CN102417200B - 利用高分子复合纤维为模板制备掺铕氟化钇空心纳米球的方法 - Google Patents

利用高分子复合纤维为模板制备掺铕氟化钇空心纳米球的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及利用高分子复合纤维为模板制备掺铕氟化钇空心纳米球的方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明包括三个步骤：(1)配制静电纺丝溶液。称取一定量的氧化钇和氧化铕，用稀硝酸溶解后蒸发，得到Y(NO3)3和Eu(NO3)3混合晶体，加入适量的去离子水，得到Y(NO3)3和Eu(NO3)3混合溶液，加入到PVA水溶液中，再将PVP水溶液加入其中，形成静电纺丝溶液；(2)制备PVA-PVP/[Y(NO3)3+Eu(NO3)3]复合纳米纤维。采用静电纺丝技术制备PVA-PVP/[Y(NO3)3+Eu(NO3)3]复合纳米纤维；(3)制备YF3:5％Eu3+空心纳米球。将所述的PVA-PVP/[Y(NO3)3+Eu(NO3)3]复合纳米纤维加入到去离子水中，再滴加NH4F水溶液，密封静止48h，将沉淀离心分离、水洗后干燥，于400℃焙烧6h得到YF3:5％Eu3+空心纳米球，平均直径180nm，壁厚40nm。本发明的制备方法简单易行，经济环保，可以批量生产，具有广阔的应用前景。

Description

利用高分子复合纤维为模板制备掺铕氟化钇空心纳米球的方法
技术领域
本发明涉及纳米材料制备研究领域，具体说涉及利用高分子复合纤维为模板制备掺铕氟化钇空心纳米球的方法。
背景技术
稀土氟化物声子能量低，具有良好的热稳定性和环境稳定性，被广泛用做发光材料基质、固体电解质、润滑剂、钢铁和有色金属合金添加剂、电极材料、化学传感器和生物传感器等。掺铕氟化钇YF3:Eu3+纳米材料是一种重要的红色荧光材料，有广阔的应用前景，已经成为纳米发光材料研究领域的热点之一。人们已经采用沉淀法、微乳液法、水热与溶剂热法、溶胶-凝胶法、微波法、超声波法、前驱体热解法、静电纺丝法等方法，制备出了YF3:Eu3+纳米颗粒、纳米线、纳米管、纳米棒、纳米纤维、纳米膜、多面体纳米晶、复合结构纳米晶、核壳结构纳米材料等多种形貌的纳米材料。目前未见使用静电纺丝高分子复合纤维为模板制备YF3:Eu3+空心纳米球的相关报道。
本发明使用静电纺丝高分子复合纤维为模板，以氧化钇Y2O3、氧化铕Eu2O3和氟化铵(NH4F)为原料，以去离子水为溶剂，应用共沉淀法，在最佳的实验条件下，制备出了YF3:Eu3+空心纳米球。
发明内容
在背景技术中的制备YF3:Eu3+纳米颗粒、纳米线、纳米管、纳米棒、纳米纤维、纳米膜、多面体纳米晶、复合结构纳米晶、核壳结构纳米材料等多种形貌的纳米材料，采用了沉淀法、微乳液法、水热与溶剂热法、溶胶-凝胶法、微波法、超声波法、前驱体热解法、静电纺丝法等方法；为了在YF3:Eu3+纳米材料领域提供一种制备YF3:Eu3+空心纳米球的方法，我们发明了使用静电纺丝高分子复合纤维为模板制备YF3:Eu3+空心纳米球的方法。
本发明是这样实现的，将聚乙烯醇PVA和聚乙烯吡咯烷酮PVP分别溶于去离子水中，配制成质量百分数为6％的水溶液；用硝酸溶解氧化钇Y2O3和氧化铕Eu2O3后蒸发，得到Y(NO3)3和Eu(NO3)3混合晶体，加入去离子水得到Y(NO3)3和Eu(NO3)3的混合溶液；将Y(NO3)3和Eu(NO3)3的混合溶液加入到PVA溶液中，再将PVP溶液加入其中，形成静电纺丝溶液；进行静电纺丝得到PVA-PVP/[Y(NO3)3+Eu(NO3)3]复合纳米纤维，将所述的复合纳米纤维剪成1mm×0.5mm的小片，加到去离子水中，再滴加NH4F水溶液，密封静止48h，将得到的沉淀水洗、干燥后，于400℃焙烧6h得到YF3:Eu3+空心纳米球。在本发明中，掺杂的铕离子的摩尔百分数为5％，标记为YF3:5％Eu3+，即本发明所制备的是YF3:5％Eu3+空心纳米球。其步骤为：
(1)配制静电纺丝溶液
将1.2g聚乙烯醇PVA和1.2g聚乙烯吡咯烷酮PVP分别溶于18.8g去离子水中，配制成质量百分数为6％的PVA和PVP水溶液；称取一定量的氧化钇和氧化铕，两者的摩尔比为19∶1，即铕离子的摩尔百分数为5％，用稀硝酸溶解后蒸发，得到Y(NO3)3和Eu(NO3)3混合晶体，加入适量的去离子水，配制成质量百分数为10％的Y(NO3)3和Eu(NO3)3混合溶液；将1.3895g Y(NO3)3和Eu(NO3)3混合溶液加到所述的PVA水溶液中，搅拌1h，再将PVP水溶液加入其中，搅拌20min，形成静电纺丝溶液；
(2)制备PVA-PVP/[Y(NO3)3+Eu(NO3)3]复合纳米纤维
将配制好的静电纺丝液加入纺丝装置的储液管中，进行静电纺丝，喷头内径0.7mm，调整喷头与水平面的夹角为30°，施加15kV的直流电压，固化距离20cm，室温20～28℃，相对湿度为50％～60％，得到PVA-PVP/[Y(NO3)3+Eu(NO3)3]复合纳米纤维，平均直径为130nm；
(3)制备YE3:5％Eu3+空心纳米球
将所述的PVA-PVP/[Y(NO3)3+Eu(NO3)3]复合纳米纤维0.6024g剪成1mm×0.5mm的小片，加到20ml去离子水中，再滴加0.4g质量百分数为3％的NH4F水溶液，密封静止48h，将得到的沉淀离心分离水洗3次、于60℃干燥5h后，于400℃焙烧6h得到YF3:5％Eu3+空心纳米球，平均直径180nm，壁厚40nm。
在上述过程中所述的YF3:5％Eu3+空心纳米球具有良好的晶形，平均直径180nm，壁厚40nm，实现了发明目的。
附图说明
图1是YF3:5％Eu3+空心纳米球的透射电境照片，该图兼作摘要附图；
图2是YF3:5％Eu3+空心纳米球的X射线衍射图；
图3是YF3:5％Eu3+空心纳米球的激发光谱图；
图4是YF3:5％Eu3+空心纳米球的发射光谱图。
具体实施方式
本发明所选用的氧化钇Y2O3和氧化铕Eu2O3的纯度为99.99％，聚乙烯吡咯烷酮PVP，分子量90000，聚乙烯醇PVA，分子量80000，氟化铵NH4F，硝酸HNO3均为市售分析纯产品；所用的玻璃仪器、坩埚和设备是实验室中常用的仪器和设备。
实施例：将1.2g聚乙烯醇PVA和1.2g聚乙烯吡咯烷酮PVP分别溶于18.8g去离子水中，配制成质量百分数为6％的PVA和PVP水溶液；称取一定量的氧化钇和氧化铕，两者的摩尔比为19∶1，即铕离子的摩尔百分数为5％，用稀硝酸溶解后蒸发，得到Y(NO3)3和Eu(NO3)3混合晶体，加入适量的去离子水，配制成质量百分数为10％的Y(NO3)3和Eu(NO3)3混合溶液；将1.3895g Y(NO3)3和Eu(NO3)3混合溶液加到所述的PVA水溶液中，搅拌1h，再将PVP水溶液加入其中，搅拌20min，形成静电纺丝溶液；将配制好的静电纺丝液加入纺丝装置的储液管中，进行静电纺丝，喷头内径0.7mm，调整喷头与水平面的夹角为30°，施加15kV的直流电压，固化距离20cm，室温20～28℃，相对湿度为50％～60％，得到PVA-PVP/[Y(NO3)3+Eu(NO3)3]复合纳米纤维，平均直径为130nm；将所述的PVA-PVP/[Y(NO3)3+Eu(NO3)3]复合纳米纤维0.6024g剪成1mm×0.5mm的小片，加到20ml去离子水中，再滴加0.4g质量百分数为3％的NH4F水溶液，密封静止48h，将得到的沉淀离心分离水洗3次、于60℃干燥5h后，于400℃焙烧6h得到YF3:5％Eu3+空心纳米球。所述的YF3:5％Eu3+空心纳米球的平均直径180nm，壁厚40nm，见图1所示。所述的YF3:5％Eu3+空心纳米球具有良好的晶型，其衍射峰的晶面间距d值和相对强度与YF3的PDF标准卡片(32-1431)所列的d值和相对强度一致，属于正交晶系，空间群为Pnma，见图2所示。当监测波长为594nm时，所述的YF3:5％Eu3+空心纳米球的激发光谱主峰位于394nm处的强谱带，属于Eu3+的7F0→5L6的跃迁，见图3所示。在394nm的紫外光激发下，YF3:5％Eu3+空心纳米球发射出主峰位于594nm和588nm的明亮红光，它对应于Eu3+离子的5D0→7F1跃迁，属于Eu3+离子的强迫磁偶极跃迁，见图4所示。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.利用高分子复合纤维为模板制备掺铕氟化钇空心纳米球的方法，其特征在于，使用静电纺丝高分子复合纤维为模板，采用共沉淀法，制备产物为掺铕氟化钇YF3:5％Eu3+空心纳米球，其步骤为： 
(1)配制静电纺丝溶液 
将1.2g聚乙烯醇PVA和1.2g聚乙烯吡咯烷酮PVP分别溶于18.8g去离子水中，配制成质量百分数为6％的PVA和PVP水溶液，称取一定量的氧化钇和氧化铕，两者的摩尔比为19∶1，即铕离子的摩尔百分数为5％，用稀硝酸溶解后蒸发，得到Y(NO3)3和Eu(NO3)3混合晶体，加入适量的去离子水，配制成质量百分数为10％的Y(NO3)3和Eu(NO3)3混合溶液，将1.3895g Y(NO3)3和Eu(NO3)3混合溶液加到所述的PVA水溶液中，搅拌1h，再将PVP水溶液加入其中，搅拌20min，形成静电纺丝溶液； 
(2)制备PVA-PVP/[Y(NO3)3+Eu(NO3)3]复合纳米纤维 
将配制好的静电纺丝液加入纺丝装置的储液管中，进行静电纺丝，喷头内径0.7mm，调整喷头与水平面的夹角为30°，施加15kV的直流电压，固化距离20cm，室温20～28℃，相对湿度为50％～60％，得到PVA-PVP/[Y(NO3)3+Eu(NO3)3]复合纳米纤维，平均直径为130nm； 
(3)制备YF3:5％Eu3+空心纳米球 
将所述的PVA-PVP/[Y(NO3)3+Eu(NO3)3]复合纳米纤维0.6024g剪成1mm×0.5mm的小片，加到20ml去离子水中，再滴加0.4g质量百分数为3％的NH4F水溶液，密封静止48h，将得到的沉淀离心分离水洗3次、于60℃干燥5h后，于400℃焙烧6h得到YF3:Eu3+空心纳米球，平均直径180nm，壁厚40nm。 
2.根据权利要求1所述的利用高分子复合纤维为模板制备掺铕氟化钇空心纳米球的方法，其特征在于，聚乙烯醇PVA的分子量为80000。 
3.根据权利要求1所述的利用高分子复合纤维为模板制备掺铕氟化钇空心纳米球的方法，其特征在于，聚乙烯吡咯烷酮PVP的分子量为90000。 
4.根据权利要求1所述的利用高分子复合纤维为模板制备掺铕氟化钇空心纳米球的方法，其特征在于，沉淀剂采用氟化铵NH4F。 
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