[發明專利]Nafion聚合物基Er3+/Yb3+共摻雜氟化鈣納米晶復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810175260.0
• 申請日: 2018-03-02
• 公開（公告）號: CN108359115B
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 宋立美;高建華
• 申請（專利權）人: 西安文理學院
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08J5/22;C08L51/00;C08K9/02;C08K3/16
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 韓曉娟

本發明公開了一種Nafion聚合物基Er³⁺/Yb³⁺共摻雜氟化鈣納米晶復合材料及其制備方法，按以下步驟進行：制備Nafion濃縮液；制備Er³⁺/Yb³⁺共摻雜氟化鈣納米晶；制備Nafion聚合物基Er³⁺/Yb³⁺共摻雜氟化鈣納米晶復合材料。本發明采用二步法合成近紅外發光性強的Er³⁺/Yb³⁺共摻雜氟化鈣納米晶與Nafion的復合材料，制備出的復合材料膜均勻、透明，復合材料中納米晶的晶相結構為立方晶相，為單一相晶體，且納米晶粒度均勻、分散性好，沒有明顯的團聚現象。本發明的制備方法簡單，易于放大，可控性好，產品性能優異，具有廣闊的市場前景。

技術領域

本發明屬于復合材料制備技術領域，具體涉及一種Nafion聚合物基 Er³⁺/Yb³⁺共摻雜氟化鈣納米晶復合材料及其制備方法。

背景技術

近年來，Er³⁺摻雜的材料在近紅外放大器集成平面光電路和光通信材料方面引起了廣泛的研究和應用。但是，配位體和溶劑分子所含的C-H和O-H鍵會猝滅Er³⁺的發光，使得Er³⁺的發光強度降低和激發態壽命縮短。另外，發光的效率會受到相鄰的激活離子間距和激活離子的吸收截面的影響。當稀土摻雜量比例大時，離子間距就會減小，這會導致相鄰激活離子間出現交叉持豫現象，從而導致濃度猝滅效應。為了減少濃度猝滅效應，可以通過加入敏化劑改變激活離子的吸收截面，其發光效率就會提高。

Yb³⁺是一種很有效的敏化離子，因Er³⁺吸收截面遠小于Yb³⁺的吸收截面，而Er³⁺的的第一激發態的吸收能量剛好與Yb³⁺的激發光譜(980nm)相同，則 Yb³⁺吸收能量后，可以有效的傳遞給Er³⁺。所以在添加Yb³⁺的情況下，Er³⁺的發光強度可顯著提高。氟化物具有良好的光學均勻性和熱穩定性，光學透明度高，容易實現各種不同價態離子的摻雜，因此將Er³⁺和Yb³⁺離子共摻雜到氟化物納米材料中可以很大程度優化Er³⁺的發光性能。為了增強合成納米材料的機械強度并減少C-H和O-H鍵對Er³⁺發光的猝滅，可以將其摻雜到全氟聚合物中。Nafion是一種全氟磺酸離子交換聚合物，由于聚合物由憎水性的碳氟高分子主鏈和親水性的烷基磺酸根側鏈組成，在水溶液中主鏈的憎水性使高分子長鏈遠離水溶液，而磺酸根基團的親水性則使側鏈伸入到水溶液中。此外，Nafion 膜還具備較強的熱穩定性以及化學機械強度。本發明采用Nafion作為包覆劑和基質，通過磺酸基團與金屬離子配位修飾納米粒子從而實現納米粒子與Nafion 聚合物的復合，制備出均勻的近紅外發光復合膜材料，該材料可望應用于摻鉺的光波導放大器中。

發明內容

本發明提供了一種Nafion聚合物基Er³⁺/Yb³⁺共摻雜氟化鈣納米晶復合材料及其制備方法，解決了現有技術中納米晶與全氟聚合物的相容性問題，以及 Er³⁺摻雜的聚合物材料中配位體和溶劑分子所含的C-H和O-H鍵會猝滅Er³⁺的發光，使得Er³⁺的發光強度降低和激發態壽命縮短的問題，還解決了Er³⁺在 980nm吸收截面小、摻雜量比例大時容易導致濃度猝滅效應的問題。

本發明的第一個目的是提供一種Nafion聚合物基Er³⁺/Yb³⁺共摻雜氟化鈣納米晶復合材料的制備方法，包括以下步驟：