[发明专利]镧系稀土-有机聚合物前驱体、镧系稀土氧化物纤维及制备方法与应用

说明书

本发明涉及镧系稀土‑有机聚合物前驱体、镧系稀土氧化物纤维及制备方法与应用，制备过程包括：1)镧系稀土‑有机聚合物前驱体的制备；2)静电纺丝制备前驱体纤维：以稀土‑有机聚合物前驱体为原料，用有机溶剂溶解后加入纺丝助剂获得前驱体纺丝液，纺丝液在5～20kV的电压下静电纺丝获得前驱体纤维；3)将前驱体纤维在空气中热处理获得镧系稀土氧化物纤维。本发明的纤维纯度高、强度高、直径均匀且可调、柔韧性好、结构致密、无气孔、裂纹等缺陷，在催化、照明、核工业、激光、存储、传感、显示、生物标记、陶瓷材料及耐火材料等领域具有广泛的应用前景。

技术领域：

本发明涉及一种镧系稀土-有机聚合物前驱体、镧系稀土氧化物纤维及制备方法，特别是一种具有线性聚合结构的稀土-有机聚合物前驱体制备相应氧化物纤维的方法，属于新材料技术领域。

背景技术：

镧系稀土氧化物是指元素周期表中的ⅢB族从镧到镥15种元素的氧化物。由于稀土元素具有电价高、半径大、电子能级丰富、易受极化且折射率与极化强度呈正相关、稀土氧化物热稳定性好等特点，在催化、照明、核工业、激光、存储、传感、显示、生物标记、陶瓷材料及耐火材料等领域都有广泛的应用前景。目前对于稀土氧化物的研究主要集中在粉体、陶瓷块体、单晶等方面。稀土氧化物纤维的制备方法包括水热、溶剂热、静电纺丝等，其中水热、溶剂热法所制备的纤维长度短、脆性大、使用受限；静电纺丝技术作为制备纤维的有效方法，近年来受到研究者们的广泛关注。然而对稀土氧化物纤维而言柔性和纯度是当前限制其实际应用的主要问题。

中国专利文件CN101912582A公开了一种La₂O₃:Tb³⁺亚微米绿色荧光纤维的制备方法，将醋酸镧和醋酸铽溶解在水中，加入质量为醋酸盐总量1～1.2倍的聚氧化乙烯，搅拌4小时后获得纺丝液，经静电纺丝及后续热处理获得La₂O₃:Tb³⁺纤维，该纤维直径分布离散性较大，且由于前驱体中氧化物含量较低，大量的有机物分解导致纤维表面缺陷较多，这影响了纤维的柔韧性。R.Thangappan等人采用PVA为结构模板以硝酸钆为金属源制备了Gd₂O₃纳米纤维(参见：Applied Surface Science 261(2012)770-773)，该纤维具有很好的光学性质，但表面气孔较多，长度较短，强度较差。中国专利文件CN104153124A公开了一种柔性稀土氧化物纳米纤维膜的制备方法，该方法获得了柔性较好的稀土纳米纤维膜，但在制备过程中需要加入非稀土稳定剂和硅烷偶联剂，极大的降低了稀土氧化物纳米纤维膜的纯度。

发明内容：

针对目前稀土氧化物纤维制备技术的不足，本发明提出镧系稀土-有机聚合物前驱体、镧系稀土氧化物纤维及制备方法与应用。制备的镧系稀土氧化物纤维材料纯度高、柔韧性好。

本发明的技术方案如下：

镧系稀土-有机聚合物前驱体的制备方法，包括步骤如下：

将稀土金属源溶于无水甲醇中，按金属源：配体摩尔比为1:0.5～2加入配体，搅拌30～200分钟，按金属源：三乙胺摩尔比为1:1～4逐滴加入三乙胺，继续搅拌，然后在25～40℃下减压干燥；产物用萃取剂浸泡，静置24～144小时后过滤，除去滤渣，将滤液在25℃～40℃下减压干燥，得到稀土-有机聚合物前驱体。该前驱体性质稳定，具有一定的可纺性。

根据本发明，优选的，金属源：配体：三乙胺摩尔比为1:0.5～1.2:1.5～4，每100克金属源加入无水甲醇的质量为300～600克；

优选的，加入三乙胺后的减压干燥温度为30～40℃；

优选的，萃取剂加入量按每摩尔金属源2000～3000毫升计，静置时间为48～96小时。

根据本发明，优选的，所述金属源为镧源、铈源、谱源、钕源、钐源、铕源、钆源、铽源、镝源、钬源、铒源、铥源、镱源或镥源中的一种或几种；