專利名稱：一種稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于納米材料制備技術領域，特別涉及一種稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料及其制備方法。
背景技術：
稀土離子在不同基質(zhì)中的發(fā)光性質(zhì)已被廣泛研究。在眾多的稀土離子中，銪離子是一種有效的發(fā)光離子，銪離子處于亞穩(wěn)態(tài)的電子由于在5s5p電子層的保護和屏蔽下進行躍遷，受周圍電場的干擾影響較小，因此在形變時，能級分裂成寬度較窄的副能級，所以發(fā)出的熒光光譜較窄，并且彼此分離。氧化鋁作為一種優(yōu)良的稀土離子摻雜發(fā)光材料的基質(zhì)材料，由于其具有從紫外到近紅外區(qū)高的光透過率，優(yōu)良的機械強度，良好的化學穩(wěn)定性，以及大的光學禁帶寬度等特點，在稀土摻雜的發(fā)光材料領域被廣泛的用作基質(zhì)材料。纖維狀氧化鋁由于具有孔徑大，比表面積高及孔隙體積大等特點，所以被廣泛應用于催化和吸附領域。纖維狀氧化鋁常通過焙燒纖維狀薄水鋁石獲得。薄水鋁石(boehmite)，也稱一水軟鋁石，為氧化鋁的水合物。薄水鋁石有很多形貌，包括片狀、纖維狀和球形。其制備方法很多，包括直接沉淀法、溶膠-凝膠法、噴霧熱解法及水熱法。文獻 Journal of Physical Chemistry, 65 (1961) 1789 (Colloidalalumina-the chemistry and morphology of colloidal boehmite)報道了 1961 年Bugosh首次用水熱法制備出納米纖維狀薄水鋁石。劉輝等人在中國專利CN102391860A中提供了在表面活性劑的存在下通過水熱合成和煅燒制備稀土銪摻雜的氧化鋁纖維發(fā)光材料。但此法原料成本高，從前驅體薄水鋁石相中除去表面活性劑是很困難 的，導致產(chǎn)物中雜質(zhì)的存在，獲得的氧化鋁纖維發(fā)光材料直徑為30(T500nm，長度為5 10um，長徑比為10 30。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料及其制備方法。本發(fā)明以偏鋁酸鈉、硫酸鋁和稀土硝酸鹽為初始原料，在沒有表面活性劑存在的條件下，水熱合成稀土摻雜的納米纖維狀薄水鋁石，以薄水鋁石為前驅體經(jīng)高溫焙燒得到稀土銪摻雜的纖維狀納米氧化鋁。本發(fā)明制備的稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料，該材料以氧化鋁作為基質(zhì)，其具體組成為=99.0-93.0wt%的氧化鋁，1.0-7.0wt%的氧化銪；其纖維的直徑為3_20nm，長度為50-200nm，長徑比為10-20 ;當激發(fā)波長為394nm時，該材料在614nm處出現(xiàn)特征峰。本發(fā)明的具體實施步驟包括以下:(I)稱取250-350g偏鋁酸鈉溶解于800_1200mL去離子水中，配成偏鋁酸鈉溶液；(2)制備濃度為0.1-0.6mol/L的硫酸鋁水溶液20_50mL，然后加入硝酸銪，銪離子與鋁離子的摩爾比為0.005-0.1，優(yōu)選0.005-0.02 ；
(3)將偏鋁酸鈉溶液在磁力攪拌的條件下，逐滴加入步驟(2)制備的混合溶液中，得到的懸浮液pH值控制在8-11 ;然后轉移到高壓反應釜中，110-200°C下處理6-48h ；(4)反應完成后自然冷卻至室溫，得到的白色沉淀物離心洗滌，60-100°C干燥，得到稀土銪摻雜的納米纖維狀薄水鋁石，在500-1800°C下焙燒2-8h得到稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料。本方法在沒有表面活性劑存在條件下，水熱合成出稀土氧化銪含量為l_7wt%，直徑為3-20nm納米的纖維狀氧化鋁。并且當激發(fā)波長為394nm時，該稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維在614nm處出現(xiàn)特征輻射。本發(fā)明稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料的制備方法工藝簡單、操作安全，且成本低。
圖1是實施例1制得的稀土銪摻氧化鋁納米纖維發(fā)光材料的透射電鏡照片；圖2是實施例2制得的稀土銪摻氧化鋁納米纖維發(fā)光材料的熒光光譜圖；圖3是實施例3制得的稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料的XRD圖譜?！?br>
具體實施例方式以下通過具體實施例對本發(fā)明進行詳細的說明，所有的實例按照本發(fā)明所述的操作步驟進行操作。實施例1精確稱取166.60g十八水合硫酸招，加去離子水500g,制得濃度為0.5mol/L的硫酸鋁溶液；準確稱取295g偏鋁酸鈉(德國Sigma-aldrich公司生產(chǎn)，Al2O3摩爾含量為50-56%，Na2O摩爾含量為40-45%)，溶解于IOOOmL去離子水中，配成偏鋁酸鈉溶液A ;取301^0.5mol/L硫酸鋁溶液并加入0.067g硝酸銪，得到B溶液；在室溫及攪拌的條件下，將制得的溶液A緩慢加到混合溶液B中，滴加至pH為10，白色懸浮液于室溫下攪拌lOmin，得到均勻的白色懸浮液。將得到的白色懸浮液封裝在高壓釜中，于180°C晶化24個小時，自然冷卻至室溫，所得產(chǎn)物用去離子水離心洗滌3次后，于60°C干燥3小時，得到稀土銪摻雜的納米纖維狀薄水鋁石，在120(TC下焙燒3h得到稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料。圖1是稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料的透射電鏡圖。從圖中可以看出得到的稀土銪摻雜的氧化鋁為纖維狀。實施例2精確稱取166.60g十八水合硫酸鋁，加去離子水500g，制得濃度為0.5mol/L的硫酸鋁溶液；準確稱取295g偏鋁酸鈉(德國Sigma-aldrich公司生產(chǎn)，Al2O3摩爾含量為50-56%，Na2O摩爾含量為40-45%)，溶解于IOOOmL去離子水中，配成偏鋁酸鈉溶液A ;取301^
0.5mol/L硫酸鋁溶液并加入0.20g硝酸銪，得到B溶液；在室溫及攪拌的條件下，將制得的A溶液緩慢加到混合溶液B中，滴加至pH為10，白色懸浮液于室溫下攪拌lOmin，得到均勻的白色懸浮液。將得到的白色懸浮液封裝在高壓釜中，于180°C晶化24個小時，自然冷卻至室溫，所得產(chǎn)物用去離子水離心洗滌3次后，于60°C干燥3小時，得到稀土銪摻雜的納米纖維狀薄水鋁石，在120(TC下焙燒3h得到稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料。圖2是所得到的稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料的熒光光譜。從圖中可以看出，當激發(fā)波長為394nm，所制備的稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料在614nm處出現(xiàn)特征輻射。實施例3精確稱取166.60g十八水合硫酸鋁，加去離子水500g，制得濃度為0.5mol/L的硫酸鋁溶液；準確稱取295g偏鋁酸鈉(德國Sigma-aldrich公司生產(chǎn)，Al2O3摩爾含量為50-56%，Na2O摩爾含量為40-45%)，溶解于IOOOmL去離子水中，配成偏鋁酸鈉溶液A ;取301^
0.5mol/L硫酸鋁溶液并加入0.27g硝酸銪，得到B溶液；在室溫及攪拌的條件下，將制得的A溶液緩慢加到混合溶液B中，滴加至pH為10，白色懸浮液于室溫下攪拌lOmin，得到均勻的白色懸浮液。將得到的白色懸浮液封裝在高壓釜中，于180°C晶化24個小時，自然冷卻至室溫，所得產(chǎn)物用去離子水離心洗滌3次后，于60°C干燥3小時，得到稀土銪摻雜的納米纖維狀薄水鋁石，在120(TC下焙燒3h得到稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料。圖3是制得的稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料的XRD圖譜。顯示所獲得的產(chǎn)物為α和Θ氧化招相,不存在稀土銪相。實施例4精確稱取166.60g十八水合硫酸鋁，加去離子水500g，制得濃度為0.5mol/kg的硫酸鋁溶液。準確稱取295g偏鋁酸鈉(德國Sigma-aldrich公司生產(chǎn)，Al2O3摩爾含量為50-56%，Na2O摩爾含量為40-45%)，溶解于IOOOmL去離子水中，配成偏鋁酸鈉溶液A。取30mL
0.5mol/L硫酸鋁溶液并加入0.27g硝酸銪，得到B溶液。在室溫及攪拌的條件下，將制得的A溶液緩慢加到混合溶液B中，滴加至pH為10，白色懸浮液于室溫下攪拌lOmin，得到均勻的白色懸浮液。
將得到的白色懸浮液封裝在高壓釜中，于180°C晶化24個小時，自然冷卻至室溫，所得產(chǎn)物用去離子水離心洗滌3次后，于60°C干燥3小時，得到稀土銪摻雜的納米纖維狀薄水鋁石，在120(TC下焙燒3h得到稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料。
權利要求
1.一種稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料，該材料以氧化鋁作為基質(zhì)，其特征在于，其具體組成為=99.0-93.0wt%的氧化鋁，1.0-7.0wt%的氧化銪；其纖維的直徑為3_20nm，長度為50-200nm，長徑比為10-20 ;當激發(fā)波長為394nm時，該材料在614nm處出現(xiàn)特征峰。
2.根據(jù)權利要求1所述的稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料的制備方法，其特征在于，其具體步驟為: (1)稱取250-350g偏鋁酸鈉溶解于800-1200mL去離子水中，配成偏鋁酸鈉溶液； (2)制備濃度為0.1-0.6mol/L的硫酸鋁水溶液20-50mL，然后加入硝酸銪，銪離子與鋁離子的摩爾比為0.005-0.1，優(yōu)選0.005-0.02 ； (3)將偏鋁酸鈉溶液在磁力攪拌的條件下，逐滴加入步驟(2)制備的混合溶液中，得到的懸浮液pH值控制在8-11 ;然后轉移到高壓反應釜中，110-200°C下處理6-48h ； (4)反應完成后自然冷卻至室溫，得到的白色沉淀物離心洗滌，60-100°C干燥，得到稀土銪摻雜的納米纖維狀 薄水鋁石，在500-180(TC下焙燒2-8h得到稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于納米材料制備技術領域的一種稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料及其制備方法。該方法以偏鋁酸鈉、硫酸鋁和稀土硝酸鹽為初始原料，在沒有表面活性劑存在的條件下，水熱合成稀土摻雜的納米纖維狀薄水鋁石，以薄水鋁石為前驅體經(jīng)高溫焙燒得到稀土銪摻雜的纖維狀納米氧化鋁。制備得到的稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料以氧化鋁作為基質(zhì)，其具體組成為99.0-93.0wt%的氧化鋁，1.0-7.0wt%的氧化銪；其纖維的直徑為3-20nm，長度為50-200nm，長徑比為10-20；當激發(fā)波長為394nm時，該材料在614nm處出現(xiàn)特征峰。本發(fā)明稀土銪摻雜氧化鋁納米纖維發(fā)光材料的制備方法工藝簡單、操作安全，且成本低。
文檔編號C09K11/64GK103113885SQ20131005577
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月21日 優(yōu)先權日2013年2月21日
發(fā)明者徐向宇, 宋家慶, 劉玉欣, 李振虎 申請人:北京化工大學