CN106966430B - 一种金属钒酸盐纳米材料的制备方法 - Google Patents

一种金属钒酸盐纳米材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种金属钒酸盐纳米材料的制备方法，其包括如下步骤：将表面活性剂加入至正钒酸盐XVO4溶液中，然后缓慢加入金属硝酸盐M(NO3)3水溶液并不断搅拌；加入完毕后，继续搅拌反应；之后进行静置陈化、离心分离、洗涤和干燥处理，即得；其中，所述正钒酸盐M3VO4溶液中的溶剂为三乙醇胺、丙三醇和乙醇的混合溶液；M包括Sm、La、Eu、Y、Tb、Gd、Bi中的一种；X包括Na或K。本发明的制备工艺简单、成本低、所得产品的粒径分布窄，具有良好的工业化应用前景。

Description

一种金属钒酸盐纳米材料的制备方法
技术领域
本发明属于发光材料技术领域，涉及钒酸盐体系发光材料制备技术，具体涉及一种金属钒酸盐纳米材料的制备方法。
背景技术
目前，发光材料行业中习惯于采用高温固相反应合成无机发光材料。这种方法简单易行，可以保证合成的发光材料具备良好的晶体结构，也能够实现对激活剂离子进入晶格后的价态控制。
以稀土钒酸盐为基质的发光材料物理化学性质稳定，其基质能将能量有效地传递给激活剂离子，因此具有较高的发光效率以及发光强度，已成为最早应用于CRT显示器的稀土发光材料。这一类发光材料具有较高的真空紫外吸收截面，而基质能将吸收的真空紫外光有效地传递给激活离子，促使其跃迁，进而得到具有较高的发光效率以及发光强度的可见光。
钒酸盐体系发光材料最早也多采用高温固相反应合成，目前工业生产中基本上仍延用此类方法。为使固相反应充分进行，确保生成足量的发光产物，一般需加入不超过化学计量比10% 的过量的钒的化合物。焙烧后的产物需用稀酸充分洗涤以去除过量的钒。该法成本较高，晶体结构缺陷严重。
随着新型平板显示器及高效环保节能照明器件的发展，对新型发光粉体的性能提出了更高的要求。由于纳米材料具有超大的比表面积，使其具备了微米级颗粒材料不曾具有的光、电性能，而使纳米稀土发光材料的研究已成为业内人士关注的热点。当纳米粒子的颗粒直径与超导相干波长、玻尔半径及电子的德布罗意波长接近时，会呈现出显著的小颗粒的量子尺寸效应；同时，超大的比表面积使处于纳米颗粒表面态的原子和电子产生与处于纳米颗粒内部的原子和电子差别很大的行为。这种表面效应量子及尺寸效应会严重影响纳米颗粒的光学特性，使之产生相同材质的微米级颗粒材料即宏观大块体不曾具备的新奇光学特性。
钒酸盐作为传统稀土发光材料的优良基质，使稀土钒酸盐体系纳米发光材料成为显示和照明领域的新型荧光粉体的研发热点。对这一类发光材料的研究目前大多数集中在纳米材料的新型制备方法的探索、材料微结构的分析以及纳米材料内部能量传递的方式对发光性能的影响等。
新一代照明和显示器件的发展，对发光材料的性能不断提出更高的要求。而目前行业通用的传统的发光材料粉体的制备方法存在很大弊端，生产出的产品往往晶粒尺寸偏大、经破碎制粉后粒度分布宽，难以获得具备理想的二次性能的发光粉体。为获得性能优异的荧光粉，业内人士在制备方法及制备工艺技术上不断探索、改进，取得了很多有价值的进展。针对不同基质的发光材料，相应地拓展出水解胶体反应法、微乳法、水热合成法、络合制备法、微波快速反应制备法等新型合成方法。这些方法因制造成本高、反应条件苛刻和产量低等缺点不具备工业化前景，仅限于实验室研究。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种金属钒酸盐纳米材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
将表面活性剂加入至正钒酸盐XVO4溶液中，然后缓慢加入金属硝酸盐M(NO3)3水溶液并不断搅拌；加入完毕后，继续搅拌反应；之后进行静置陈化、离心分离、洗涤和干燥处理，即得；
其中，所述正钒酸盐MVO4溶液中的溶剂为三乙醇胺、丙三醇和乙醇的混合溶液；
M包括Sm、La、Eu、Y、Tb、Gd、Bi中的一种；
X包括Na或K。
优选的，所述金属硝酸盐M(NO3)3水溶液的浓度为0.002~0.5 mol/L。
优选的，所述正钒酸盐XVO4溶液的浓度为0.005-0.5mol/L。
优选的，所述三乙醇胺、丙三醇和乙醇的体积比为1:（1~4）:（1~5）。
所述表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种；优选的，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量5.8~130万，所述聚乙二醇的分子量为400~16000。
优选的，所述表面活性剂的浓度为5.0~200.0g/L。
优选的，金属硝酸盐M(NO3)3水溶液和正钒酸盐XVO4溶液的加入速度为0.002~2.0L/min。
进行所述搅拌时，搅拌强度为300~3000r/min。
进行所述反应时，反应温度为50~95℃。
进行所述干燥时，干燥温度为50~90℃，干燥时间为5~15h。
本发明的有益效果：
本发明的制备工艺简单、成本低，所得产品的粒径分布窄，具有良好的工业化应用前景。
附图说明
图1为本发明制备方法的示意图：
图2为本发明实施例1所得产品的扫描电镜结果图；
图3为本发明实施例2所得产品的扫描电镜结果图；
图4为本发明实施例3所得产品的扫描电镜结果图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
称量12mmol的正钒酸钠于烧杯中，加入三乙醇胺、丙三醇、乙醇分别80mL、80mL、200mL，超声搅拌至固体完全溶解的黄色透明溶液。称取5g聚乙烯吡咯烷酮（分子量5.8万）加入先前的黄色混合溶液中，待完全溶解后将混合溶液置于80℃的水溶锅中机械搅拌。将事先配置好的浓度为10mmol/L的六水合硝酸钐水溶液用蠕动泵以0.002~2.0L/min的速度滴入。持续机械搅拌六小时后，得到黄色浆液。先用无水乙醇洗涤两次洗去其中的有机溶剂，再用水洗涤一次后置于鼓风干燥机中干燥得到乳白色固体产品。SmVO4纳米粒子的粒径分布在80~100 nm，粒径分布较窄，颗粒分散性好，见图2。
实施例2
称量12mmol的正钒酸钠于烧杯中，加入三乙醇胺、丙三醇、乙醇分别30mL、30mL、150mL，超声搅拌至固体完全溶解的黄色透明溶液。称取5g聚乙烯吡咯烷酮（分子量5.8万）加入先前的黄色混合溶液中，待完全溶解后将混合溶液置于80℃的水溶锅中机械搅拌。将事先配置好的浓度为10mmol/L的五水合硝酸铒水溶液用蠕动泵以0.002~2.0L/min的速度滴入。持续机械搅拌六小时后，得到黄色浆液。先用无水乙醇洗涤两次洗去其中的有机溶剂，再用水洗涤一次后置于鼓风干燥机中干燥得到固体产品。ErVO4纳米粒子的粒径分布在40~70 nm，粒径分布较窄，颗粒分散性好，见图3。
实施例3
称量12mmol的正钒酸钠于烧杯中，加入三乙醇胺、丙三醇、乙醇分别120mL、120mL、450mL，超声搅拌至固体完全溶解的黄色透明溶液。称取5g pvp加入先前的黄色混合溶液中，待完全溶解后将混合溶液置于80℃的水溶锅中机械搅拌。将事先配置好的浓度为10mmol/L的六水合硝酸铈水溶液用蠕动泵以0.002~2.0L/min的速度滴入。持续机械搅拌六小时后，得到黄色浆液。先用无水乙醇洗涤两次洗去其中的有机溶剂，再用水洗涤一次后置于鼓风干燥机中干燥得到乳白色固体产品。CeVO4纳米粒子的粒径分布在60~110 nm，粒径分布较窄，颗粒分散性好，见图4。

Claims (10)

1.一种金属钒酸盐纳米材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
将表面活性剂加入至正钒酸盐XVO4溶液中，然后缓慢加入金属硝酸盐M(NO3)3水溶液并不断搅拌；加入完毕后，继续搅拌反应；之后进行静置陈化、离心分离、洗涤和干燥处理，即得；
其中，所述正钒酸盐XVO4溶液中的溶剂为三乙醇胺、丙三醇和乙醇的混合溶液；所述三乙醇胺、丙三醇和乙醇的体积比为1∶(1～5)∶(1～10)
M包括Sm、La、Eu、Y、Tb、Gd、Bi中的一种；
X包括Na或K。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属硝酸盐M(NO3)3水溶液的浓度为0.002～0.5mol/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述正钒酸盐XVO4溶液的浓度为0.005-0.5mol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量5.8～130万，所述聚乙二醇的分子量为400～16000。
6.根据权利要求1或5所述的制备方法，所述表面活性剂的加入量为5.0～200.0g/L。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，金属硝酸盐M(NO3)3水溶液的加入速度为0.002～2.0L/min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，进行所述搅拌时，搅拌强度为300～3000r/min。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，进行所述反应时，反应温度为50～95℃。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，进行所述干燥时，干燥温度为50～90℃，干燥时间为5～15h。
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