[发明专利]网状纳米结构稀土硫化物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体地说涉及网状纳米结构稀土硫化物及其制备方法。

背景技术

目前无机物纳米结构材料的制备与性质研究是材料科学、化学、凝聚态物理等学科研究的前沿热点之一。网状纳米结构是一种用人工方法合成的呈网状结构的纳米材料，由于其不同于管、线材料的新颖结构导致其在电子传输、光学等方面具有独特的性能，因而引起人们的高度重视。

稀土硫化物是一种重要的稀土化合物，其熔点较高，耐热性、化学稳定性及光学性能都比较好，主要用于感光材料、染料着色及熔炼难熔金属的增塌材料等。如硫化钐是一种性能良好的热电材料，由于目前的技术所限，稀土硫化物的潜在作用尚未被人们所认识.随着科学技术的发展，一些技术难题相继解决，稀土硫化物的应用领域将逐年扩大，如硫化铈熔点约2450℃，可作为高温耐火材料；硫化钐除具有上述稀土硫化物的一般性能外，还具有良好的热电性能，而且是一种很有前途的半导体材料。目前，未见稀土硫化物纳米材料的相关报道。

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。这一方法主要用来制备高分子纳米纤维和无机氧化物纳米纤维。吉林大学的王策采用静电纺丝技术合成了ZnS:Cu/PVA(Materials Letters，2006，60：2480-2484)和ZnS:Mn/PVA(高等学校化学学报，2006，27(9)：1785-1787)复合纳米纤维。

发明内容

在背景技术中的制备ZnS:Cu/PVA和ZnS:Mn/PVA复合纳米纤维，采用的是先生成ZnS:Cu和ZnS:Mn粒子，然后添加到PVA溶液中。背景技术中的纳米纤维为有机/无机复合纳米纤维，而且为过渡金属元素。本发明使用静电纺丝技术制备了网状纳米结构稀土硫化物，为稀土硫化物材料添加了一个新品种。

本发明提供的网状纳米结构稀土硫化物，其特征在于，所述的网状纳米结构稀土硫化物为一种网状纳米结构，这种网状纳米结构由稀土硫化物纳米纤维紧密连结而成，构成网状纳米结构的稀土硫化物纳米纤维的直径70～300nm；所述的网状纳米结构稀土硫化物的通式为RE₂S₃，其中RE为稀土元素La、Ce、Y、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种，S为硫元素。

本发明是这样实现的，首先制备出用于静电纺丝的具有一定粘度的纺丝溶液，对纺丝溶液进行静电纺丝，制备出稀土化合物/高分子复合纳米纤维，再经过高温热处理后得到稀土氧化物纳米纤维，最后对稀土氧化物纳米纤维进行硫化处理得到网状纳米结构稀土硫化物。其具体工艺步骤为：

一、纺丝液的配制

(一)将稀土化合物或稀土氧化物的酸溶物溶于溶剂中，搅拌得到稀土化合物溶液；

(二)向所述稀土化合物溶液中加入高分子模板剂，搅拌得到稀土化合物和高分子的混合纺丝液，其配比(重量百分比)为：

稀土化合物        5～20％，

高分子            10～45％，

溶剂              35～85％；

二、稀土化合物/高分子前驱体纤维的制备

采用静电纺丝方法，纺丝电压为10～29kV、固化距离为10～30cm，得到稀土化合物/高分子前驱体纤维；

三、稀土氧化物纳米纤维的制备

对稀土化合物/高分子前驱体纤维进行热处理，升温速率为0.5～5.0℃/min，在600～900℃范围内的某一温度下保温8～72小时，溶剂及高分子分解挥发，稀土化合物分解为稀土氧化物，之后自然冷却至室温，得到稀土氧化物纳米纤维；

四、网状纳米结构稀土硫化物的制备

(一)将获得的稀土氧化物纳米纤维放于管式炉中，以2～10℃/min升温，500℃时通入硫化蒸汽，硫化时间为1～4小时，在500～1000℃的温度下保温2-10小时，自然冷却至室温得网状纳米结构稀土硫化物，网状纳米结构稀土硫化物由稀土硫化物纳米纤维紧密连结而成，构成网状纳米结构的稀土硫化物纳米纤维的直径70～300nm；

(二)管式炉排出的尾气用碱液吸收。

稀土化合物为稀土元素的硝酸盐、硫酸盐、氯化物、醋酸盐、碳酸盐或氧化物的酸溶物中的1种或1种以上的混合物。

硫化蒸汽为硫化氢气体或二硫化碳蒸汽中的1种或2种的混合。

高分子模板剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚乙烯醇(PVA)中的1种或2种的混合。