[发明专利]一种制备稀土石榴石型化合物纳米纤维的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，具体说涉及稀土石榴石型化合物纳米纤维的制备方法。

背景技术

纳米纤维是指在材料的三维空间尺度上有两维处于纳米尺度的线状材料，通常径向尺度为纳米量级，而长度则较大。由于其形貌的不同，有纳米丝、纳米线、纳米棒、纳米管、纳米带以及纳米电缆等数种。由于纳米纤维的径向尺度小到纳米量级，显示出一系列特性，最突出的是比表面积大，从而其表面能和活性增大，进而产生小尺寸效应、表面或界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，并因此表现出一系列化学、物理(热、光、声、电、磁等)方面的特异性。在现有技术中，有很多制备纳米纤维的方法，例如抽丝法、模板合成法、分相法以及自组装法等。此外，还有电弧蒸发法，激光高温烧灼法，化合物热解法。这三种方法实际上都是在高温下使化合物(或单质)蒸发后，经热解(或直接冷凝)制得纳米管，从本质上来说，都属于化合物蒸汽沉积法。

专利号为1975504的美国专利公开了一项有关静电纺丝方法(electrospinning)的技术方案，该方法是制备连续的、具有宏观长度的微纳米纤维的一种有效方法，由Formhals于1934年首先提出。这一方法主要用来制备高分子纳米纤维，其特征是使带电的高分子溶液或熔体在静电场中受静电力的牵引而由喷嘴喷出，投向对面的接收屏，从而实现拉丝，然后，在常温下溶剂蒸发，或者熔体冷却到常温而固化，得到微纳米纤维。近10年来，在无机纤维制备技术领域出现了采用静电纺丝方法制备无机化合物如氧化物纳米纤维的技术方案，所述的氧化物包括TiO₂、ZrO₂、NiO、Co₃O₄、Mn₂O₃、Mn₃O₄、CuO、SiO₂、Al₂O₃、V₂O₅、ZnO、Nb₂O₅、以及MoO₃等金属氧化物。静电纺丝方法能够连续制备大长径比微纳米纤维或者纳米纤维。

稀土石榴石型化合物通式为A₃B₅O₁₂和A_3-xR_xB₅O₁₂，其中A和R为两种不同的稀土金属元素，B为其他金属元素，O为氧元素。钇铝石榴石(Y₃Al₅O₁₂，简称YAG)具有优良的导热性、机械强度以及良好的物理和化学性能，被广泛用作激光材料和发光材料的基质。如掺杂Tb³⁺或者Eu³⁺离子的YAG磷光体，用做发光材料；YAG:Nd则是一种常用的固态激光材料。钇铁石榴石(Y₃Fe₅O₁₂，简称YIG)是一种具有代表性的石榴石型结构材料，作为铁氧体被用来制造微波频段移相器、隔离器、环形器等微波器件。钆镓石榴石(Gd₃Ga₅O₁₂，简称GGG)是一种很好的激光材料的基质，如GGG:Nd。近年来人们对YAG、YIG和GGG纳米材料的制备主要集中在纳米粉体上。目前制备纳米粉体的方法主要有高温固相法、燃烧合成法、溶胶-凝胶法、水热合成法、化学沉淀法以及喷雾热解法等。

发明内容

在背景技术中的各种制备纳米纤维的方法中，抽丝法的缺点是对溶液粘度要求太苛刻；模板合成法的缺点是不能制备根根分离的连续纤维；分相法与自组装法生产效率都比较低；而化合物蒸汽沉积法由于对高温的需求，所以工艺条件难以控制。并且，上述几种方法制备的纳米纤维长径比小。虽然静电纺丝方法与本发明接近的应用所获得的纳米纤维长径比较大，但是，该产物限于金属氧化物纳米纤维。背景技术中的各种制备稀土石榴石型化合物纳米材料的方法其产物限于粉体。为了在纳米纤维领域提供一种稀土石榴石型化合物纳米纤维，并且，该纤维具有较大的长径比，我们发明了一种制备稀土石榴石型化合物纳米纤维的方法。