[发明专利]一种掺铽三氟化钇绿色发光空心纳米纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备研究领域，具体说涉及一种掺铽三氟化钇绿色发光空心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。空心纳米纤维由于具有更大的比表面积，将具有更广泛的应用。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)制得纳米纤维或纳米管，从本质上来说，都属于化合物蒸汽沉积法。

稀土氟化物声子能量低，具有良好的热稳定性和环境稳定性，被广泛用做发光材料基质、固体电解质、润滑剂、钢铁和有色金属合金添加剂、电极材料、化学传感器和生物传感器等。掺铽三氟化钇YF₃:Tb³⁺纳米材料是一种重要的绿色荧光材料，有广阔的应用前景，已经成为纳米发光材料研究领域的热点之一。人们已经采用沉淀法、微乳液法、水热与溶剂热法、溶胶-凝胶法、微波法、超声波法、前驱体热解法、静电纺丝法等方法，制备出了YF₃:Tb³⁺纳米颗粒、纳米线、纳米管、纳米棒、纳米纤维、纳米膜、多面体纳米晶、复合结构纳米晶、核壳结构纳米材料等多种形貌的纳米材料。掺铽三氟化钇YF₃:Tb³⁺空心纳米纤维是一种新型的绿色发光材料，将在发光与显示、防伪、医学检测、生物标记、太阳能电池、化学与生物传感器、纳米器件等领域得到重要应用，具有广阔的应用前景。目前，未见掺铽三氟化钇YF₃:Tb³⁺绿色发光空心纳米纤维的报道。

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、Y₂O₃、Y₂O₃:RE³⁺(RE³⁺＝Eu³⁺、Tb³⁺、Er³⁺、Yb³⁺/Er³⁺)、NiO、Co₃O₄、Mn₂O₃、Mn₃O₄、CuO、SiO₂、Al₂O₃、V₂O₅、ZnO、Nb₂O₅、MoO₃、CeO₂、LaMO₃(M＝Fe、Cr、Mn、Co、Ni、Al)、Y₃Al₅O₁₂、La₂Zr₂O₇等金属氧化物和金属复合氧化物。王进贤等使用单喷丝头、采用静电纺丝技术制备了稀土氟化物/稀土氟氧化物复合纳米纤维[中国发明专利，授权号：ZL200810050959.0]；董相廷等采用静电纺丝技术制备了掺铕Y₇O₆F₉纳米纤维[中国发明专利，授权号：ZL201010550196.3]；王进贤等使用单喷丝头、采用静电纺丝技术制备了稀土三氟化物纳米纤维[中国发明专利，授权号：ZL201010107993.4]；王策等使用单喷丝头、采用静电纺丝技术通过对R(CF₃CO₂)₃/PVP(R＝Eu，Ho)复合纳米纤维进行热处理，合成了ROF(R＝Eu，Ho)纳米纤维[J.Nanosci.Nanotechno1.，2009，9(2)：1522-1525]。静电纺丝方法能够连续制备大长径比微米纤维或者纳米纤维。将静电纺丝技术进行改进，采用同轴喷丝头，将纺丝溶液分别注入到纺丝装置的内管和外管中，当加高直流电压时，内外管中的纺丝溶液同时被电场力拉出来，固化后形成同轴纳米电缆，如果将该同轴纳米电缆在空气中高温热处理，除去高分子模板剂，也可以制备由无机氧化物构成的纳米电缆或空心纳米纤维，该技术即是同轴静电纺丝技术。王策等用该技术制备了二氧化硅聚合物同轴纳米纤维[高等学校化学学报，2005，26(5)：985-987]；董相廷等利用该技术制备了TiO₂SiO₂亚微米同轴电缆[化学学报，2007，65(23)：2675-2679]、ZnOSiO₂同轴纳米电缆[无机化学学报，2010，26(1)，29-34]、Al₂O₃/SiO₂同轴超微电缆[硅酸盐学报，2009，37(10)，1712-1717]；Han，et al采用该技术制备了PU(Core)/PC(Shell)复合纳米纤维[Polymer composites，2006，10：381-386]；董相廷等利用该技术制备了TiO₂空心纳米纤维[硅酸盐学报，2007，35(10)，1302-1305]。目前，未见采用同轴静电纺丝技术与氟化技术相结合制备YF₃:Tb³⁺绿色发光空心纳米纤维的报道。