[發明專利]一種稀土鈰摻雜納米纖維狀氧化鋁發光材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310057074.4
• 申請日: 2013-02-22
• 公開（公告）號: CN103131411A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 宋家慶;徐向宇;劉玉欣;李振虎
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C09K11/64
• 分類號: C09K11/64
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 張水俤

技術領域

本發明屬于納米材料制備技術領域，特別提供了一種稀土鈰摻雜的納米纖維狀氧化鋁發光材料及其制備方法。

背景技術

稀土金屬離子具有豐富的能級，具有一般元素無法比擬的光譜學性質，能提供從紫外到紅外波段的所有波長的發光，在照明、固體激光器、顯示顯像等領域有重要的應用。在眾多的稀土離子中，三價的鈰離子常用作激活劑，由于有5s，5p殼層的屏蔽，4f電子從基態向激發態躍遷時受溫度、晶體場和基體材料的影響很小，因此具有豐富的電子能級和長壽態的激發態，且Ce³⁺離子的發光光譜中存在4f-5d躍遷產生的帶狀發射。

在稀土摻雜的熒光體系中，許多基質已被廣泛研究，但是由于受到溫度和濕度的影響，使基質的選擇受到了限制。氧化鋁作為優良的稀土摻雜的發光材料的基質，具有能帶間隙寬、機械強度好、化學穩定性高等優點，纖維狀氧化鋁則具有孔徑大，比表面積高及孔隙體積大等特點。纖維狀氧化鋁常通過焙燒纖維狀薄水鋁石獲得。

文獻International?Journal?of?Inorganic?Material3(2001)51(Effect?of?doping?elements?on?the?thermal?stability?of?transition?alumina)報道了采用溶膠凝膠法制備鈰摻雜的氧化鋁：(1)異丙醇鋁在80℃鹽酸體系攪拌的條件下水解，加入硝酸亞鈰；(2)在120℃下干燥膠凝12小時得到鈰摻雜的薄水鋁石；(3)于900℃下煅燒得稀土鈰摻雜的氧化鋁。

目前，涉及到稀土鈰摻雜的氧化鋁發光材料的制備方法中多采用溶膠凝膠法，該法需要加入表面活性劑，不僅使制備方法及后續處理變得復雜，并且其原料成本提高。采用無表面活性劑水熱法制備稀土鈰摻雜的納米纖維狀氧化鋁未見報道。

發明內容

為解決上述存在的問題，本發明提供了一種稀土鈰摻雜納米纖維狀氧化鋁發光材料及其制備方法。本發明在無表面活性劑的條件下，采取水熱法制備稀土鈰摻雜的納米纖維狀薄水鋁石中間產物，經煅燒分解處理得到稀土鈰摻雜的氧化鋁納米纖維發光材料。

本發明制備的稀土鈰摻雜納米纖維狀氧化鋁發光材料，其以氧化鋁為基質，稀土離子鈰作為發光材料的激活劑；該材料稀土氧化鈰的含量為0.01-4wt%，纖維的直徑為3-20nm，長度為50-200nm，長徑比為10-20；當激發波長為370nm時，該材料在484nm處出現特征輻射。

本發明的制備方法一：

1)制備濃度為0.1-0.8mol/L的可溶性鋁鹽溶液20-50mL，然后加入硝酸亞鈰，硝酸亞鈰與鋁離子的摩爾比為0.01-0.2，優選0.02-0.1；

2)將氫氧化鈉與氫氧化鋁混合，然后加水至共100g，60-180℃反應4-20h制得偏鋁酸鈉溶液，氫氧化鋁質量為6-12g，Na/Al摩爾比為2-10，優選3-8；

3)將步驟2）制得的溶液滴加到步驟1）的混合溶液中，得到的懸浮液的pH值控制在7-10；然后轉移至高壓反應釜中，在100-200℃，優選100-160℃溫度下反應6-48h，優選反應10-36h；

4)反應完成后將反應釜冷卻至室溫，得到的白色沉淀物離心洗滌，60-100℃干燥得到稀土鈰摻雜的納米纖維狀薄水鋁石；然后在500-1300℃，優選500-1000℃下焙燒2-4h即得到稀土鈰摻雜納米纖維狀氧化鋁發光材料。

本發明的制備方法二：將方法一中步驟2)的偏鋁酸鈉溶液替換為3-10mol/L的氫氧化鈉溶液，其余反應條件同方法一。

本發明的制備方法三：

1)制備濃度為0.1-0.8mol/L的可溶性鋁鹽溶液20-50mL；

2)將氫氧化鈉與氫氧化鋁混合，然后加水至共100g，60-180℃反應4-20h制得偏鋁酸鈉溶液，氫氧化鋁質量為6-12g，Na/Al摩爾比為2-10，優選3-8；

3)將步驟2）制得的溶液滴加到步驟1）的混合溶液中，得到的懸浮液的pH值控制在7-10；然后轉移至高壓反應釜中，在100-200℃，優選100-160℃溫度下反應6-48h，優選反應10-36h；

4)反應完成后將反應釜冷卻至室溫，得到的白色沉淀物離心洗滌，然后加水分散，同時加入硝酸亞鈰，硝酸亞鈰與鋁離子的摩爾比為0.01-0.2，優選0.02-0.1，30-60℃攪拌6-20h后離心，60-100℃干燥得到稀土鈰摻雜的納米纖維狀薄水鋁石；然后在500-1300℃，優選500-1000℃下焙燒2-4h即得到稀土鈰摻雜納米纖維狀氧化鋁發光材料。