[发明专利]稀土离子掺杂钆镓石榴石多孔纳米带及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体说涉及稀土离子掺杂钆镓石榴石多孔纳米带的制备方法。

背景技术

无机物纳米带的制备与性质研究目前是材料科学、凝聚态物理、化学等学科研究的前沿热点之一。纳米带是一种用人工方法合成的呈带状结构的纳米材料，它的横截面是一个矩形结构，其厚度在纳米量级，而长度可达几百微米，甚至几毫米。纳米带由于其不同于管、线材料的新颖结构以及独特的光、电、磁等性能而受到广泛关注。纳米带虽然缺少柱形纳米管所具有的高结构力，但其生产过程简单可控，且大量生产时能够保证材料结构均一，缺陷少，因而引起人们的高度重视。

钆镓石榴石(Gd₃Ga₅O₁₂，简称GGG)具有立方晶体结构，具有优良的导热性、机械强度以及良好的物理和化学性能，使其成为液相外延YIG等磁光薄膜的理想衬底材料。同时钆镓石榴石易于实现稀土离子的掺杂，被广泛用作激光材料和发光材料的基质。例如已有较多的GGG:Nd³⁺，GGG:Yb³⁺、GGG:Cr⁴⁺，Nd³⁺，GGG:Er³⁺，GGG:Ho³⁺等晶体和激光陶瓷以及GGG:Eu³⁺等发光材料的报道。近年来人们对GGG和GGG:RE³⁺(RE³⁺：稀土离子)纳米材料的研究主要集中在纳米粉体上，制备方法主要有燃烧合成法、溶胶-凝胶法、水热合成法、化学共沉淀法等。为了探索新型结构的GGG:RE³⁺纳米发光和激光材料，制备GGG:RE³⁺纳米带是非常必要的。目前未见GGG:RE³⁺纳米带制备的报道。

专利号为1975504的美国专利公开了一项有关静电纺丝方法(electrospinning)的技术方案，该方法是制备连续的、具有宏观长度的微纳米纤维的一种有效方法，由Formhals于1934年首先提出。这一方法主要用来制备高分子纳米纤维，其特征是使带电的高分子溶液或熔体在静电场中受静电力的牵引而由喷嘴喷出，投向对面的接收屏，从而实现拉丝，然后，在常温下溶剂蒸发，或者熔体冷却到常温而固化，得到微纳米纤维。近10年来，在无机纤维制备技术领域出现了采用静电纺丝方法制备无机化合物如氧化物纳米纤维的技术方案，所述的氧化物包括TiO₂、ZrO₂、Y₂O₃、Y₂O₃:RE³⁺(RE³⁺＝Eu³⁺、Tb³⁺、Er³⁺、Yb³⁺/Er³⁺)、NiO、Co₃O₄、Mn₂O₃、Mn₃O₄、CuO、SiO₂、Al₂O₃、V₂O₅、ZnO、Nb₂O₅、MoO₃、CeO₂、LaMO₃(M＝Fe、Cr、Mn、Co、Ni、Al)、Y₃Al₅O₁₂、La₂Zr₂O₇等金属氧化物和金属复合氧化物。已有人利用静电纺丝技术成功制备了高分子纳米带(Materials Letters，2007，61：2325-2328；Journal of PolymerScience：Part B：Polymer Physics，2001，39：2598-2606)。有人利用锡的有机化合物，使用静电纺丝技术与金属有机化合物分解技术相结合制备了多孔SnO₂纳米带(Nanotechnology，2007，18：435704)；有人利用静电纺丝技术首先制备了PEO/氢氧化锡复合纳米带，将其焙烧得到了多孔SnO₂纳米带(J.Am.Ceram.Soc.，2008，91(1)：257-262)。目前，未见有GGG:RE³⁺(RE³⁺＝Pr³⁺，Nd³⁺，Sm³⁺，Eu³⁺，Tb³⁺，Dy³⁺，Ho³⁺，Er³⁺，Tm³⁺，Yb³⁺，Yb³⁺/Er³⁺)多孔纳米带制备的相关报道。因此，GGG:RE³⁺纳米带既是非常有前途的激光材料和发光材料，又是结构新颖的无机物纳米带，具有广阔的应用前景。