專利名稱：一種制備摻銪焦硅酸釔紅色發(fā)光納米纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體說涉及一種制備摻銪焦硅酸釔紅色發(fā)光納米纖維的方法。
背景技術(shù)：
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，而長度則較大。由于納米纖維的徑向尺度小到納米量級，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。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)上來說，都屬于化合物蒸汽沉積法。焦硅酸釔Y2Si2O7具有低彈性模量、低熱導(dǎo)率、低高溫揮發(fā)率、低高溫氧氣滲透率、低線膨脹系數(shù)、耐化學(xué)腐蝕以及較高的化學(xué)和熱力學(xué)穩(wěn)定性，使Y2Si2O7材料具有廣闊的應(yīng)用前景，如應(yīng)用于高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，稀土離子發(fā)光材料的基質(zhì)等。Y2Si2O7有多種晶相，隨著合成溫度的變化，這些晶相能相互轉(zhuǎn)化，而且這些晶相轉(zhuǎn)變時伴隨著很大的體積變化，因此合成單相的Y2Si2O7非常困難。摻銪焦硅酸釔Y2Si2O7 = Eu3+是一種重要的紅色熒光材料。目前，Y2Si2O7IEu3+主要采用高溫固相法、溶膠-凝膠法、燃燒法、水熱法、前驅(qū)體熱解法等方法進行合成，合成產(chǎn)物為Y2Si2O7 = Eu3+微米顆粒或納米顆粒。摻銪焦娃酸乾Y2Si2O7 = Eu3+納米纖維是一種重要的新型紅色納米發(fā)光材料，將在發(fā)光與顯示、防偽、生物標記、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。目前未見純相的Y2Si2O7: Eu3+納米纖維的報道。專利號為1975504的美國專利公開了一項有關(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?qū)γ娴慕邮掌粒瑥亩鴮崿F(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，在無機纖維制備技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了采用靜電紡絲方法制備無機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 TiO2、ZrO2、Y2O3、Y2O3: RE3+(RE3+ = Eu3\Tb3\Er3\Yb3+/Er3+)、NiO、Co3O4> Mn2O3> Mn3O4> CuO> Si02、A1203、V2O5> ZnO> Nb2O5> MoO3> CeO2> LaMO3 (Μ = Fe、Cr、Mn、&)、附41)、￥#15012、1^221*207等金屬氧化物和金屬復(fù)合氧化物。董相廷等采用靜電紡絲技術(shù)制備了摻銪Y7O6F9納米纖維[中國發(fā)明專利，授權(quán)號ZL201010550196. 3];王進賢等采用靜電紡絲技術(shù)制備了稀土三氟化物納米纖維[中國發(fā)明專利，授權(quán)號ZL201010107993. 4]。靜電紡絲方法能夠連續(xù)制備大長徑比微米纖維或者納米纖維。目前，未見采用靜電紡絲技術(shù)制備Y2Si2O7 = Eu3+紅色發(fā)光納米纖維的報道。利用靜電紡絲技術(shù)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(shù)和熱處理工藝對最終產(chǎn)品的形貌和尺寸都有重要影響。本發(fā)明先采用靜電紡絲技術(shù)，以氧化釔Y2O3和氧化銪Eu2O3為原料，用稀硝酸溶解后蒸發(fā)，得到Y(jié)(NO3)3和Eu (NO3) 3混合晶體，加入正硅酸乙酯Si (C2H5O) 4，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+Si (C2H5O)4]復(fù)合纖維，將其在空氣中進行熱處理，得到結(jié)構(gòu)新穎純相的Y2Si2O7 = Eu3+納米纖維。

發(fā)明內(nèi)容
在背景技術(shù)中的各種制備納米纖維的方法中，抽絲法的缺點是對溶液粘度要求太苛刻；模板合成法的缺點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徑比小。
背景技術(shù)：
中的使用靜電紡絲技術(shù)制備了金屬氧化物、金屬復(fù)合氧化物納米纖維、銪Y7O6F9、稀土三氟化物納米纖維?，F(xiàn)有技術(shù)采用高溫固相法、溶膠-凝膠法、燃燒法、水熱法、前驅(qū)體熱解法等方法合成了 Y2Si2O7 = Eu3+微米顆?；蚣{米 顆粒。為了在納米纖維領(lǐng)域提供一種新型紅色發(fā)光納米纖維材料，我們發(fā)明了一種制備Y2Si2O7IEu3+紅色發(fā)光納米纖維的方法。本發(fā)明是這樣實現(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)進行靜電紡絲，在最佳的實驗條件下，制備出PVP/[Y (NO3) 3+Eu (NO3) 3+Si (C2H5O) 4]復(fù)合纖維，將其在空氣中進行熱處理，得到了結(jié)構(gòu)新穎純相的Y2Si2O7 = Eu3+納米纖維。在本發(fā)明中，摻雜的銪離子的摩爾百分數(shù)為5%，標記為Y2Si2O7:5% Eu3+，即本發(fā)明所制備的是Y2Si2O7:5% Eu3+紅色發(fā)光納米纖維。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1300000，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(shù)為5%，用稀硝酸HNO3溶解后蒸發(fā)，得到Y(jié) (NO3) 3和Eu (NO3) 3混合晶體，加入正硅酸乙酯Si (C2H5O) 4，使Y3++Eu3+與
Si(C2H5O)4的摩爾比為I : 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4h，并靜置2h，形成紡絲液，該紡絲液各組成部分的質(zhì)量百分數(shù)為鹽含量8%，PVP含量12%，溶劑DMF含量80% ；(2)制備 PVP/ [Y (NO3) 3+Eu (NO3) 3+Si (C2H5O) 4]復(fù)合纖維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(nèi)徑O. 7mm，調(diào)整噴頭與水平面的夾角為15°，施加14kV的直流電壓，固化距離20cm，室溫15 25°C，相對濕度為 50 % 70 %，得到 PVP/ [Y (NO3) 3+Eu (NO3) 3+Si (C2H5O) 4]復(fù)合纖維；(3)制備 Y2Si2O7:5 % Eu3+ 納米纖維將所述的PVP/[Y(NO3) 3+Eu (NO3) 3+Si (C2H5O)4]復(fù)合纖維放到程序控溫爐中進行熱處理，升溫速率為1°C /min，在1000°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)2Si2O7:5 % Eu3+納米纖維，平均直徑為180nm，長度大于100 μ m。在上述過程中所述的Y2Si207:5 %Eu3+納米纖維具有良好的結(jié)晶性，平均直徑為180nm,長度大于100 μ m,實現(xiàn)了發(fā)明目的。


圖I是Y2Si2O7:5% Eu3+納米纖維的XRD譜圖；圖2是Y2Si2O7:5% Eu3+納米纖維的SEM照片，該圖兼作摘要附圖；圖3是Y2Si2O7:5% Eu3+納米纖維的EDS譜圖；圖4是Y2Si2O7:5% Eu3+納米纖維的激發(fā)光譜圖；圖5是Y2Si2O7:5% Eu3+納米纖維的發(fā)射光譜圖。
具體實施例方式本發(fā)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1300000，N，N- 二甲基甲酰胺DMF，正硅酸乙酯Si (C2H5O)4和硝酸HNO3均為市售 分析純產(chǎn)品；所用的玻璃儀器、坩堝和設(shè)備是實驗室中常用的儀器和設(shè)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(shù)為5 %，用稀硝酸HNO3溶解后蒸發(fā)，得到Y(jié) (NO3) 3和Eu (NO3) 3混合晶體，加入正硅酸乙酯Si (C2H5O)4,使Y3++Eu3+與Si (C2H5O)4的摩爾比為I : 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4h，并靜置2h，形成紡絲液，該紡絲液各組成部分的質(zhì)量百分數(shù)為鹽含量8%，PVP含量12%，溶劑DMF含量80% ;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(nèi)徑O. 7mm，調(diào)整噴頭與水平面的夾角為15°，施加14kV的直流電壓，固化距離20cm，室溫15 25°C，相對濕度為50 % 70 %，得到PVP/ [Y (NO3) 3+Eu (NO3) 3+Si (C2H5O) 4]復(fù)合纖維；將所述的PVP/[Y (NO3) 3+Eu (NO3) 3+Si (C2H5O)4]復(fù)合纖維放到程序控溫爐中進行熱處理，升溫速率為1°C /min，在1000°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)2Si2O7:5% Eu3+納米纖維。所述的Y2Si2O7:5% Eu3+納米纖維，具有良好的結(jié)晶性，其衍射峰的d值和相對強度與Y2Si2O7的PDF標準卡片(74-1994)所列的d值和相對強度一致，屬于單斜晶系，空間群為Ρ2/Π1，見圖I所示。所述的Y2Si207:5%Eu3+納米纖維的直徑均勻，呈纖維狀，平均直徑為180nm，長度大于100 μ m，見圖2所示。Y2Si2O7:5% Eu3+納米纖維由Y、Si、O和Eu元素組成，Au來源于SEM制樣時表面鍍的Au導(dǎo)電層，見圖3所示。當監(jiān)測波長為588nm時，Y2Si2O7:5% Eu3+納米纖維的激發(fā)光譜最強峰位于225nm處，屬于02__Eu3+之間的電荷遷移帶，見圖4所示。在225nm的紫外光激發(fā)下，Y2Si2O7:5 % Eu3+納米纖維發(fā)射出主峰位于588nm的明亮紅光，它對應(yīng)于Eu3+離子的5Dtl — 7F1躍遷，見圖5所示。當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當可根據(jù)本發(fā)明做出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種制備摻銪焦硅酸釔紅色發(fā)光納米纖維的方法，其特征在于，采用靜電紡絲技術(shù)，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(chǎn)物為摻銪焦娃酸釔Y2Si2O7:5% Eu3+納米纖維,其步驟為 (1)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,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(shù)為5%，用稀硝酸HNO3溶解后蒸發(fā)，得到Y(jié)(NO3)3和Eu (NO3) 3混合晶體，加入正硅酸乙酯Si (C2H5O) 4，使Y3++Eu3+與Si (C2H5O) 4的摩爾比為I : 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4h，并靜置2h，形成紡絲液，該紡絲液各組成部分的質(zhì)量百分數(shù)為鹽含量8%，PVP含量12%，溶劑DMF含量80% ；(2)制備PVP/ [Y (NO3) 3+Eu (NO3) 3+Si (C2H5O) J 復(fù)合纖維 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(nèi)徑O. 7mm，調(diào)整噴頭與水平面的夾角為15°，施加14kV的直流電壓，固化距離20cm，室溫15 25°C，相對濕度為 50 % 70 %，得到 PVP/ [Y (NO3) 3+Eu (NO3) 3+Si (C2H5O) 4]復(fù)合纖維； (3)制備Y2Si2O7:5%Eu3+納米纖維 將所述的PVP/[Y(NO3)3+Eu(NO3)JSi(C2H5O)4]復(fù)合纖維放到程序控溫爐中進行熱處理，升溫速率為1°C /min，在1000°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)2Si207:5% Eu3+納米纖維，平均直徑為180nm，長度大于100 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備摻銪焦硅酸釔紅色發(fā)光納米纖維的方法，其特征在于，聞分子模板劑為分子量Mr = 1300000的聚乙烯卩比咯燒酮。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備摻銪焦硅酸釔紅色發(fā)光納米纖維的方法，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)制備了Y2Si2O7:5％Eu3+微米或納米顆粒。本發(fā)明包括三個步驟(1)配制紡絲液；(2)采用靜電紡絲技術(shù)制備PVP/[Y(NO3)3+Eu(NO3)3+Si(C2H5O)4]復(fù)合纖維；(3)制備Y2Si2O7:5％Eu3+納米纖維。將復(fù)合纖維在空氣中進行熱處理，得到Y(jié)2Si2O7:5％Eu3+納米纖維，具有良好的結(jié)晶性，平均直徑為180nm，長度大于100μm。Y2Si2O7:5％Eu3+納米纖維是一種新型紅色納米發(fā)光材料。本發(fā)明的制備方法簡單易行，可以批量生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號D01D10/02GK102817094SQ20121028830
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月10日
發(fā)明者王進賢, 董相廷, 張譽騰, 畢菲, 于文生, 劉桂霞, 浦利 申請人:長春理工大學(xué)