稀土鋁酸鍶發(fā)光納米棒及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光材料制備領(lǐng)域，具體地說是一種稀土鋁酸鍶發(fā)光納米棒及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]長余輝發(fā)光材料是眾多發(fā)光材料中一類重要的節(jié)能材料，尤其在太陽能使用方面有很大優(yōu)勢。發(fā)光材料在外界光的照射下，可吸收能量并存儲起來，當外界光照射停止后，發(fā)光材料把存的能量以光的形式釋放出來，所以長余輝發(fā)光材料有非常廣的應用前景，被利用在發(fā)光涂料、發(fā)光油墨、發(fā)光陶瓷等產(chǎn)品上?；|(zhì)為鋁酸鹽的長余輝發(fā)光材料因為具有穩(wěn)定好、耐酸、耐堿、抗氧化性、無污染、無放射性，可廣泛應用于建筑裝潢、交通運輸、軍事設施、消防應急、紡織裝飾等領(lǐng)域。目前，稀土摻雜的鋁酸鍶發(fā)光材料的制備主要通過固相反應進行，即將化學原料混合均勻后，在高溫窯爐中還原氣氛下煅燒，然后經(jīng)過研磨后獲得發(fā)光粉。通過上述工藝獲得的發(fā)光顆粒較粗，一般在10微米以上，在一些對細度要求較高的領(lǐng)域不能使用。
[0003]納米鋁酸鍶與體材料鋁酸鍶相比表現(xiàn)出許多新的不同性質(zhì)。由于顆粒尺寸的細微化，比表面積的急劇增加，使得納米鋁酸鍶產(chǎn)生了與其體材料所不具備的表面效應、小尺寸效應和量子限域效應等，因而使得納米鋁酸鍶在力、光、電、磁、敏感性等方面具有一般鋁酸鍶產(chǎn)品無法比擬的特殊性能。在國防、化工、航空、輕工、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有重要應用價值。另夕卜，納米材料的性能除與其尺寸大小相關(guān)外，也與其形狀緊密相關(guān)，一維納米發(fā)光材料由于受其納米尺度和一維結(jié)構(gòu)的影響，使發(fā)光材料的能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而表現(xiàn)出獨特的發(fā)光性質(zhì)和規(guī)律。目前，已有眾多研宄采用燃燒法、溶膠凝膠法、共沉淀法等方法合成了稀上摻雜鋁酸鍶納米顆粒，但有關(guān)一維納米結(jié)構(gòu)的稀土鋁酸鍶發(fā)光材料及其制備的研宄未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在【背景技術(shù)】提到的各種制備SrAl2O4-Eu 2+，Dy3+發(fā)光材料的方法中，高溫固相法的缺點是煅燒溫度高，耗時，且制備的發(fā)光粉顆粒較大，需研磨，研磨后的發(fā)光性能降低；溶膠凝膠法的缺點是制備工藝復雜，且發(fā)光粉的發(fā)光性能不理想；微波發(fā)和沉淀法制備工藝都不成熟，還有許多技術(shù)有待解決，并且這些方法都不能制備出具有一維納米結(jié)構(gòu)的SrAl2O4:Eu2+，Dy3+發(fā)光材料。為此，本發(fā)明采用溶膠凝膠技術(shù)和靜電紡絲技術(shù)相結(jié)合的方法，制備出銪鏑雙摻鋁酸鍶發(fā)光納米棒，以期拓展該發(fā)光材料的潛在應用范圍。
[0005]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):首先，按照化學計量比Sr1IyAl2O^xEu 2+，yDy3+ (x:
l-5mol%, y:2-8mol% )配制出能用于靜電紡絲的具有一定粘度的前驅(qū)體紡絲溶膠，在適當?shù)撵o電紡絲工藝下進行靜電紡絲，制備出PVP/ [Sr (NO3) 2+Al (NO3) 3+Eu (NO3) 3+Dy (NO3) 3]復合納米纖維，將其放入高溫燒結(jié)爐中，在溫度大于1100°C、弱還原氣氛下充分煅燒一段時間，得到具有一維結(jié)構(gòu)的純相SrAl204:Eu 2+，Dy3+發(fā)光納米棒。
[0006]以下對本發(fā)明作進一步說明，具體步驟如下:
[0007](I)采用溶膠凝膠技術(shù)制備SrAl2O4=Eu 2+，Dy3+前驅(qū)體溶液。該前驅(qū)體溶液以含鍶、含鋁的硝酸鹽為合成SrAl2O4基質(zhì)的原料，以摻雜稀土銪化合物、鏑化合物為提供Eu2+、Dy3+的來源(多為 Eu 203和 Dy 203)，按照化學計量比 SrAl204:xEu 2+，yDy3+ (x:l-5mol %, y:
2-8mol% )稱取上述各原料，將稱量好的Eu2O3和Dy 203用濃硝酸加熱溶解并蒸發(fā)掉過量硝酸得到 Eu (NO3) 3和 Dy (NO 3)3;
[0008](2)將含鍶、含鋁的硝酸鹽溶于少量DMF (或無水乙醇)中，并與(I)所得Eu (NO3)3和Dy (NO3) 3攪拌混合均勻，得到含有Sr 2+、Al3+、Eu3+、Dy3+的硝酸鹽溶液；
[0009](3)將8%?15%質(zhì)量分數(shù)的聚乙烯吡咯烷酮(PVP，分子量1，300，000)或聚乙烯醇(PVA)或聚丙烯腈(PAN)加入75?85%質(zhì)量分數(shù)的DMF(或無水乙醇)中，于室溫或30?60°C下密閉磁力攪拌4h以上，直至形成均勻、無色透明的粘稠液體；
[0010](4)將(2)所得硝酸鹽溶液緩慢倒入(3)的粘稠液體中，并持續(xù)攪拌30min以上即得到適宜于靜電紡絲的前驅(qū)體溶液；
[0011](5)取適量的前驅(qū)體溶液于靜電紡絲儲液管中進行靜電紡絲。電紡工藝為:紡絲電壓8?20kV直流電壓，紡絲液推進速度為0.05?0.5mL/h，噴嘴內(nèi)徑小于1mm，噴嘴口到接收裝置的距離為15?20cm，環(huán)境相對濕度為30%?60%，溫度為10°C?30°C。在作為負極的鋁箔紙上收集PVP/ [Sr (NO3) 2+Al (NO3) 3+Eu (NO3) 3+Dy (NO3) 3]復合納米纖維。
[0012](6)將上述制備的復合納米纖維放入高溫燒結(jié)爐中，在碳粉或H2+N3提供的弱還原氣氛下進行煅燒。燒結(jié)爐的升溫速率為I?10°c /min，在1100°C?1300°C恒溫煅燒2?4小時，然后隨爐降溫或以小于5°C /min的速率降至室溫，即得到SrAl201:Eu 2+，Dy3+發(fā)光納米棒。
[0013]用上述方法制備的SrAl2O4=Eu 2+，Dy3+發(fā)光納米材料通過X射線衍射儀測試顯示為鋁酸鍶純相(PDF N0.34-0379)，見附圖1，屬單斜晶系，具有一維納米棒狀結(jié)構(gòu)，直徑< 250nm，直徑分布均一，長徑比> 102，見附圖2 ;該發(fā)光納米材料的激發(fā)光譜范圍為250?450nm，可日光或焚光激發(fā)，該樣品在365nm波長光激發(fā)下發(fā)射出Eu2+特征的51nm綠色光，與微米級的粗晶粉體相比，其發(fā)射峰位置出現(xiàn)了藍移，并具有明顯的余輝特征，見附圖3和圖4。
【附圖說明】
[0014]圖1:所制備樣品與標準卡片(PDF N0.34_0379/SrAl204)的XRD譜圖；
[0015]圖2:所制備樣品的掃描電子顯微鏡照片(SEM);
[0016]圖3:所制備樣品的激發(fā)和發(fā)射光譜圖；
[0017]圖4:所制備樣品的的余輝衰減曲線。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明進一步詳細說明，但本發(fā)明不局限于這些實施方式。
[0019]實施例1:稱取0.053g Eu2O3和0.112g Dy 203放入燒杯中，加入5ml濃硝酸，并在80 °C加熱攪拌，使Eu2O3和Dy 203完全溶解，并繼續(xù)加熱蒸發(fā)掉過量硝酸，得到Eu (NO 3)3和Dy(N03)3jf 7.503g Al (NO 3) 3.9H20、1.926g Sr (NO3) 2 溶于 20ml DMF 中，并與 Eu (NO 3) 3 和Dy (NO3)3混合得到硝酸鹽溶膠df2g PVP (Mff= I 300 000)溶于1g DMF中，常溫下密閉磁力攪拌至完全溶解(約5?6h)，從制得的硝酸鹽溶膠中取出5g加入，繼續(xù)攪拌30min左右得到可電紡的無色透明前驅(qū)體溶液；取5ml前驅(qū)液注入帶有20G針頭的電紡絲儲液管中，在直流電壓llkV，固化距離15cm，推進速度0.2mL/h，室溫17°C，相對濕度為40%的條件下進行靜電紡絲，在作為負極的鋁箔紙上收集到PVP/硝酸鹽復合納米纖維。將該復合納米纖維放入馬弗爐中在1100°C碳粉還原氣氛下煅燒4h，升溫速率為2°C /min，煅燒結(jié)束后隨爐降溫，即得到SrAl2O4=Eu 2+，Dy3+發(fā)光納米棒。
[0020]實施例2:稱取0.141g Eu2O3和0.224g Dy 203放入燒杯中，加入1ml濃硝酸，并在60°C加熱攪拌，使Eu2O3和Dy 203完全溶解，并繼續(xù)加熱蒸發(fā)掉過量硝酸，得到Eu (NO 3) 3和Dy (NO3) 3;將 15.005g Al (NO 3) 3.9Η20、3.810g Sr (NO3) 2溶于 40ml 無水乙醇中，并與 Eu (NO 3) 3和Dy (NO3) 3混合得到硝酸鹽溶液；將2g PAN溶于1g無水乙醇中，常溫下密閉磁力攪拌至完全溶解，加入5g硝酸鹽溶膠，并繼續(xù)攪拌30min左右得到可電紡的無色透明前驅(qū)體溶液；取1ml前驅(qū)液注入帶有18G針頭的電紡絲儲液管中，施加15kV直流電壓，固化距離15cm，推進速度為0.5mL/h，在室溫20°C，相對濕度為52%條件下進行靜電紡絲，在作為負極的鋁箔紙上收集到PAN/硝酸鹽復合納米纖維。將該復合納米纖維放入馬弗爐中在1200°C、5%H2+95%隊還原氣氛下煅燒3h，升溫速率為2 V /min,隨爐降溫，即得到SrAl 204:Eu 2+，Dy3+發(fā)光納米棒。
【主權(quán)項】
1.一種稀土摻雜鋁酸鍶發(fā)光納米棒的制備方法，其具體步驟如下:(1)按照配方組成式SiVryAl2O4=XEu 2+，yDy3+，其中 Imol % < x < 5mol %, 2mol % < y< 8mol%，稱取各原料，將稱量好的Eu2O3和Dy 203用濃硝酸加熱溶解并蒸發(fā)掉過量硝酸得到 Eu (NO3) 3和 Dy (NO 3) 3;將 Al (NO 3) 3.9H20、Sr (NO3) 2溶于適量溶劑中，并與 Eu (NO 3) 3和Dy (NO3) 3混合得到硝酸鹽溶液，向該溶液中加入適量粘度調(diào)節(jié)劑，用塑料膜封口，置于磁力攪拌器上在室溫或30?60°C下攪拌直至得到均勻、無色透明且有一定黏度的靜電紡前驅(qū)體溶膠溶液； (2)取適量上述前驅(qū)體溶液注入靜電紡絲注射器中，在一定紡絲工藝下進行靜電紡絲，在作為負極的鋁箔紙上收集PVP/硝酸鹽復合納米纖維。 (3)將步驟(2)中收集到的復合納米纖維放入高溫燒結(jié)爐中，在1000?1400°C、弱還原氣氛下煅燒2?4小時，冷卻后得到摻雜銪、鏑的鋁酸鍶發(fā)光納米棒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(I)中所述的溶劑為無水乙醇或DMF(N，N- 二甲基甲酰胺)；所述的粘度調(diào)節(jié)劑為PVP或PVA或PAN。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(2)中所述的靜電紡絲工藝主要包括:紡絲電壓為8kV?20kV，固化距離10?20cm，推進速度為0.1?0.5mL/h，紡絲環(huán)境溫度10?30 °C，相對濕度為30%?60%。
【專利摘要】本發(fā)明屬于納米發(fā)光材料領(lǐng)域，其公開了一種具有一維納米結(jié)構(gòu)的稀土鋁酸鹽發(fā)光材料及其制備方法；其特征在于該發(fā)光材料以SrAl2O4為基質(zhì)，Eu2+、Dy3+稀土離子為激活劑，具有一維納米棒狀結(jié)構(gòu)，直徑＜250nm，長徑比＞102。該納米發(fā)光材料采用溶膠-凝膠和靜電紡絲相結(jié)合的方法制備出前驅(qū)體纖維，然后通過在一定溫度、弱還原氣氛下焙燒得到目標產(chǎn)物，與微米級的粗晶粉體相比，該產(chǎn)物的發(fā)射峰位置出現(xiàn)了藍移。該發(fā)光納米材料具有無毒、無放射污染、材料穩(wěn)定性高等優(yōu)越特性，在納米電子器件、弱光照明等領(lǐng)域具有應用價值。
【IPC分類】B82Y40-00, C09K11-64, B82Y20-00
【公開號】CN104804733
【申請?zhí)枴緾N201510255956
【發(fā)明人】羅軍, 張開硯, 劉衛(wèi)華
【申請人】江南大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月20日