[发明专利]一种稀土掺杂氧化钇荧光纳米纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种荧光纳米纤维及其制备方法，具体涉及制备具有生物传感器、场致发射 显示器等方面专用的稀土掺杂氧化钇荧光纳米纤维及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展，具有荧光光效应的稀土(以下简称RE)应用日趋普遍，荧光光效应 的稀土就是化学元素周期表中镧系部分元素—镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、 铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)。由于其高荧光性能和稳定性，掺杂稀土离子的 荧光材料得到广泛的研究及其商业的应用。氧化钇由于其立体的晶象结构已经被广泛作为启 明星和其他光学材料的主体材料，传统的制备过程中，微米级的氧化钇经常包含有小而不纯 的杂质。微米级大小的氧化钇粉末能够满足日益发展的工业要求，比如机械强度，耐久力等。 这些性能很大取决于对氧化钇粉末尺寸的控制的能力，即实现对氧化钇的纳米化。

材料的纳米化赋予了材料更高的性能，甚至新功能。掺杂镧系离子的氧化钇纳米材料增 强了其性能及其额外的功能：高的荧光强度、大的斯托克频移和长的荧光寿命等。掺杂不同 的镧系离子能够发出不同的荧光光谱：比如Eu-红光、Tb-绿光、Dy-黄光、Tm-蓝光。此外 掺杂稀土离子的浓度对于荧光发光强度是一个重要的参数。因此掺杂镧系离子的氧化钇纳米 材料引起了广泛的兴趣。它们广泛的应用于显示器和传感器等。然而这种独特的应用领域需 要一种高效率、低成本及获得不同荧光光谱的纳米材料的制备方法。

一系列合成技术已经成功制备出纳米材料，例如：激光消融、煅烧技术、溶胶凝胶等等。 参数的设定决定最终产物的结构及其性能。因此，控制具有高性能的产物的能力是对于任何 一个制备方法的最终目的。相对这些方法，静电纺丝是在高电压作用下，依赖电荷的静电排 斥力，针嘴上的高聚物溶液或熔体形成喷射流，从针口喷出，形成固体纤维的过程。与其他 的方法相比，静电纺丝工艺简单、可连续制备、费用不高、而且高效等特点，被认为是制备 纳米纤维的最佳方法。制备的纳米纤维其直径10nm～10μm，具有高的比表面积，活性点多。

在纺丝过程中，一个高的电压用于接收与发射之间，当高压电源启动以后电场使得针头 上的液滴产生电荷，当加到一定电压时，电场力开始克服溶液的表面张力，半球状液滴变成 锥形，这个被称为“Taylor cone”.当电压继续提高时，带电的射流会克服溶液的表面张力 从“Taylor cone”射出，然后无序的到达接受装置上形成纤维网。在此期间放电的聚合物将 会被拉伸变细，同时溶液中的溶剂(比如水)将会蒸发进而形成纤维，这就是以下本发明所 述的静电纺丝。

Y₂O₃:RE荧光纳米纤维具有纳米材料的结构特点，与传统的Y₂O₃:RE荧光材料(颗粒状) 比较，具有比表面积大、化学活性高等特点。目前用于Y₂O₃:RE(即：氧化钇:稀土)材料通 常为粉末颗粒状，粒径大，比表面积小等缺点限制了其发光低的强度和效率。而Y₂O₃:RE荧 光纳米纤维具有更稳定的形状和更高的机械强度，极大的比表面积，因此荧光性能极高。此 外Y₂O₃:RE荧光纳米纤维具有更好的操作性和回收性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Y₂O₃:RE荧光纳米纤维及其制备方法，用此方法制备的Y₂O₃: RE荧光纳米纤维可用于生物传感器、场致发射显示器等方面，具有高强度的荧光性能等优点。

为实现本发明的目的采用技术方案如下：

本发明所述的一种稀土掺杂氧化钇荧光纳米纤维，其组成包括氧化钇和氧化稀土，采用 下一段落要叙述的步骤制成，以质量百分比计氧化钇含量70～99.99％、氧化稀土含量 0.01～30％，所述的稀土掺杂氧化钇荧光纳米纤维的直径为50～1000nm，纤维上带有小孔或 小球，其直径大小为5～80nm，其荧光性能是普通的固体荧光强度的1.5～100倍。氧化钇优 选90～99.9％、氧化稀土优选0.1～10％。

本发明所述的一种稀土掺杂氧化钇荧光纳米纤维及其制备方法，依序包括如下步骤：