一种纳米立方栅栏荧光材料的自组装制备方法技术

本发明专利技术属于铁电多功能材料领域，一种纳米立方栅栏荧光材料的自组装制备方法，包括(1)将原料加入水热釜中，在低温超临界条件下形成Na0.5Bi0.5TiO3(BNT)籽晶；(2)将原料放入水热釜中，在高温超临界条件下生长纳米纤维Na0.5Bi0.5‑xErxTiO3(BNT‑Er)；(3)步骤(2)反应完成后，调节水热釜中反应体系的pH为碱性，加入添加剂，在中温超临界条件下自组装制备纳米立方栅栏荧光材料BNT‑Er，其中BNT‑Er化学式为Na0.5Bi0.5‑xErxTiO3，x＝0‑0.05。本发明专利技术中制备的荧光材料，呈现增强的荧光性能，有望在LED照明、上转换激光器、光催化等领域获得应用。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米立方栅栏荧光材料的自组装制备方法
本专利技术属于铁电多功能材料领域，尤其涉及一种纳米立方栅栏荧光材料的自组装制备方法。
技术介绍
稀土元素内层的4f电子容易被激发，能够在4f电子层内或f-d电子层之间发生跃迁，产生从紫外到红外不同波段的吸收和发射荧光光谱。其中稀土元素Er具有丰富的能级结构，能级分布均匀，激发态能级寿命长，适合作为荧光材料的发光中心。钛酸铋钠基无铅压电陶瓷具有优异的电、声、光学性能，声子能量较低，与玻璃态物质相比具有较高的稳定性和机械强度。钛酸铋钠陶瓷有着较强的铁电性能(Pr＝38μC/cm2，Ec＝73kV/cm)，剩余极化较大，能够有效提高稀土离子的光致发光性能，是稀土发光材料的良好基质。稀土掺杂能够改善铁电陶瓷的电学性能，同时，铁电陶瓷的剩余极化能够诱导增强稀土荧光发射强度。传统的稀土掺杂荧光粉都是通过高温固相法制备，该方法操作简便，易于工业化应用，但是产物形貌不规则，粒径不均匀，易生成杂相，影响荧光粉的发光性能。
技术实现思路
为解决现有技术存在的固相法产物形貌不规则的缺陷，本专利技术提供一种纳米立方栅栏荧光材料的自组装制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的方案为：一种纳米立方栅栏荧光材料的自组装制备方法，包括三步水热反应过程：(1)将原料加入水热釜中，在低温超临界条件下形成Na0.5Bi0.5TiO3(BNT)籽晶；(2)步骤(1)反应完成后，将原料放入水热釜中，在高温超临界条件下生长纳米纤维Na0.5Bi0.5-xErxTiO3(BNT-Er)；(3)步骤(2)反应完成后，调节水热釜中反应体系的pH为碱性，加入添加剂，在中温超临界条件下自组装制备纳米立方栅栏银光材料BNT-Er，其中BNT-Er化学式为Na0.5Bi0.5-xErxTiO3，x＝0-0.05。具体地，步骤(1)具体步骤为：按照化学计量比称量NaOH、Bi(NO3)3·5H2O、钛酸正丁酯，放入水热釜中配制成水溶液，加入十六烷基三甲基溴化铵，在120℃水热反应0.5h，得到BNT籽晶。作为优选，步骤(2)具体步骤为：按照化学式Na0.5Bi0.5-xErxTiO3(BNT-Er)称量计量比的NaAc·3H2O、Bi2O3、TiO2、Er2O3放入上述水热釜中，添加去离子水配制成混合液，水热釜填充率小于75％，其中BNT-Er与BNT籽晶的质量比为40-50:1，加入NaOH形成过饱和溶液，在240℃水热反应8h，得到BNT-Er纳米纤维。进一步地，步骤(3)具体步骤为：将步骤3得到的含有BNT-Er纳米纤维的混合液调节pH值为14，加入聚丙烯酰胺，在180℃水热反应12h，得到纳米立方栅栏荧光材料BNT-Er。作为优选，步骤(1)～(3)中的反应釜的水热反应升温速率为10℃/min，水热反应结束后降温速率为20℃/min。有益效果：本专利技术中水热法反应温度低，属于稀薄相生长，有利于快速传质和反应完全，容易制备高纯度的荧光粉；同时，水热合成能够进行原子量级的掺杂，其反应条件易于调节，在特定反应条件下、引入籽晶、添加特定添加剂等控制荧光材料的晶体结构和形态，以获得增强的荧光性能。本专利技术通过三步水热反应过程自组装制备纳米立方栅栏铁电荧光材料，避免了传统固相法的高温煅烧，得到纳米立方栅栏荧光材料，呈现增强的荧光性能，有望在LED照明、上转换激光器、光催化等领域获得应用。附图说明图1水热法制备的Na0.5Bi0.49Er0.01TiO3(x＝0.01)的XRD图；图2水热法制备的Na0.5Bi0.49Er0.01TiO3(x＝0.01)的SEM图；图3水热法制备的Na0.5Bi0.49Er0.01TiO3(x＝0.01)的发射光谱。图4为对比例4制备的产品的SEM图。具体实施方式实施例1(1)按照化学计量比称量NaOH、Bi(NO3)3·5H2O、钛酸正丁酯，放入水热釜中配制成水溶液，加入十六烷基三甲基溴化铵2.5mg，在120℃水热反应0.5h，得到Na0.5Bi0.5TiO3(BNT)籽晶(目标产物Na0.5Bi0.5TiO3(BNT)籽晶的质量为50mg)。(2)按照化学式Na0.5Bi0.49Er0.01TiO3(BNT-Er)称量计量比的NaAc·3H2O、Bi2O3、TiO2、Er2O3，放入上述水热釜中添加去离子水配制成混合液，填充率小于75％，加入NaOH使其形成14M过饱和溶液，在240℃水热反应8h，得到目标产物Na0.5Bi0.49Er0.01TiO3(BNT-Er)纳米纤维的质量为2.25g。(3)将上述混合液调节pH值至14，加入聚丙烯酰胺115mg，在180℃水热反应12h，得到纳米立方栅栏荧光材料BNT-Er。上述水热反应过程升温速率都为10℃/min，水热反应结束后降温速率都为20℃/min。图1是水热法制备的Na0.5Bi0.49Er0.01TiO3的XRD图，呈现纯三方钙钛矿结构。图2是水热法制备的Na0.5Bi0.49Er0.01TiO3的SEM图，由纳米纤维自组装形成立方栅栏状结构，这一特殊结构有利于增强荧光性能。图3是水热法制备的Na0.5Bi0.49Er0.01TiO3的荧光发射光谱，图3(a)是Na0.5Bi0.49Er0.01TiO3在455nm激发光激发下的下转换发射光谱，在红光区的688nm发射强的荧光峰，对应于4F9/2能级到4I15/2能级的跃迁；在绿光区的550nm发射微弱的荧光峰。图3(b)是Na0.5Bi0.49Er0.01TiO3在800nm激发光激发下的上转换发射光谱，在绿光区的550nm发射强的荧光峰，对应于4S3/2能级到4I15/2能级的跃迁。水热法制备的纳米立方栅栏荧光材料Na0.5Bi0.49Er0.01TiO3呈现增强的荧光性能，有望在LED照明、上转换激光器、光催化等领域获得应用。实施例2(1)按照化学计量比称量NaOH、Bi(NO3)3·5H2O、钛酸正丁酯，放入水热釜中配制成水溶液，加入十六烷基三甲基溴化铵2.5mg，在120℃水热反应0.5h，得到Na0.5Bi0.5TiO3(BNT)籽晶(目标产物Na0.5Bi0.5TiO3(BNT)籽晶的质量为50mg)。(2)按照化学式Na0.5Bi0.47Er0.03TiO3(BNT-Er)称量计量比的NaAc·3H2O、Bi2O3、TiO2、Er2O3，放入上述水热釜中添加去离子水配制成混合液，填充率小于75％，加入NaOH使其形成14M过饱和溶液，在240℃水热反应8h，得到目标产物Na0.5Bi0.47Er0.03TiO3(BNT-Er)纳米纤维的质量为2.00g。(3)将上述混合液调节pH值至14，加入聚丙烯酰胺115mg，在180℃水热反应12h，得到纳米立方栅栏荧光材料BNT-Er。上述水热反应过程升温速率都为10℃/min，水热反应结束后降温速率都为20℃/min。实施例3(1)按照化学计量比称量NaOH、Bi(NO3)3·5H2O、钛酸正丁酯，放入水热釜中配制成水溶液，加入十六烷基三甲基溴化铵2.5mg，在120℃水热反应0.5h，得到Na0.5Bi0.5TiO3(BNT)籽晶(目标产物Na0.5Bi0.5TiO3(BNT)籽晶的质量为50mg)。(2)按照化学式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米立方栅栏荧光材料的自组装制备方法，其特征在于：包括三步水热反应过程：(1)将原料加入水热釜中，在低温超临界条件下形成Na0.5Bi0.5TiO3(BNT)籽晶；(2)步骤(1)反应完成后，将原料放入水热釜中，在高温超临界条件下生长纳米纤维Na0.5Bi0.5‑xErxTiO3(BNT‑Er)；(3)步骤(2)反应完成后，调节水热釜中反应体系的pH为碱性，加入添加剂，在中温超临界条件下自组装制备纳米立方栅栏荧光材料BNT‑Er，其中BNT‑Er化学式为Na0.5Bi0.5‑xErxTiO3，x＝0‑0.05。

【技术特征摘要】
1.一种纳米立方栅栏荧光材料的自组装制备方法，其特征在于：包括三步水热反应过程：(1)将原料加入水热釜中，在低温超临界条件下形成Na0.5Bi0.5TiO3(BNT)籽晶；(2)步骤(1)反应完成后，将原料放入水热釜中，在高温超临界条件下生长纳米纤维Na0.5Bi0.5-xErxTiO3(BNT-Er)；(3)步骤(2)反应完成后，调节水热釜中反应体系的pH为碱性，加入添加剂，在中温超临界条件下自组装制备纳米立方栅栏荧光材料BNT-Er，其中BNT-Er化学式为Na0.5Bi0.5-xErxTiO3，x＝0-0.05。2.根据权利要求1所述的纳米立方栅栏荧光材料的自组装制备方法，其特征在于：步骤(1)具体步骤为：按照化学计量比称量NaOH、Bi(NO3)3·5H2O、钛酸正丁酯，放入水热釜中配制成水溶液，加入十六烷基三甲基溴化铵，在120℃水热反应0.5h，得到BNT籽晶。3.根据权利要求1或2所述的纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：施静，方必军，孙建建，张震乾，陈智慧，丁建宁，
申请(专利权)人：常州大学，常州信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32