一种基于静电纺丝法的立方焦绿石相纳米纤维制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种基于静电纺丝法的立方焦绿石相纳米纤维制备方法及其应用，以二甲基甲酰胺为溶剂，并加入适量聚乙烯吡咯烷酮，在静电场下液滴形成泰勒锥，在液体表面张力和电场作用力下利用静电纺丝法制备得到一维的纳米材料，随后经升温、保温、和降温过程，除去有机物残留，制备获得立方焦绿石相一维纳米材料。避免了其它稀土离子的掺杂工艺以及传统的双掺杂或者多掺杂过程，制备方法简单易行，重复性好，可满足批量化生产要求。所涉及到的绿色上转换发光基体为氧化物，化学稳定性好，无毒且价格低廉容易满足工业化生产的需求。制备的一维纯焦绿石相的纳米材料有望在显示、防伪、生物探测、红外传感器、太阳能光伏器件等领域发挥重要的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于静电纺丝法的立方焦绿石相纳米纤维制备方法及其应用
本专利技术属于稀土三元Bi2Ti2O7：Er化合物一维纳米材料制备以及发光
，具体涉及一种基于静电纺丝法的立方焦绿石相纳米纤维制备方法及其应用。
技术介绍
上转换发光材料是一种能将肉眼看不见的红外光变成可见光的新型光学功能材料，也称多光子材料。其在防伪领域、显示领域、生物检测、成像以及疾病光热治疗等领域均有非常重要的应用价值。目前主要的上转换发光材料按基质可分为稀土氟化物(以NaYF4等为代表)、稀土卤氧化物(以YOCl3等为代表)、稀土硫氧化物(以La2O2S、Y2O2S等为代表)、稀土氧化物和复合氧化物(以Y2O3等为代表)。其中稀土掺杂的氟化物上转换发光材料由于具有声子能量小，非辐射弛豫小而受到广泛的研究。其中六方相的NaYF4基体材料由于较高的发光效率，成为稀土氟化物中研究最多的一种化合物，但是，必须通过双稀土元素的掺杂以及多稀土元素的掺杂来实现上转化的红光、绿光、蓝光等可见光激发。Bi2Ti2O7：Er三元化合物为立方焦绿石结构，属于Fd-3m(227)空间点群，晶格常数为a＝10.359埃。到目前为止，关于Bi2Ti2O7基体报道的主要包括以下方面：从应用的角度而言，Bi2Ti2O7材料可以作为一种光催化剂；它同时具有很高的介电常数，也适合在动态随机存取存储器(DRAM)中作存储媒体；对于其光学性能研究，目前的报道相对较少。但目前为止还没有对以Bi2Ti2O7为基体通过单一稀土掺杂研究其上转换性能的报道。氧化物具有化学稳定性好，机械强度高，无毒性等优点。因此，相对于氟化物体系来说，氧化物的应用领域更加广泛。因此研究以氧化物为基体的上转换材料是十分有必要的。同时由于一维纳米材料结构有大的比表面积和特殊的一维结构，满足光子沿着一维方向传输，避免了杂乱界面对于光子的散射，有利于获得更好的发光性能。从制备工艺而言，对于Bi2Ti2O7材料主要集中在溶胶-凝胶方法，水热法，固相反应法，各种沉积方法(比如激光脉冲沉积法等)；通过静电纺丝方法获得一维Bi2Ti2O7纳米纤维是一个较大的挑战。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于静电纺丝法的焦绿石相Bi2Ti2O7：Er纳米纤维制备方法及上转换发光，通过静电纺丝的方法获得一维的纳米材料前驱物。通过后续的热处理获得纯的立方焦绿石相Bi2Ti2O7：Er三元化合物，首次获得了在没有其他稀土元素作为敏化剂掺杂并以氧化物为基体的情况下具有肉眼可以观察到的上转化的绿色发光。本专利技术采用以下技术方案：一种基于静电纺丝法的立方焦绿石相纳米纤维制备方法，其特征在于，以二甲基甲酰胺为溶剂，加入聚乙烯吡咯烷酮制成静电纺丝前驱液，在静电场下液滴形成泰勒锥，利用静电纺丝法制备得到一维的纳米材料，随后经升温、保温和降温除去有机物残留，制备得到立方焦绿石相Bi2Ti2O7：Er纳米材料。具体的，制备静电纺丝前驱液的步骤如下：S1、将乙酸与二甲基甲酰胺混合搅拌制成溶液A；S2、对步骤S1制备的溶液A进行搅拌并加入钛酸四丁酯制成溶液B；S3、对步骤S2制备的溶液B进行搅拌并加入硝酸铒制成溶液C；S4、向步骤S3制备的溶液C中加入硝酸铋制成溶液D；S5、向步骤S4制备的溶液D中加入聚乙烯吡咯烷酮搅拌配制成静电纺丝前驱液。进一步的，步骤S1中，乙酸与二甲基甲酰胺的质量比为(0.3～0.6)：1。进一步的，步骤S2中，溶液A与钛酸四丁酯的质量比为(1.5～2)：1。进一步的，步骤S3中，溶液B与硝酸珥的质量比为(14～32)：1。进一步的，步骤S4中，溶液C与硝酸铋的质量比为(15～34)：1。进一步的，步骤S5中，加入质量分数5～20％的聚乙烯吡咯烷酮。具体的，施加18～25千伏高压电，控制微量流量进动器的速率为10～20μl/m，将静电纺丝前驱液喷射到收集器上。具体的，去有机物残留具体为：升温速率为4～10℃/min，退火处理温度为600～800℃，处理时间为1～3小时，随后自然冷却到室温。基于静电纺丝法的立方焦绿石相纳米纤维制备方法制备的焦绿石相Bi2Ti2O7：Er纳米材料在上转换绿色发光纳米材料的应用，所述上转换绿色发光纳米材料适用于显示器件、防伪器件、生物探测器件、红外传感器以及太阳能光伏器件。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种静电纺丝法制备焦绿石相Bi2Ti2O7：Er纳米材料的方法，以二甲基甲酰胺DMF为溶剂，并加入适量聚乙烯吡咯烷酮PVP，在静电场下液滴形成泰勒锥，在液体表面张力和电场作用力下利用静电纺丝法制备得到一维的纳米材料，随后经升温、保温、和降温后，除掉有机物质后制备获得纯立方焦绿石相Bi2Ti2O7：Er一维纳米材料，并且在近红外激发下实现了可见光发光，是一种新型的单掺杂上转换发光纳米纤维。进一步的，为了满足工业化生产的要求，采用乙酸和DMF为溶剂，乙酸可以抑制钛源的水解，以DMF为溶剂可以使溶质充分混合，达到精确控制化学计量比的目的，并获得溶液A；将一定量的钛酸四丁酯加入到溶液A中并使其充分溶解，目的是引入钛源，获得溶液B；将定量的硝酸铒加入到溶液B中并充分搅拌，目的是引入铒源，使其与钛酸四丁酯达到原子级别的混合，并获得溶液C；将定量的硝酸铋加入到溶液C中充分搅拌，目的是引入铋源，并获得溶液D；加入适量的PVP，以增加溶液的黏度，建立进行静电纺丝的基础。进一步的，施加高压电源，目的是在针头处形成泰勒锥。进一步的，将收集器上的纳米线进行退火处理，目的是获得高结晶性的焦绿石相Bi2Ti2O7：Er纳米材料。本专利技术还公开了一种上转换绿色发光纳米材料，绿色上转换发光不用任何敏化剂即可获得，有望在显示、防伪、生物探测、免疫分析、太阳能光伏器件制备等领域发挥重要的作用。综上所述，本专利技术制备方法简单易行，重复性好，可满足批量化生产要求，避免了其它稀土离子的掺杂工艺，简化了传统的双掺杂或者多掺杂过程。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术实施例1合成的Bi2Ti2O7：Er纳米材料的扫描电子显微图像(SEM)；图2为本专利技术实施例2合成的Bi2Ti2O7：Er的纳米材料的上转换发光性能图；图3为本专利技术实施例3合成的Bi2Ti2O7：Er的纳米材料的X射线衍射谱；图4为本专利技术实施例4合成的Bi2Ti2O7：Er的纳米材料的X射线衍射谱；图5为本专利技术实施例5合成的Bi2Ti2O7：Er的纳米材料的X射线衍射谱。具体实施方式本专利技术提供了一种基于静电纺丝法的立方焦绿石相纳米纤维制备方法及其应用，以二甲基甲酰胺DMF为溶剂，并加入适量PVP，通过在静电场下，液滴形成泰勒锥，在液体的表面张力和电场的作用力下获得一维的纳米材料，随后经过升温、保温、和降温三个阶段，获得具有结晶性能良好的纯立方焦绿石相Bi2Ti2O7：Er一维纳米材料。通过近红外光源的激发(比如980纳米)，首次获得了在没有其他稀土元素掺杂及以氧化物为基体的情况下具有肉眼可以观察到的上转化的绿色发光。本专利技术一种基于静电纺丝法的立方焦绿石相纳米纤维制备方法，包括以下步骤：S1、将DMF与乙酸按照1:(0.3～0.6)的质量比混合并搅拌，即获得溶液A；S2、在不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于静电纺丝法的立方焦绿石相纳米纤维制备方法，其特征在于，以二甲基甲酰胺为溶剂，加入聚乙烯吡咯烷酮制成静电纺丝前驱液，在静电场下液滴形成泰勒锥，利用静电纺丝法制备得到一维的纳米材料，随后经升温、保温和降温除去有机物残留，制备得到立方焦绿石相Bi2Ti2O7：Er纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于静电纺丝法的立方焦绿石相纳米纤维制备方法，其特征在于，以二甲基甲酰胺为溶剂，加入聚乙烯吡咯烷酮制成静电纺丝前驱液，在静电场下液滴形成泰勒锥，利用静电纺丝法制备得到一维的纳米材料，随后经升温、保温和降温除去有机物残留，制备得到立方焦绿石相Bi2Ti2O7：Er纳米材料。2.根据权利要求1所述的基于静电纺丝法的立方焦绿石相纳米纤维制备方法，其特征在于，制备静电纺丝前驱液的步骤如下：S1、将乙酸与二甲基甲酰胺混合搅拌制成溶液A；S2、对步骤S1制备的溶液A进行搅拌并加入钛酸四丁酯制成溶液B；S3、对步骤S2制备的溶液B进行搅拌并加入硝酸铒制成溶液C；S4、向步骤S3制备的溶液C中加入硝酸铋制成溶液D；S5、向步骤S4制备的溶液D中加入聚乙烯吡咯烷酮搅拌配制成静电纺丝前驱液。3.根据权利要求2所述的基于静电纺丝法的立方焦绿石相纳米纤维制备方法，其特征在于，步骤S1中，乙酸与二甲基甲酰胺的质量比为(0.3～0.6)：1。4.根据权利要求2所述的基于静电纺丝法的立方焦绿石相纳米纤维制备方法，其特征在于，步骤S2中，溶液A与钛酸四丁酯的质量比为(1.5～2)：1。5.根据权利要求2所述的基于静电纺丝法...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛万银，徐美美，焦思怡，常哲，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61