一種釹摻雜氟化鋇納米材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供釹摻雜氟化鋇納米發(fā)光材料的制備方法。得到的納米粉體的化學(xué)式為Ba(1-x)F2:xNd3+，其中x=0~0.07；利用微乳液法實現(xiàn)納米水平上離子間反應(yīng)，所制得的產(chǎn)物呈粉末狀、易研磨、粒徑均一、形貌規(guī)則且色純度高。微乳液法在室溫下即可完成，實驗條件溫和、可控，反應(yīng)時間短，是一種高效節(jié)能簡便的合成方法。這種摻釹氟化鋇納米粒子的發(fā)光集中在近紅外區(qū)域的895nm，1056nm和1324nm處，其中1056nm發(fā)光最強(qiáng)。釹的1064nm處最強(qiáng)躍遷在光學(xué)傳感器、時間分辨熒光測量、DNA分析、污染檢測等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。
【專利說明】一種釹摻雜氟化鋇納米材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)光材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別采用微乳液法制備釹摻雜氟化鋇納米材料。

【背景技術(shù)】
[0002]目前的研究表明，在0.17^5.15 mm區(qū)域內(nèi)已經(jīng)研發(fā)并開通的所有激光通道中，基本都是在氟化物中首先發(fā)現(xiàn)出來的[1]。固態(tài)氟化物因具有低聲子能和高電離度使其擁有多種潛在的光學(xué)應(yīng)用，BaF2晶體屬立方晶系，是面心立方結(jié)構(gòu)[2]，其折射率指數(shù)為1.47，因此BaF2晶體能精確匹配玻璃或聚合物基質(zhì)。在可見光和近紅外光譜區(qū)域BaF2的光學(xué)透明度與它的穩(wěn)定性和疏水性相一致[3]，且是一種優(yōu)良的紅外光學(xué)材料，因此BaF2作為一種良好的基質(zhì)應(yīng)用于發(fā)光領(lǐng)域。當(dāng)鑭系元素在近紅外區(qū)發(fā)光，這些元素可能被用作光學(xué)交流中信號放大設(shè)計的熒光劑以補(bǔ)償傳送過程中的光損失M。近來，稀土元素釹摻雜的材料被越來越廣泛的應(yīng)用于近紅外發(fā)光領(lǐng)域，但目前具有良好近紅外發(fā)光性質(zhì)的無機(jī)納米材料的研究很少。K等人[5]關(guān)注釹摻雜的納米材料在生物成像及發(fā)光傳感器中的應(yīng)用，并于鑭系元素在近紅外區(qū)域內(nèi)發(fā)光方面取得一定進(jìn)展。
[0003]微乳液是一種熱力學(xué)穩(wěn)定的分散體系，它是由表面活性劑、助表面活性劑以及油和水按一定比例組成的，不需外界提供能量。采用微乳液法制備的納米粒子具有設(shè)備簡單，實驗條件溫和，反應(yīng)時間短，粒子尺寸可控等優(yōu)點(diǎn)，該方法被廣泛用于制備各種納米材料[6_8]。本發(fā)明以氟化鋇作為吸收基質(zhì)，釹作為激活劑，采用微乳液法，在室溫條件下，通過簡單地一步反應(yīng)即可合成一種釹摻雜氟化鋇納米粉體發(fā)光材料。所得到的產(chǎn)物粒徑大小均一，性質(zhì)穩(wěn)定，在近紅外區(qū)1056 nm附近有較強(qiáng)發(fā)光,在光學(xué)傳感器、時間分辨突光測量、DNA分析、污染檢測等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決已有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供了粒徑分布均勻，并且產(chǎn)品色純度高的釹摻雜氟化鋇納米粉體的制備方法，并且在352 nm光的激發(fā)下得到產(chǎn)物在近紅外區(qū)域內(nèi)的強(qiáng)發(fā)光。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
本發(fā)明的一種釹摻雜氟化鋇納米粉體，其化學(xué)式為Ba(1_x)F2:zNd3+，其中z =0?0.07; 所述的的一種釹摻雜氟化鋇納米粉體的制備方法，其包括以下步驟:
1)按質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比，將十六烷基三甲基溴化銨、正丁醇、正辛烷和水混合，使用磁力攪拌器攪拌，配成反應(yīng)所需的微乳液體系；其中ω (CTAB) =19.04%, ω (正丁醇)=15.24%，ω(正辛烷)=51.40%, ω (H2O) =14.29% ；
2)在步驟I)配好的微乳液體系中按配比加入氟化銨，磁力攪拌混合溶液，得到F_的陰離子溶液；在步驟I)配好的微乳液體系中按配比加入硝酸鋇溶液和硝酸釹溶液，磁力攪拌得到Ba2+和Nd3+陽離子溶液；其中F^:Ba2+:Nd3+的摩爾比為2: (1-χ):χ, χ=0?0.07 ;
3)將步驟2)所得的陰離子溶液和陽離子溶液，將陽離子溶液迅速倒入陰離子溶液中，繼續(xù)磁力攪拌使陰離子與陽離子充分混合，得到最終溶液；
4)將步驟3)所得溶液在15000轉(zhuǎn)/分的離心機(jī)中離心，依次用洗液(二氯甲烷和甲醇)，乙醇和水在超聲波清洗機(jī)中清洗，得到釹摻雜氟化鋇納米粉體；
5)將步驟4)所得的納米粉體在601:烘箱內(nèi)烘12 h，冷卻至室溫，研磨；將所得的樣品粉體在300 °C下煅燒2 h，冷卻至室溫，得到釹摻雜氟化鋇粉體Ba(1_x)F2:zNd3+。
[0006]有益效果
本發(fā)明提供的一種釹摻雜氟化鋇納米粉體的制備方法。得到的納米粉體的化學(xué)式為Ba(1_x)F2:zNd3+，其中z =0?0.07;本發(fā)明利用微乳液法實現(xiàn)離子水平上的均勻混合，所制得的產(chǎn)物粒徑均一、粉末狀、易研磨，且色純度高。該方法在室溫條件下即可進(jìn)行，實驗條件溫和，反應(yīng)時間短，是一種高效節(jié)能簡便的合成方法。這種摻釹氟化鋇納米粒子的發(fā)光在近紅外區(qū)域，集中在895 nm, 1056 nm和1324 nm處,其中1056 nm發(fā)光最強(qiáng)。欽的1056 nm處最強(qiáng)躍遷在光學(xué)傳感器、時間分辨熒光測量、DNA分析、污染檢測等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明的BaQ.95F2:0.05Nd3+的釹摻雜氟化鋇納米粉體的XRD圖譜。
[0008]圖2為本發(fā)明的Ba(1_x)F2:zNd3+，其中z =0?0.07釹摻雜氟化鋇納米粉體的激發(fā)光譜圖。
[0009]圖3為本發(fā)明的Ba(1_x)F2:zNd3+，其中z=0?0.07釹摻雜氟化鋇納米粉體的發(fā)射光譜圖。
[0010]圖4為本發(fā)明的Baa95F2:0.05Nd3+的釹摻雜氟化鋇納米粉體的激發(fā)-發(fā)射光譜。
[0011]圖5為本發(fā)明的Baa 95F2:0.05Nd3+的釹摻雜氟化鋇納米粉體掃描電鏡圖。
[0012]圖6為本發(fā)明的Baa 95F2:0.05Nd3+的釹摻雜氟化鋇納米粉體掃描電鏡圖。
[0013]圖7為本發(fā)明的Ba。.95F2:0.05Nd3+的釹摻雜氟化鋇納米粉體EDS圖。

【具體實施方式】
[0014]下面通過實施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0015]實施例1 一種釹摻雜氟化鋇納米粉體，其化學(xué)式為BaQ.97F2:0.03Nd3+ ；
1)按質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比，將十六烷基三甲基溴化銨、正丁醇、正辛烷和水混合，使用磁力攪拌器攪拌，配成反應(yīng)所需的微乳液體系；其中ω (CTAB) =19.04%, ω (正丁醇)=15.24%，ω(正辛烷)=51.40%, ω (H2O) =14.29% ；
2)在步驟I)配好的微乳液體系中按配比加入氟化銨，磁力攪拌混合溶液，得到F_陰離子溶液；在步驟I)配好的微乳液體系中按配比加入硝酸鋇溶液和硝酸釹溶液，磁力攪拌得到Ba2+和Nd3+陽離子溶液；其中F、Ba2+ = Nd3+的摩爾比為2:0.97:0.03 ；
3)將步驟2)所得的陰離子溶液和陽離子溶液，將陽離子溶液迅速倒入陰離子溶液中，繼續(xù)磁力攪拌使陰離子與陽離子充分混合，得到最終溶液；
4)將步驟3)所得溶液在15000轉(zhuǎn)/分的離心機(jī)中離心，依次用洗液(二氯甲烷和甲醇溶液)，乙醇和水在超聲波清洗機(jī)中清洗，得到釹摻雜氟化鋇納米粉體；
5)將步驟4)所得的納米粉體在601:烘箱內(nèi)烘12 h，冷卻至室溫，研磨；將所得的樣品粉體在300 °C下煅燒2 h，冷卻至室溫，得Baa97F2: 0.03Nd3+產(chǎn)品。
[0016]制得的化學(xué)式為Baa97F2:0.03NcT釹單摻氟化鋇納米粉體粒徑分布均勻，平均尺寸為18.34 nm，可被352 nm紫外光有效激發(fā)，實現(xiàn)強(qiáng)光發(fā)射，并且1056 nm的近紅外區(qū)域處有強(qiáng)的發(fā)射光。
[0017]實施例2 —種釹摻雜氟化鋇納米粉體，其化學(xué)式為Baa95F2:0.05Nd3+ ；
1)按質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比，將十六烷基三甲基溴化銨、正丁醇、正辛烷和水混合，使用磁力攪拌器攪拌，配成反應(yīng)所需的微乳液體系；其中ω (CTAB) =19.04%, ω (正丁醇)=15.24%，ω(正辛烷)=51.40%, ω (H2O) =14.29% ；
2)在步驟I)配好的微乳液體系中按配比加入氟化銨，磁力攪拌混合溶液，得到F_陰離子溶液；在步驟I)配好的微乳液體系中按配比加入硝酸鋇溶液和硝酸釹溶液，磁力攪拌得到Ba2+和Nd3+陽離子溶液；其中F、Ba2+ = Nd3+的摩爾比為2:0.95:0.05 ；
3)將步驟2)所得的陰離子溶液和陽離子溶液，將陽離子溶液迅速倒入陰離子溶液中，繼續(xù)磁力攪拌使陰離子與陽離子充分混合，得到最終溶液；
4)將步驟3)所得溶液在15000轉(zhuǎn)/分的離心機(jī)中離心，依次用洗液(二氯甲烷和甲醇溶液)，乙醇和水在超聲波清洗機(jī)中清洗，得到釹摻雜氟化鋇納米粉體；
5)將步驟4)所得的納米粉體在601:烘箱內(nèi)烘12 h，冷卻至室溫，研磨；將所得的樣品粉體在300 °C下煅燒2 h，冷卻至室溫，得Baa95F2:0.05Nd3+產(chǎn)品。
[0018]制得的化學(xué)式為Baa95F2:0.05Nd3+釹單摻氟化鋇納米粉體粒徑分布均勻，平均尺寸為18.34 nm，可被352 nm紫外光有效激發(fā)，實現(xiàn)強(qiáng)光發(fā)射，并且1056 nm的近紅外區(qū)域處有強(qiáng)的發(fā)射光。釹摻雜氟化鋇納米粉體的最佳摻雜濃度即為5%。
[0019]實施例3 —種釹摻雜氟化鋇納米粉體，其化學(xué)式為Baa93F2:0.07Nd3+。
[0020]I)按質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比，將十六烷基三甲基溴化銨、正丁醇、正辛烷為和水混合，使用磁力攪拌器攪拌，配成反應(yīng)所需的微乳液體系；其中ω (CTAB)=19.04%，ω (正丁醇)=15.24%, ω (正辛烷)=51.40%, ω (H2O) =14.29% ；
2)在步驟I)配好的微乳液體系中按配比加入氟化銨，磁力攪拌混合溶液，得到F_陰離子溶液；在步驟I)配好的微乳液體系中按配比加入硝酸鋇溶液和硝酸釹溶液，磁力攪拌得到Ba2+和Nd3+陽離子溶液；其中F、Ba2+ = Nd3+的摩爾比為2:0.93:0.07 ；
3)將步驟2)所得的陰離子溶液和陽離子溶液，將陽離子溶液迅速倒入陰離子溶液中，繼續(xù)磁力攪拌使陰離子與陽離子充分混合，得到最終溶液；
4)將步驟3)所得溶液在15000轉(zhuǎn)/分的離心機(jī)中離心，依次用洗液(二氯甲烷和甲醇溶液)，乙醇和水在超聲波清洗機(jī)中清洗，得到釹摻雜氟化鋇納米粉體；
5)將步驟4)所得的納米粉體在601:烘箱內(nèi)烘12 h，冷卻至室溫，研磨；將所得的樣品粉體在300 °C下煅燒2 h，冷卻至室溫，得Baa93F2:0.07Nd3+產(chǎn)品。
【權(quán)利要求】
1.釹摻雜氟化鋇納米粉體的制備方法，其特征在于，采用微乳液法，在室溫條件下，使用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為表面活性劑，得到粒徑均一的釹摻雜氟化鋇納米粒子，其化學(xué)式為Ba(1_x)F2:zNd3+，其中z =O?0.07，步驟和條件如下: 1)按質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比，將十六烷基三甲基溴化銨、正丁醇、正辛烷和水混合，使用磁力攪拌器攪拌，配成反應(yīng)所需的微乳液體系；其中ω (CTAB) =19.04%, ω (正丁醇)=15.24%，ω (正辛烷)=51.40%，ω (H2O) =14.29% ； 2)在步驟I)配好的微乳液體系中按配比加入氟化銨，磁力攪拌混合溶液，得到F_的陰離子溶液；在步驟I)配好的微乳液體系中按配比加入硝酸鋇溶液和硝酸釹溶液，磁力攪拌得到Ba2+和Nd3+陽離子溶液；其中F^:Ba2+:Nd3+的摩爾比為2: (1-χ):χ, ζ=0?0.07 ; 3)將步驟2)所得的陰離子溶液和陽離子溶液，將陽離子溶液迅速倒入陰離子溶液中，繼續(xù)磁力攪拌使陰離子與陽離子充分混合，得到最終溶液； 4)將步驟3)所得溶液在15000轉(zhuǎn)/分的離心機(jī)中離心，依次用洗液(二氯甲烷和甲醇混合溶液)，乙醇和水在超聲波清洗機(jī)中清洗，得到釹摻雜氟化鋇納米粉體； 5)將步驟4)所得的納米粉體在601:烘箱內(nèi)烘12 h，冷卻至室溫，研磨；將所得的樣品粉體在300 °C下煅燒2 h，冷卻至室溫，得釹摻雜氟化鋇粉體Ba(1_x)F2:zNd3+。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的釹摻雜氟化鋇納米粉體的制備方法，其特征在于，采用微乳液法，在室溫條件下，使用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為表面活性劑，得到粒徑均一的釹摻雜氟化鋇納米粒子，其化學(xué)式為Baa97F2:0.03Nd3+ ;其步驟和條件如下: 1)按質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比，將十六烷基三甲基溴化銨、正丁醇、正辛烷和水混合，使用磁力攪拌器攪拌，配成反應(yīng)所需的微乳液體系；其中ω (CTAB) =19.04%, ω (正丁醇)=15.24%，ω(正辛烷)=51.40%, ω (H2O) =14.29% ； 2)在步驟I)配好的微乳液體系中按配比加入氟化銨，磁力攪拌混合溶液，得到F_陰離子溶液；在步驟I)配好的微乳液體系中按配比加入硝酸鋇溶液和硝酸釹溶液，磁力攪拌得到Ba2+和Nd3+陽離子溶液；其中F、Ba2+ = Nd3+的摩爾比為2:0.97:0.03 ； 3)將步驟2)所得的陰離子溶液和陽離子溶液，將陽離子溶液迅速倒入陰離子溶液中，繼續(xù)磁力攪拌使陰離子與陽離子充分混合，得到最終溶液； 4)將步驟3)所得溶液在15000轉(zhuǎn)/分的離心機(jī)中離心，依次用洗液(二氯甲烷和甲醇溶液)，乙醇和水在超聲波清洗機(jī)中清洗，得到釹摻雜氟化鋇納米粉體； 5)將步驟4)所得的納米粉體在601:烘箱內(nèi)烘12 h，冷卻至室溫，研磨；將所得的樣品粉體在300 °C下煅燒2 h，冷卻至室溫，得Baa97F2:0.03Nd3+產(chǎn)品。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的釹摻雜氟化鋇納米粉體的制備方法，其特征在于，采用微乳液法，在室溫條件下，使用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為表面活性劑，得到粒徑均一的釹摻雜氟化鋇納米粒子，其化學(xué)式為Baa95F2:0.05Nd3+ ;其步驟和條件如下: 1)按質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比，將十六烷基三甲基溴化銨、正丁醇、正辛烷和水混合，使用磁力攪拌器攪拌，配成反應(yīng)所需的微乳液體系；其中ω (CTAB) =19.04%, ω (正丁醇)=15.24%，ω(正辛烷)=51.40%, ω (H2O) =14.29% ； 2)在步驟I)配好的微乳液體系中按配比加入氟化銨，磁力攪拌混合溶液，得到F_陰離子溶液；在步驟I)配好的微乳液體系中按配比加入硝酸鋇溶液和硝酸釹溶液，磁力攪拌得到Ba2+和Nd3+陽離子溶液；其中F、Ba2+ = Nd3+的摩爾比為2:0.95:0.05 ； 3)將步驟2)所得的陰離子溶液和陽離子溶液，將陽離子溶液迅速倒入陰離子溶液中，繼續(xù)磁力攪拌使陰離子與陽離子充分混合，得到最終溶液； 4)將步驟3)所得溶液在15000轉(zhuǎn)/分的離心機(jī)中離心，依次用洗液(二氯甲烷和甲醇溶液)，乙醇和水在超聲波清洗機(jī)中清洗，得到釹摻雜氟化鋇納米粉體； 5)將步驟4)所得的納米粉體在601:烘箱內(nèi)烘12 h，冷卻至室溫，研磨；將所得的樣品粉體在300 °C下煅燒2 h，冷卻至室溫，得Baa95F2:0.05Nd3+產(chǎn)品。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的釹摻雜氟化鋇納米粉體的制備方法，其特征在于，采用微乳液法，在室溫條件下，使用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為表面活性劑，得到粒徑均一的釹摻雜氟化鋇納米粒子，其化學(xué)式為Baa93F2:0.07Nd3+ ;其步驟和條件如下: 1)按質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比，將十六烷基三甲基溴化銨、正丁醇、正辛烷和水混合，使用磁力攪拌器攪拌，配成反應(yīng)所需的微乳液體系；其中ω (CTAB) =19.04%, ω (正丁醇)=15.24%，ω(正辛烷)=51.40%, ω (H2O) =14.29% ； 2)在步驟I)配好的微乳液體系中按配比加入氟化銨，磁力攪拌混合溶液，得到F_陰離子溶液；在步驟I)配好的微乳液體系中按配比加入硝酸鋇溶液和硝酸釹溶液，磁力攪拌得到Ba2+和Nd3+陽離子溶液；其中F、Ba2+ = Nd3+的摩爾比為2:0.93:0.07 ； 3)將步驟2)所得的陰離子溶液和陽離子溶液，將陽離子溶液迅速倒入陰離子溶液中，繼續(xù)磁力攪拌使陰離子與陽離子充分混合，得到最終溶液； 4)將步驟3)所得溶液在15000轉(zhuǎn)/分的離心機(jī)中離心，依次用洗液(二氯甲烷和甲醇溶液)，乙醇和水在超聲波清洗機(jī)中清洗，得到釹摻雜氟化鋇納米粉體； 5)將步驟4)所得的納米粉體在601:烘箱內(nèi)烘12 h，冷卻至室溫，研磨；將所得的樣品粉體在300 °C下煅燒2 h，冷卻至室溫，得Baa93F2:0.07Nd3+產(chǎn)品。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釹摻雜氟化鋇的制備方法，其特征在于，采用微乳液法，在室溫條件下，使用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為表面活性劑，得到粒徑均一的釹摻雜氟化鋇納米粒子，其化學(xué)式為Ba(1_x)F2:zNd3+，其中z =0?0.07。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釹摻雜氟化鋇的制備方法，其特征在于，實驗在室溫條件下進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釹摻雜氟化鋇的制備方法，其特征在于，實驗使用的氟源和鋇源是氟化銨和硝酸鋇。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釹摻雜氟化鋇的制備方法，其特征在于，釹的最佳摻雜濃度為5%，使用的激發(fā)波長為352 nm，發(fā)射波長為1056 nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釹摻雜氟化鋇的制備方法，其特征在于，所得納米粉體粒徑均一，形貌規(guī)則。
【文檔編號】C09K11/61GK104250553SQ201310262977
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月28日
【發(fā)明者】馬曉飛, 朱丹, 閆景輝 申請人:長春理工大學(xué)