本发明专利技术涉及掺铕氧化钇＠二氧化硅豆角状纳米电缆的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明专利技术包括三个步骤：（１）配制纺丝液。稀土硝酸盐中加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ）、Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺（ＤＭＦ）和甘油的混合溶液（体积比５∶１），室温下磁力搅拌４～６ｈ，并静置２～３ｈ，即形成芯层纺丝液，其中质量百分比为：ＰＶＰ？９％，稀土硝酸盐８％，ＤＭＦ６５％，甘油１８％。将一定量的ＰＶＰ、无水乙醇和正硅酸乙酯混合液（体积比４∶１）混合，磁力搅拌３～６ｈ，并静置２～３ｈ，即形成壳层纺丝液，其中质量百分比为：ＰＶＰ？１２％，正硅酸乙酯２０％，乙醇６８％。（２）制备（ＰＶＰ＋稀土硝酸盐）＠（ＰＶＰ＋正硅酸乙酯）复合纳米电缆。采用同轴静电纺丝技术，参数为：同轴喷嘴的构成采用内喷针为截平后的１０＃不锈钢注射针（外径＝１．０ｍｍ，内径＝０．７ｍｍ），外喷针为１２＃不锈钢针头（外径＝１．４ｍｍ，内径＝１．２ｍｍ）。将两个喷针套好后固定，将配制好的壳层纺丝液置于同轴纺丝装置的外管中，内管中加入芯层纺丝液，调节内外喷嘴的间隙以保证外液顺利地流出。电压１２～１５ｋＶ，喷嘴到接收屏的固化距离１２～１５ｃｍ，室温１８～２２℃，相对湿度５０％～６５％。（３）制备Ｙ２Ｏ３＠ＳｉＯ２或Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ３＋＠ＳｉＯ２豆角状纳米电缆。对所获得的（ＰＶＰ＋稀土硝酸盐）＠（ＰＶＰ＋正硅酸乙酯）复合纳米电缆进行热处理，技术参数为：升温速率为１～２℃／ｍｉｎ，在８００℃保温１０～１５ｈ，之后随炉体自然冷却至室温，得到Ｙ２Ｏ３＠ＳｉＯ２或Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ３＋＠ＳｉＯ２豆角状纳米电缆。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米材料制备
，具体说涉及掺铕氧化钇@ 二氧化硅豆角状电缆的制备方法。
技术介绍
—维纳米结构材料的制备及性质研究是目前材料科学领域前沿热点之一。纳米电 缆(Nanocables)由于其独特的性能、丰富的科学内涵、广阔的应用前景以及在未来纳米结 构器件中占有的重要战略地位，近年来引起了人们的高度重视。同轴纳米电缆的研究起步 于90年代中期，2000年以后发展比较迅猛，到目前为止，人们采用不同的合成方法，不同种 类的物质已成功制备出了上百种同轴纳米电缆，如Fe/C、Zn/ZnO、C/C、SiC/C、SiGaN/SiOxNy 以及三层结构的Fe-C-BN和a-Si凡-Si-Si02等。根据纳米电缆芯层和鞘层材质不同可分 为以下几类半导体-绝缘体、半导体-半导体、绝缘体-绝缘体、高分子-金属、高分子-半 导体、高分子_高分子、金属_金属、半导体_金属等。在过去的十多年中，人们在原有制 备准一维纳米材料的基础上开发出许多制备同轴纳米电缆的方法，如水热法、溶胶-凝胶 法、基于纳米线法、气相生长法、模板法等。继续探索新的合成技术，不断发展和完善同轴纳 米电缆的制备科学，获得高质量的同轴纳米电缆，仍是目前同轴纳米电缆研究的主要方向。 稀土氧化物及稀土复合氧化物是重要的功能材料。例如，￥203是一种用途极广的 稀土材料，如用于激光晶体，微波吸收材料，荧光材料，优良光学特性的&03系透明陶瓷等。 ￥203:￡1!3+是性能优良的红色荧光材料，其发光效率高(量子效率约为100%，它的激发谱带 正好覆盖254nm水银线，发射光谱主要是611nm发射线)，光衰小，热稳定性和化学稳定性 好，并且具有良好的涂覆性能。纳米^03和^03:￡1!3+的制备与性质研究已有较多的报道， 包括纳米粒子、纳米管、纳米棒、纳米线和纳米纤维等，制备方法包括沉淀法、水热法、溶 胶_凝胶法、微乳液法、喷雾法及静电纺丝法等。对Y203和Y203: Eu3+等有序排列的纳米粒子 进行表面修饰，即以Si02对Y203和Y203:Eu3+等有序排列的纳米粒子进行表面修饰的Y203@ Si02和Y203:Eu3+@Si02等豆角状纳米电缆，改善其性能，目前鲜见报道。 专利号为1975504的美国专利公开了一项有关静电纺丝方法(electrospinning) 的技术方案，该方法是制备连续的、具有宏观长度的微纳米纤维的一种有效方法，由 Formhals于1934年首先提出。这一方法主要用来制备高分子纳米纤维，其特征是使带电 的高分子溶液或熔体在静电场中受静电力的牵引而由喷嘴喷出，投向对面的接收屏，从而 实现拉丝，然后在常温下溶剂蒸发，或者熔体冷却到常温而固化，得到微纳米纤维。近10年 来，在无机纤维制备
出现了采用静电纺丝方法制备无机化合物如氧化物纳米纤维 的技术方案，所述的氧化物包括Ti02、 Zr02、 Y203、 NiO、 Co304、 Mn203、 Mn304、 CuO、 Si02、 A1203、 V205、 ZnO、 Nb205、 Mo03等金属氧化物。将静电纺丝技术进行改进，采用同轴喷嘴，将纺丝溶 液分别注入到内管和外管中，当加高直流电压时，内外管中的溶液同时被电场力拉出来，固 化后形成同轴纳米电缆，该技术即是同轴静电纺丝技术。王策等用该技术制备了二氧化 硅@聚合物同轴纳米纤维(高等学校化学学报，2005，26(5) :985-987);董相廷等利用该技术制备了 Ti02@Si02亚微米同轴电缆(化学学报，2007，65(23) :2675-2679) ;Han et al 采用该技术制备了 PC (Shell)/PU (Core)复合纳米纤维(Polymer composites, 2006， 10 : 381-386)。目前，未见利用同轴静电纺丝技术制备豆角状纳米电缆的相关报道。本专利技术采 用同轴静电纺丝技术，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、正硅酸乙酯和无水乙醇的混合液为壳层 溶液，以硝酸钇(或+硝酸铕)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 、 N， N- 二甲基甲酰胺(DMF)和甘油 的混合溶液为芯层溶液，控制壳层和芯层溶液的粘度至关重要，在最佳的工艺条件下，获得 (g(PVP+正硅酸乙酯)复合纳米电缆，再经过高温处理后，得到 结构新颖的Y203@Si02或Y203:Eu3+@Si02豆角状纳米电缆。
技术实现思路
在
技术介绍
中的制备Y203和Y203:Eu3+纳米粒子、纳米管、纳米棒、纳米线及纳米纤 维的方法中，采用的是沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法、喷雾法及静电纺丝法等。技术背景中的使用同轴静电纺丝技术制备了无机物@无机物、无机物@高分子及高分子@ 高分子纳米电缆。未见使用同轴静电纺丝技术制备豆角状纳米电缆的报道。本专利技术使用同 轴静电纺丝技术制备了结构新颖的Y203@Si02和Y203:Eu3+@Si02等豆角状纳米电缆，以无定 型Si02为壳层，晶态Y203和Y203:Eu3+球为芯层，电缆直径约为200-240nm，内部球平均直径 约150-200nm，壳层厚度约为20_25nm，电缆长度> 300 y m。纳米电缆内部为球状结构，沿着 电缆长度方向有序排列，形貌均一。 本专利技术是这样实现的，首先制备出用于同轴静电纺丝技术的具有一定粘度的壳层 和芯层纺丝溶液，控制壳层和芯层溶液的粘度至关重要。应用同轴静电纺丝技术进行静电 纺丝，在最佳的工艺条件下，制备出(PVP+稀土硝酸盐)(g(PVP+正硅酸乙酯)复合纳米电 缆，再经过高温处理后得到结构新颖的Y203@Si02或Y203:Eu3+@Si02豆角状纳米电缆。 其步骤为 以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、正硅酸乙酯和无水乙醇的混合液为壳层溶液，以硝酸钇 (或+硝酸铕)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和甘油的混合溶液为芯 层溶液，获得(g(PVP+正硅酸乙酯)复合纳米电缆，再经过高 温处理后得到Y203@Si02或Y203:Eu3+@Si02豆角状纳米电缆。 (1)配制纺丝液 纺丝液中硅源使用的是正硅酸乙酯，高分子模板剂采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP，分 子量Mr二 1300000)。溶剂采用无水乙醇、N， N_ 二甲基甲酰胺(DMF)和甘油。稀土原料可 以直接使用稀土硝酸盐，即硝酸钇和硝酸铕，或稀土氧化物即氧化钇和氧化铕，用硝酸溶解 后蒸发除去多余的硝酸，得到稀土硝酸盐，再加入一定量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 、N， N- 二 甲基甲酰胺(DMF)和甘油的混合溶液(体积比5 : 1)，室温下磁力搅拌4 6h，并静置2 3h，即形成芯层纺丝液。芯层纺丝液中各物质的质量百分比为PVP 9%，稀土硝酸盐8%， DMF65X，甘油18%。将一定量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、无水乙醇和正硅酸乙酯混合液(体 积比4 : 1)混合，室温下磁力搅拌3 6h，并静置2 3h，即形成壳层纺丝液。壳层纺丝 液中各物质的质量百分比为PVP12%，乙醇68%，正硅酸乙酯20%。 (2)制备(PVP+稀土硝酸盐)@(PVP+正硅酸乙酯)复合纳米电缆 采用同轴静电纺丝技术，参数为同轴喷嘴的构成采用内喷针为截平后的10#不锈钢注射针(外径=1.本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备掺铕氧化钇＠二氧化硅豆角状纳米电缆的方法，其特征在于，使用同轴静电纺丝技术，采用同一种高分子为模板剂，壳层纺丝液和芯层纺丝液为不互溶的两种纺丝液，制备产物为掺铕氧化钇＠二氧化硅豆角状纳米电缆，其步骤为： （１）配制纺丝液硅源使用正硅酸乙酯，高分子模板剂采用分子量Ｍｒ＝１３０００００的聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ），溶剂选用无水乙醇、Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺（ＤＭＦ）和甘油，稀土原料可以直接使用稀土硝酸盐，或稀土氧化物，用硝酸溶解后蒸发除去多余的硝酸，得到稀土硝酸盐，在稀土硝酸盐中，加入一定量的ＰＶＰ、ＤＭＦ和甘油的混合溶液（体积比５∶１），室温下磁力搅拌４～６ｈ，并静置２～３ｈ，即形成芯层纺丝液，其中质量百分比为：ＰＶＰ９％，稀土硝酸盐８％，ＤＭＦ６５％，甘油１８％，将一定量的ＰＶＰ、无水乙醇和正硅酸乙酯混合液（体积比４∶１）混合，室温下磁力搅拌３～６ｈ，并静置２～３ｈ，即形成壳层纺丝液，其中质量百分比为：ＰＶＰ１２％，正硅酸乙酯２０％，乙醇６８％； （２）制备（ＰＶＰ＋稀土硝酸盐）＠（ＰＶＰ＋正硅酸乙酯）复合纳米电缆 采用同轴静电纺丝技术，参数为：同轴喷嘴的构成采用内喷针为截平后的１０＃不锈钢注射针（外径＝１．０ｍｍ，内径＝０．７ｍｍ），外喷针为１２＃不锈钢针头（外径＝１．４ｍｍ，内径＝１．２ｍｍ），将两个喷针套好后固定，将配制好的壳层纺丝液置于同轴纺丝装置的外管中，内管中加入芯层纺丝液，调节内外喷嘴的间隙以保证外液顺利地流出，电压１２～１５ｋＶ，喷嘴到接收屏的固化距离１２～１５ｃｍ，室温１８～２２℃，相对湿度５０％～６５％； （３）制备Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］＠ＳｉＯ↓［２］或Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］：Ｅｕ↑［３＋］＠ＳｉＯ↓［２］豆角状纳米电缆 对所获得的（ＰＶＰ＋稀土硝酸盐）＠（ＰＶＰ＋正硅酸乙酯）复合纳米电缆进行热处理，技术参数为：升温速率为１～２℃／ｍｉｎ，在８００℃保温１０～１５ｈ，之后随炉体自然冷却至室温，得到Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］＠ＳｉＯ↓［２］或Ｙ↓［２］Ｏ↓［３］：Ｅｕ↑［３＋］＠ＳｉＯ↓［２］豆角状纳米电缆。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王进贤，董相廷，张贺，刘桂霞，于文生，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]
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