一种氮化硼纳米颗粒光致发光荧光材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种氮化硼纳米颗粒光致发光荧光材料及其高产率制备方法。制备方法是以硼酸和氯化铵为反应物，氯化钾或/和金属氧化物为助剂，氮气为载气，在800～1000℃温度下煅烧2～8小时，产品经盐酸或/和水洗涤，60℃干燥得到白色粉末状氮化硼；通过煅烧过程升温、气速调控以及反应器内干燥剂引入等工艺条件控制，实现氮化硼产率有效提高。该方法制得材料为纳米级的粒度均匀球形氮化硼颗粒，具备特殊光致发光荧光性、高比表面积、高zeta电势、良好水分散稳定性。本发明专利技术提供了一种制备工艺简单，成本低廉，产率高、易于实现批量生产的方法，此氮化硼纳米颗粒光致发光材料在医学、功能材料、光探测器等领域具有潜在的应用价值。光探测器等领域具有潜在的应用价值。光探测器等领域具有潜在的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化硼纳米颗粒光致发光荧光材料的制备方法


[0001]本专利技术属于无机纳米材料领域，涉及一种氮化硼纳米颗粒光致发光荧光材料的制备方法。

技术介绍

[0002]氮化硼由于具有良好的导热性、耐氧化性，耐高温性和高机械强度等优点而备受关注。氮化硼在复合陶瓷材料、导热填料、抗磨润滑剂等领域得到了广泛应用。氮化硼作为宽禁带半导体，能带间隙约为5.5eV，其紫外和红外吸收的特殊光学性质有利于在光探测器方面的应用。近年来，六方氮化硼作为一种类石墨的层状结构材料，，因其荧光特性而在医学领域的潜在应用研究成为热点，且具有实际应用意义。
[0003]六方氮化硼的光致发光荧光性能研究相继已有报道，主要包括一维氮化硼纳米线和纳米管、二维氮化硼纳米片的荧光性能研究，近期有关具有荧光性能的氮化硼量子点也有报道。一维和二维氮化硼材料在300
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400nm和600
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700nm范围内均有光致发光发射峰，而零维量子点仅在300
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400nm内有一个发射光。事实上，相比于尺寸较大的一维、二维材料，在医用领域应用中，分散性好的小尺寸氮化硼纳米颗粒更为有效。已报道的氮化硼量子点是通过氮化硼纳米片的溶剂超声剥离得到，存在产量不高的问题。继续探索具有荧光性能的氮化硼纳米颗粒的高产量合成方法是有十分价值的。
[0004]氮化硼的制备方法有化学气相沉积法、高温热解法、机械球磨法、脉冲激光法等。其中高温热解法是简单方便的常用方法。针对现有方法存在产量不高问题，以及特异光致发光氮化硼纳米颗粒的获得，本专利技术通过高温热解法的工艺条件探究和优化，可直接制备得到氮化硼球形纳米颗粒，提高氮化硼的产率。目的是开发一种粒度小且均一、高比表面、分散稳定性好、产量高、具备优异荧光特性的氮化硼材料。

技术实现思路

[0005]为提高氮化硼的产率以及获得特异光致发光氮化硼纳米颗粒材料，本专利技术提供了一种氮化硼纳米颗粒光致发光荧光材料的制备方法。
[0006]为了实现上述目标，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种氮化硼纳米颗粒光致发光材料及其高产率制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将硼酸、氯化铵和助剂混合后，惰性气体保护下，程序升温进行高温煅烧反应，反应一定时间后，自然降温至室温，取出固体产物，用酸浸泡、过滤、水洗涤、干燥，得到白色氮化硼固体粉末，紫外光和近红外光激发下表征氮化硼水分散液的光致发光荧光特性。
[0008]硼酸和氯化铵的摩尔比例为1:2～1:6。
[0009]助剂为氯化钾或/和金属氧化物，金属氧化物为氧化钴、氧化铜、氧化锌、氧化镱、氧化铒、氧化铕以及其他常用的金属氧化物与稀土金属化合物中的一种或多种。
[0010]氯化钾和硼酸的摩尔比为2:1～5:1，金属氧化物和硼酸的摩尔比为0:1～2:1。
[0011]惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种。洗涤用的酸为稀盐酸、硝酸、硫酸中的一
种。
[0012]载气流速为40～100mL/min，达到设定的煅烧温度后，载气流速为0。
[0013]高温煅烧温度为800～1000℃，煅烧时间为2～8小时。
[0014]程序升温速度为3～5℃/min，在达到煅烧温度前，升温至110～160时保持温度恒定时间为30～60min。
[0015]反应器内的外围位置放置干燥剂，干燥剂为吸水性强的氯化钙、无水硫酸铜及其他常用干燥剂中的一种。
[0016]不同于其他零维氮化硼纳米材料，本专利技术所涉及的氮化硼纳米颗粒为粒度均一的球形颗粒，粒径为10～40nm，产率高(约为60％)、水分散稳定性好(zeta电势为
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30mV以上)，具备光致发光特性，可发射紫外光、可见光和近红外光。
[0017]本专利技术的有益效果是：不同于其他零维氮化硼纳米材料，本专利技术所涉及的氮化硼纳米颗粒为粒度均一的球形颗粒，粒径小，产率高，水分散稳定性好，具备优良的光致发光特性。本专利技术方法，工艺安全简单，成本低廉，所制得的氮化硼作为荧光发光材料在医学等领域具有潜在的市场应用价值。
附图说明：
[0018]图1为本专利技术实例制得氮化硼和Er
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氮化硼的SEM图；
[0019]图2为本专利技术实例制得氮化硼的XRD图；
[0020]图3为本专利技术实例制得氮化硼的光致发光PL图。
具体实施方式
[0021]下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。
[0022]实施例1
[0023]将硼酸(1.3908g)、氯化铵(4.9060g)和氯化钾(4.7510g)充分研磨混合，转移至瓷舟并放入管式炉的石英管内，在石英管的末端装填约4g无水氯化钙。程序升温速率为3℃/min，将预热温度设置为160℃，氮气气速为100mL/min加热至160℃后以氮气流速为80mL/min保持恒温50min，之后，关闭氮气，程序升温至950℃并恒温4h，停止加热，自然降温至室温，取出固体样品，用稀盐酸浸泡，用水多次洗涤至中性，于60℃干燥，得到白色产物即为六方氮化硼。
[0024]实施例2
[0025]将硼酸(1.3908g)、氯化铵(4.9060g)、氯化钾(4.7510g)和氧化钴(0.6345g)充分研磨混合，转移至瓷舟并放入管式炉的石英管内，在石英管的末端装填约4g无水氯化钙。程序升温速率为3℃/min，将预热温度设置为160℃，氮气气速为100mL/min加热至160℃后以氮气流速为80mL/min保持恒温50min，之后，关闭氮气，程序升温至950℃并恒温4h，停止加热，自然降温至室温，取出固体样品，用稀盐酸浸泡，用水多次洗涤至中性，于60℃干燥，得到白色产物即为六方氮化硼。
[0026]实施例3
[0027]将硼酸(0.927g)、氯化铵(3.210g)、氯化钾(3.130g)和氧化铒(0.0287g)充分研磨混合，转移至瓷舟并放入管式炉的石英管内，在石英管的末端装填约4g无水氯化钙。程序升
温速率为3℃/min，将预热温度设置为160℃，氮气气速为100mL/min加热至160℃后以氮气流速为80mL/min保持恒温50min，之后，关闭氮气，程序升温至950℃并恒温4h，停止加热，自然降温至室温，取出固体样品，用水多次洗涤至中性，于60℃干燥，得到白色产物即为六方氮化硼。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化硼纳米颗粒光致发光荧光材料的制备方法，其特征在于，制备方法如下：将硼酸、氯化铵和助剂混合后，惰性气体保护下，程序升温进行高温煅烧反应，反应一定时间后，自然降温至室温，取出固体产物，用酸浸泡、过滤、水洗涤、干燥，得到白色氮化硼固体粉末。2.一种氮化硼纳米颗粒光致发光荧光材料的制备方法，其特征在于，利用荧光光谱分析氮化硼纳米颗粒水分散体系的光致发光性质，激发光波长为紫外光和近红外光，表征氮化硼的发射光谱。3.按照权利要求1所述的一种氮化硼纳米颗粒光致发光荧光材料的制备方法，其特征在于，硼酸和氯化铵的摩尔比例为1:2～1:6。4.按照权利要求1所述的一种氮化硼纳米颗粒光致发光荧光材料的制备方法，其特征在于，助剂为氯化钾或/和金属氧化物，金属氧化物为氧化钴、氧化铜、氧化锌、氧化镱、氧化铒、氧化铕以及其他常用的金属氧化物与稀土金属化合物中的一种或多种。5.按照权利要求4所述的一种氮化硼纳米颗粒光致发光荧光材料的制备方法，其特征在于，氯化钾和硼酸的摩尔比为2:1～5:1，金属氧化物和硼酸的摩尔比为0:1～2:1。6.按照权利要求1所述的一种氮化硼纳米颗粒光致发光荧光材料的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂伟霞，宋涛，熊成佳，王晓冰，周丽娜，白小玉，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：