[发明专利]一种稀土掺杂Bi2Ti4O11高纯绿色纳米纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种稀土掺杂Bi₂Ti₄O₁₁高纯绿色纳米纤维及其制备方法和应用，以冰乙酸和N,N‑二甲基甲酰胺为溶剂，以钛酸四丁酯，硝酸铋，硝酸镱和硝酸钬为实验原料，并加入适量聚乙烯吡咯烷酮以提高溶液的黏性和导电性，待静电纺丝前驱液配制完成后将其移入静电纺丝装置中；施加高压，前驱液在电场力和表面张力的共同作用下在针尖处形成泰勒锥，并向收集板喷射丝状物；随后将收集板上的材料，移入到马弗炉中，经过热处理即可得到纯的一维Bi₂Ti₄O₁₁：Yb³⁺，Ho³⁺纳米材料；最后，在980nm激光器的激发下，样品表现出优异的绿色上转换发光性能，并且发光强度随着温度的升高而降低具有优异的温度传感性能。

技术领域

本发明属于稀土三元Bi₂Ti₄O₁₁:Yb³⁺,Ho³⁺化合物一维纳米材料制备技术领域，具体涉及一种稀土掺杂Bi₂Ti₄O₁₁高纯绿色纳米纤维及其制备方法和应用。

背景技术

温度是日常生活，工业生产和科学研究中的一个关键物理量。尽管传统的温度计可以满足日常温度测量的要求，但不能用于特殊的环境条件下的温度测量，例如细胞内，强磁场和腐蚀性环境。为了缓解这个问题，非接触式光学温度计由于具有响应速度快，检测精度高，耐腐蚀性能好，实时响应等优点而成为研究的热点。其中，以稀土离子的热偶合能级为基础的荧光强度比技术，由于其测量方法简单，受外界的干扰小而被广泛研究。

灵敏度作为温度传感器的一个重要参数，其与样品的发光强度，基体材料有很大关系。目前，被用作光学温度传感器的基质材料主要以氟化物为主。但氟化物的物理化学性质不稳定，并且具有一定的毒性，在一定程度上限制了其应用。与之相反，铋基氧化物的物理化学性质稳定，并且几乎没有毒性，在生物医学领域显示出巨大的应用前景而被广泛关注。

在Bi₂O₃-TiO₂体系中形成的化合物具有丰富的结构和独特的物理化学性质，是制备适用于各种技术领域的有前途的候选材料。其中，Bi₂Ti₄O₁₁具有较高的分解温度，其在低温下主要以α的形式存在，在高温下主要以β的形式存在。此外，Bi₂Ti₄O₁₁具有较高的电阻和较低熔点被认为是一种微波介质材料。但目前还未见关于其上转换发光和温度传感性能的报道。关于制备方法，现有报道主要采用传统的固相反应法，需要较高的烧结温度，并且在制备过程中容易出现Bi₂Ti₂O₇的杂相。而静电纺丝技术可以保证各个原子的化学计量比，有利于得到高纯的材料。并且该技术对设备的要求低，可操作性强，为材料的工业化生产奠定了基础。

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，提供一种稀土掺杂Bi₂Ti₄O₁₁高纯绿色纳米纤维及其制备方法和应用，首次获得了多功能的一维Bi₂Ti₄O₁₁：Yb³⁺,Ho³⁺纳米材料，并将其应用在上转换发光和温度传感领域。

本发明采用以下技术方案：

一种稀土掺杂Bi2Ti4O11高纯绿色纳米纤维制备方法，包括以下步骤：

S1、将冰乙酸与N,N-二甲基甲酰胺混合均匀获得溶液A；

S2、对步骤S1获得的溶液A进行搅拌并加入钛酸四丁酯获得溶液B；