[发明专利]一种超声溶液法制备稀土掺杂NaBiF4

说明书

本发明公开了一种超声溶液法制备稀土掺杂NaBiF4纳米颗粒的方法及其应用，将铋源和钠源溶解在溶剂中配置成溶液A；将含有稀土的硝酸盐加入A溶液，随后将氟化物的无机盐分散在溶剂中配成溶液B；将溶液B和溶液A混合制成混合溶液，在超声的声化作用下，将溶液B和溶液A混合形成乳白色的混合溶液，经快速的成核以及后续纳米晶的动力学竞争过程，完成纳米晶的生长。随后经固液分离获得白色的粉体C；干燥粉体C得到六方相结构的NaBiF₄基纳米粉体。本发明工艺简单易行，重复性好，整个反应体系对环境无任何污染，所提出的工艺路线不仅具有较好的应用前景及经济效益，而且也具有重要的实用价值。

技术领域

本发明属于无机稀土掺杂的氟化铋钠(NaBiF₄)基纳米颗粒粉体制备技术领域，具体涉及一种超声溶液法制备稀土掺杂NaBiF₄纳米颗粒的方法及其应用。

背景技术

具有上转换功能的纳米材料是近十年来备受关注的功能材料。它可以把能量较低的光子(比如近红外)转化为能量较高的光子(比如可见光)。

转换材料的基体材料是上转换材料的主要组成部分。对于它的要求就是具有较低的声子能量。典型的基体材料是NaREF₄(RE＝Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd, Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu)。在过去的二十年，NaREF₄基化合物受到了广泛的研究和探索，进行其它稀土的掺杂可以实现不同发光颜色的调制。其中最著名的是 NaYF₄基化合物，对其掺杂入稀土离子作为敏化剂和激活剂，可以获得各类不同波长的可见光发光。NaYF₄基化合物有两种晶型，一种是立方结构(Fm-3m)，另一种是六方结构(P63/m)。其中六方结构具有更低的声子能量，受到全世界各个团队广泛地研究。

从材料制备方法以及工艺的角度而言，NaREF₄基化合物的制备方法，包括高温热分解法，水热法(或者溶剂热法)，溶胶-凝胶法，静电纺丝法等各类方法。为了获得单分散性好的纳米颗粒，高温热分解法，水热法(或者溶剂热法)是两种比较常用的方法。但是，对于这两种方法而言，NaREF₄合成过程中需要用到高温、隔绝氧气等生长条件，以及需要惰性气氛保护的合成环境，所涉及到的合成工艺过程特别繁琐。另外，合成过程中需要用到高沸点的有机溶剂作为反应介质(比如油酸或者油胺)，而这些反应介质价格很昂贵。而且，有机溶剂的使用，导致另外一个副作用就是废液后续的环保处理比较繁琐，无形中就增加了产品的环境保护成本。这些因素对于工业化的生产是一个极为不利的发展因素。

另外，从成本的角度考虑，NaREF₄稀土基体的纳米功能材料合成过程，所需要用到的稀土前驱体，往往主要集中在有机类别的稀土有机盐，这些稀土有机盐的前驱体的合成往往涉及到非常复杂的有机类合成反应，导致这些前驱体的价格特别昂贵。而且很多稀土有机盐的前驱体毒性较大。这些实际情况为NaREF₄基化合物在大批量工业化生产上埋下了成本和安全的隐患。NaREF₄稀土基体的纳米功能材料合成反应所需的高温环境以及长时间的保温，扩大到工业化生产时，对于能源的消耗和环境的影响将会产生具大的压力。

作为NaREF₄基上转换材料而言，稀土基体(母体)材料所占的摩尔比的比重超过50％，对于稀土资源的利用无形中产生了一种压力。为此寻找一种储量更丰富的、价格更低廉的母体材料，是特别具有学术价值和经济价值的。近来发现三元NaBiF₄化合物是一种新型的上转换材料的基体材料，通过掺杂(比如某些稀土元素比如铒，钬，铥等)可以产生非常优异的上转换发光性能。首先，铋元素的在地壳中的储量极为丰富，价格低廉；其次，铋元素是一种没有毒性的元素，不会对于环境产生负面的影响。相对比上面所述的稀土基体的上转换功能材料，铋基化合物可以有效地解决价格成本和环境污染等方面的问题。所以，NaBiF₄化合物基体材料的应用，将极大地缓解纯稀土基母体材料的各种成本以及环境等方面的压力。