[发明专利]一种基于静电纺丝法的立方焦绿石相纳米纤维制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于静电纺丝法的立方焦绿石相纳米纤维制备方法及其应用，以二甲基甲酰胺为溶剂，并加入适量聚乙烯吡咯烷酮，在静电场下液滴形成泰勒锥，在液体表面张力和电场作用力下利用静电纺丝法制备得到一维的纳米材料，随后经升温、保温、和降温过程，除去有机物残留，制备获得立方焦绿石相一维纳米材料。避免了其它稀土离子的掺杂工艺以及传统的双掺杂或者多掺杂过程，制备方法简单易行，重复性好，可满足批量化生产要求。所涉及到的绿色上转换发光基体为氧化物，化学稳定性好，无毒且价格低廉容易满足工业化生产的需求。制备的一维纯焦绿石相的纳米材料有望在显示、防伪、生物探测、红外传感器、太阳能光伏器件等领域发挥重要的作用。

技术领域

本发明属于稀土三元Bi₂Ti₂O₇：Er化合物一维纳米材料制备以及发光技术领域，具体涉及一种基于静电纺丝法的立方焦绿石相纳米纤维制备方法及其应用。

背景技术

上转换发光材料是一种能将肉眼看不见的红外光变成可见光的新型光学功能材料，也称多光子材料。其在防伪领域、显示领域、生物检测、成像以及疾病光热治疗等领域均有非常重要的应用价值。目前主要的上转换发光材料按基质可分为稀土氟化物(以NaYF₄等为代表)、稀土卤氧化物(以YOCl₃等为代表)、稀土硫氧化物(以La₂O₂S、Y₂O₂S等为代表)、稀土氧化物和复合氧化物(以Y₂O₃等为代表)。其中稀土掺杂的氟化物上转换发光材料由于具有声子能量小，非辐射弛豫小而受到广泛的研究。其中六方相的NaYF₄基体材料由于较高的发光效率，成为稀土氟化物中研究最多的一种化合物，但是，必须通过双稀土元素的掺杂以及多稀土元素的掺杂来实现上转化的红光、绿光、蓝光等可见光激发。

Bi₂Ti₂O₇：Er三元化合物为立方焦绿石结构，属于Fd-3m(227)空间点群，晶格常数为a＝10.359埃。到目前为止，关于Bi₂Ti₂O₇基体报道的主要包括以下方面：从应用的角度而言，Bi₂Ti₂O₇材料可以作为一种光催化剂；它同时具有很高的介电常数，也适合在动态随机存取存储器(DRAM)中作存储媒体；对于其光学性能研究，目前的报道相对较少。但目前为止还没有对以Bi₂Ti₂O₇为基体通过单一稀土掺杂研究其上转换性能的报道。氧化物具有化学稳定性好，机械强度高，无毒性等优点。因此，相对于氟化物体系来说，氧化物的应用领域更加广泛。因此研究以氧化物为基体的上转换材料是十分有必要的。同时由于一维纳米材料结构有大的比表面积和特殊的一维结构，满足光子沿着一维方向传输，避免了杂乱界面对于光子的散射，有利于获得更好的发光性能。

从制备工艺而言，对于Bi₂Ti₂O₇材料主要集中在溶胶-凝胶方法，水热法，固相反应法，各种沉积方法(比如激光脉冲沉积法等)；通过静电纺丝方法获得一维Bi₂Ti₂O₇纳米纤维是一个较大的挑战。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于静电纺丝法的焦绿石相Bi₂Ti₂O₇：Er纳米纤维制备方法及上转换发光，通过静电纺丝的方法获得一维的纳米材料前驱物。通过后续的热处理获得纯的立方焦绿石相Bi₂Ti₂O₇：Er三元化合物，首次获得了在没有其他稀土元素作为敏化剂掺杂并以氧化物为基体的情况下具有肉眼可以观察到的上转化的绿色发光。

本发明采用以下技术方案：