[发明专利]一种稀土铈掺杂纳米纤维状氧化铝发光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别提供了一种稀土铈掺杂的纳米纤维状氧化铝发光材料及其制备方法。

背景技术

稀土金属离子具有丰富的能级，具有一般元素无法比拟的光谱学性质，能提供从紫外到红外波段的所有波长的发光，在照明、固体激光器、显示显像等领域有重要的应用。在众多的稀土离子中，三价的铈离子常用作激活剂，由于有5s，5p壳层的屏蔽，4f电子从基态向激发态跃迁时受温度、晶体场和基体材料的影响很小，因此具有丰富的电子能级和长寿态的激发态，且Ce³⁺离子的发光光谱中存在4f-5d跃迁产生的带状发射。

在稀土掺杂的荧光体系中，许多基质已被广泛研究，但是由于受到温度和湿度的影响，使基质的选择受到了限制。氧化铝作为优良的稀土掺杂的发光材料的基质，具有能带间隙宽、机械强度好、化学稳定性高等优点，纤维状氧化铝则具有孔径大，比表面积高及孔隙体积大等特点。纤维状氧化铝常通过焙烧纤维状薄水铝石获得。

文献International Journal of Inorganic Material3(2001)51(Effect of doping elements on the thermal stability of transition alumina)报道了采用溶胶凝胶法制备铈掺杂的氧化铝：(1)异丙醇铝在80℃盐酸体系搅拌的条件下水解，加入硝酸亚铈；(2)在120℃下干燥胶凝12小时得到铈掺杂的薄水铝石；(3)于900℃下煅烧得稀土铈掺杂的氧化铝。

目前，涉及到稀土铈掺杂的氧化铝发光材料的制备方法中多采用溶胶凝胶法，该法需要加入表面活性剂，不仅使制备方法及后续处理变得复杂，并且其原料成本提高。采用无表面活性剂水热法制备稀土铈掺杂的纳米纤维状氧化铝未见报道。

发明内容

为解决上述存在的问题，本发明提供了一种稀土铈掺杂纳米纤维状氧化铝发光材料及其制备方法。本发明在无表面活性剂的条件下，采取水热法制备稀土铈掺杂的纳米纤维状薄水铝石中间产物，经煅烧分解处理得到稀土铈掺杂的氧化铝纳米纤维发光材料。

本发明制备的稀土铈掺杂纳米纤维状氧化铝发光材料，其以氧化铝为基质，稀土离子铈作为发光材料的激活剂；该材料稀土氧化铈的含量为0.01-4wt%，纤维的直径为3-20nm，长度为50-200nm，长径比为10-20；当激发波长为370nm时，该材料在484nm处出现特征辐射。

本发明的制备方法一：

1)制备浓度为0.1-0.8mol/L的可溶性铝盐溶液20-50mL，然后加入硝酸亚铈，硝酸亚铈与铝离子的摩尔比为0.01-0.2，优选0.02-0.1；

2)将氢氧化钠与氢氧化铝混合，然后加水至共100g，60-180℃反应4-20h制得偏铝酸钠溶液，氢氧化铝质量为6-12g，Na/Al摩尔比为2-10，优选3-8；

3)将步骤2）制得的溶液滴加到步骤1）的混合溶液中，得到的悬浮液的pH值控制在7-10；然后转移至高压反应釜中，在100-200℃，优选100-160℃温度下反应6-48h，优选反应10-36h；

4)反应完成后将反应釜冷却至室温，得到的白色沉淀物离心洗涤，60-100℃干燥得到稀土铈掺杂的纳米纤维状薄水铝石；然后在500-1300℃，优选500-1000℃下焙烧2-4h即得到稀土铈掺杂纳米纤维状氧化铝发光材料。

本发明的制备方法二：将方法一中步骤2)的偏铝酸钠溶液替换为3-10mol/L的氢氧化钠溶液，其余反应条件同方法一。

本发明的制备方法三：

1)制备浓度为0.1-0.8mol/L的可溶性铝盐溶液20-50mL；

2)将氢氧化钠与氢氧化铝混合，然后加水至共100g，60-180℃反应4-20h制得偏铝酸钠溶液，氢氧化铝质量为6-12g，Na/Al摩尔比为2-10，优选3-8；

3)将步骤2）制得的溶液滴加到步骤1）的混合溶液中，得到的悬浮液的pH值控制在7-10；然后转移至高压反应釜中，在100-200℃，优选100-160℃温度下反应6-48h，优选反应10-36h；

4)反应完成后将反应釜冷却至室温，得到的白色沉淀物离心洗涤，然后加水分散，同时加入硝酸亚铈，硝酸亚铈与铝离子的摩尔比为0.01-0.2，优选0.02-0.1，30-60℃搅拌6-20h后离心，60-100℃干燥得到稀土铈掺杂的纳米纤维状薄水铝石；然后在500-1300℃，优选500-1000℃下焙烧2-4h即得到稀土铈掺杂纳米纤维状氧化铝发光材料。