[发明专利]一种颜色可调的新型稀土发光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明隶属稀土发光材料领域，具体为一种颜色可调的新型稀土发光材料及其制备方法。 

技术背景

层状含镁纳米粘土是一种结构上类似2:1型三八面体层状硅酸盐（蒙脱土），以滑石[Si₈Mg₆O₂₀(OH)₄]为母体的新型人工合成粘土，分子式为R₈Si₈Mg₆O₁₆(OH)₄。氨基粘土是这类粘土中最具代表性的一种，其R基为-(CH₂)₃NH₂，分子量为1156，片层之间通过分子间作用力而平行排列，形成了空间有序的层状结构，层间距（两个平行片层的中心距离）约为1.7nm。氨基粘土的一个重要性质，是它的氨基在水中可以结合质子，使其各个片层均带正电荷，从而使片层之间由于库伦斥力的作用而发生剥离现象，最终在水中完全分散，形成溶胶；若加入羧酸盐，由于电性中和，粘土片层会结合该羧酸盐而发生重组，形成凝胶。利用氨基粘土的这一性质，可通过溶胶-凝胶法对其进行修饰，从而得到所需性能的凝胶。 

稀土元素的发光是基于它们的4f电子在f-f组态之内或f-d组态之间的跃迁。具有未充满的4f壳层的稀土原子或离子，其能级跃迁通道多达20余万个，通过适当的激发可以发射从紫外到红外各种波长的电磁波，可谓一巨大的“发光宝库”，在信息技术、生物工程、能源技术以及国防科技等领域有着极高的应用价值，是一种重要的战略资源。 

稀土元素和合适的有机配体结合形成的配合物，具有吸光能力强，荧光色彩丰富且色纯度高等优点，在发光材料领域有着极其重要的地位，但其缺点是对光和热不稳定，易分解，导致其应用受到了一定限制。氨基粘土作为一种无机基质，其光、热、化学稳定性较高，具有良好的可加工性，并且绿色环保，是稀土有机配合物的理想载体。 

近年来，有关氨基粘土的性质与应用的研究逐渐增多，在发光材料领域的研究成果也有见诸报端，但和稀土配合物结合的相关研究成果还未浮现。本发明旨在通过溶胶-凝胶法将有机配体和氨基粘土结合形成凝胶，再进一步和稀土离子结合得到稀土发光材料，具有原料便宜易得，反应条件温和，操作简便，对环境友好等优点。 

发明内容

本发明的目的是：提供一种颜色可调的新型稀土发光材料的制备方法。该方法首先将事先制备的氨基粘土溶于水形成溶胶，然后向其中加入一定浓度和体积的均苯四甲酸钠水溶液制得凝胶，再将所得凝胶和三价稀土元素离子结合，并通过调节三价稀土元素离子的种类及含量，得到颜色可调的新型稀土发光材料。 

本发明的技术方案为： 

一种颜色可调的新型稀土发光材料，该稀土发光材料的组成包括氨基粘土、均苯四甲酸钠以及三价稀土元素离子；其中，氨基粘土和均苯四甲酸钠的物质的量之比为13：7；均苯 四甲酸钠（配体）和三价稀土元素离子（中心离子）的物质的量之比为3：4。 

所述的稀土元素具体为：Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb中的一种或多种。 

其中，所述的氨基粘土的单元结构式如下： 

所述的颜色可调的新型稀土发光材料的制备方法包括如下步骤： 

(1)将六水合氯化镁（MgCl₂·6H₂O）在搅拌条件下溶于无水乙醇中，再将γ-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）逐滴加入到反应体系中，在室温下搅拌24h，得到白色乳浊液，然后离心处理并弃去上清液，得到白色胶状物，用无水乙醇洗涤该胶状物2～3次，于80℃空气中干燥，最后用研钵研细，得到氨基粘土；其中，物料配比为质量比六水合氯化镁（MgCl₂·6H₂O）：γ-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）＝1.68：2.5，每50mL无水乙醇加1.68g六水合氯化镁； 

(2)取氨基粘土，加双蒸水溶解，再加入70mmol/L均苯四甲酸钠水溶液，出现白色胶状物，搅拌以混合均匀，继而加入93.35mmol/L的稀土氯化物乙醇溶液，搅拌并超声处理，于80℃空气中干燥，最后用研钵研细，得到颜色可调的新型稀土发光材料；其中，物料配比为体积比双蒸水：均苯四甲酸钠水溶液：稀土氯化物乙醇溶液＝0.34：0.40：0.40，每0.0601g氨基粘土加0.34mL双蒸水。