6F9纳米纤维[中国发明专利,授权号:ZL201010550196.3];王进贤等使用单喷丝头、采用静电纺丝技术制备了稀土三氟化物纳米纤维[中国发明专利,授权号:ZL201010107993.4];王策等使用单喷丝头、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,未见采用单轴静电纺丝技术
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与氟化技术相结合制备YF3:Er 上转换发光空心纳米纤维的报道。
Y2O3:Er 空心纳米纤维,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
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构新颖纯相的YF3:Er 上转换发光空心纳米纤维。
发明内容
法等方法,制备出了YF3:Er 纳米颗粒、纳米线、纳米管、纳米棒、纳米纤维、纳米膜、多面体纳米晶、复合结构纳米晶、核壳结构纳米材料等多种形貌的纳米材料。为了在纳米纤维领域提供一种新型的上转换发光空心纳米纤维材料,我们将单轴静电纺丝技术与氟化技术相结
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合,发明了YF3:Er 上转换发光空心纳米纤维的制备方法。
合纤维,将其在空气中进行热处理,得到Y2O3:Er 空心纳米纤维,采用双坩埚法、以氟化氢
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铵NH4HF2为氟化剂进行氟化,制备出了结构新颖纯相的YF3:Er 上转换发光空心纳米纤维。
在本发明中,掺杂的铒离子的摩尔百分数为5%。其步骤为:
氧化铒Er2O3,其中Y 和Er 的摩尔比为95∶5,即铒离子的摩尔百分数为5%,用硝酸HNO3溶解后蒸发,得到Y(NO3)3和Er(NO3)3混合晶体,加入DMF和PVP,于室温下磁力搅拌4h,并静置2h,形成纺丝液,该纺丝液中各组成部分的质量百分数为:硝酸盐含量12%,PVP含量
39%,溶剂DMF含量49%;
然冷却至室温,得到Y2O3:Er 空心纳米纤维;
覆盖碳棒,将所述的Y2O3:Er 空心纳米纤维放在碳棒上面,将小坩埚放入较大的坩埚中,在内外坩埚间加适量的氟化氢铵,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450℃保温3h,最后以1℃/min的降温速率降
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温至200℃,之后随炉体自然冷却至室温,得到YF3:Er 上转换发光空心纳米纤维,直径为
172±23nm,长度大于30μm。
附图说明
具体实施方式
40%~70%,随着溶剂的挥发,在接收屏铁丝网上即可得到PVP/[Y(NO3)3+Er(NO3)3]原始复合纤维;将所述的PVP/[Y(NO3)3+Er(NO3)3]原始复合纤维放到程序控温炉中进行热处理,升温速率为1℃/min,在700℃恒温8h,再以1℃/min的速率降温至200℃,之后随炉体自然
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冷却至室温,得到Y2O3:Er 空心纳米纤维;氟化试剂使用氟化氢铵NH4HF2,采用双坩埚法,
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将氟化氢铵放入小坩埚中,上面覆盖碳棒,将所述的Y2O3:Er 空心纳米纤维放在碳棒上面,将小坩埚放入较大的坩埚中,在内外坩埚间加适量的氟化氢铵,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450℃保温3h,最后
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以1℃/min的降温速率降温至200℃,之后随炉体自然冷却至室温,得到YF3:Er 上转换发
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光空心纳米纤维。所述的YF3:Er 上转换发光空心纳米纤维,具有良好的结晶性,其衍射峰的d值和相对强度与YF3的PDF标准卡片(70-1935)所列的d值和相对强度一致,属于正交
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晶系,空间群为Pnma,见图1所示。所述的YF3:Er 上转换发光空心纳米纤维的直径均匀,
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呈空心纤维状,长度大于30μm,见图2所示。用Shapiro-Wilk方法对YF3:Er 上转换发光
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空心纳米纤维的直径进行正态分布检验,在95%的置信度下,YF3:Er 上转换发光空心纳米
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纤维的直径分布属于正态分布,直径为172±23nm,见图3所示。YF3:Er 上转换发光空心纳米纤维由Y、F和Er元素组成,Au来源于SEM制样时表面镀的Au导电层,Si来源于载体
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硅片,见图4所示。YF3:Er 纳米纤维具有明显的空心结构,见图5所示。用波长为980nm、
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功率470mW的二极管激光器作为激发光源,得到YF3:Er 上转换发光空心纳米纤维的上转换发射光谱,由峰值分别为522nm、542nm和653nm的谱带组成,其中522nm和542nm处的绿
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光发射对应Er 离子的 H11/2→ I15/2和 S3/2→ I15/2跃迁发射,而653nm处的红光发射对应
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Er 离子的 F9/2→ I15/2跃迁发射,见图6所示。YF3:Er 上转换发光空心纳米纤维的上转
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换发射光谱随着二极管激光器的激发功率的增加而增强,见图7所示。将YF3:Er 上转换发
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光空心纳米纤维的上转换发射光谱中的绿光发射 S3/2→ I15/2跃迁和红光发射 F9/2→ I15/2跃迁的上转换发光强度的自然对数1nI对二极管激光器的激发功率的自然对数1nP作图,
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得到两条直线,其中 S3/2→ I15/2跃迁和 F9/2→ I15/2跃迁的斜率n分别为2.697和2.030,
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表明绿光发射 S3/2→ I15/2为三光子过程,红光发射 F9/2→ I15/2为双光子过程,见图8所示。