[发明专利]掺铒硫氧化钇上转换发光空心纳米纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体说涉及掺铒硫氧化钇上转换发光空心纳米纤维及其制备方法。

背景技术

纳米纤维是指在材料的三维空间尺度上有两维处于纳米尺度的线状材料，通常径向尺度为纳米量级，而长度则较大。由于纳米纤维的径向尺度小到纳米量级，显示出一系列特性，最突出的是比表面积大，从而其表面能和活性增大，进而产生小尺寸效应、表面或界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，并因此表现出一系列化学、物理(热、光、声、电、磁等)方面的特异性。空心纳米纤维由于具有更大的比表面积，将具有更广泛的应用。在现有技术中，有很多制备纳米纤维的方法，例如抽丝法、模板合成法、分相法、水热法以及自组装法等。此外，还有电弧蒸发法，激光高温烧灼法，化合物热解法，这三种方法实际上都是在高温下使化合物(或单质)蒸发后，经热解(或直接冷凝)制得纳米纤维或纳米管，从本质上来说，都属于化合物蒸汽沉积法。

硫氧化钇Y₂O₂S具有化学稳定性好、不溶于水、熔点高、抗氧化性强以及光吸收效率和传能效率高、无毒等优点，成为稀土离子激活的发光材料的重要基质。铒离子掺杂硫氧化钇Y₂O₂S:Er³⁺是一种重要的性能优良、广泛应用的上转换发光材料。Y₂O₂S:Er³⁺纳米材料的研究已引起了人们的高度关注。已经采用水热与溶剂热法、固相反应法、燃烧法、微波法等，制备了Y₂O₂S:Er³⁺纳米粒子、纳米管、纳米线、纳米棒、纳米花、多面体纳米晶。Y₂O₂S:Er³⁺空心纳米纤维是一种重要的新型上转换纳米荧光材料，将在发光与显示、防伪、生物标记、纳米器件等领域得到重要应用，具有广阔的应用前景。目前，未见有Y₂O₂S:Er³⁺空心纳米纤维的相关报道。

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，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、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。通过调节纺丝液的组成，董相廷等采用单轴静电纺丝技术直接制备了CeO₂空心纳米纤维[Journal of Rare Earths,2008,26(5),664-669]；王进贤等采用单轴静电纺丝技术直接制备了LaCoO₃多孔空心纳米纤维[Applied Physics Research,2009,1(1),8-14]。目前，未见有采用单轴静电纺丝技术制备Y₂O₂S:Er³⁺空心纳米纤维的相关报道。