專利名稱：鈮酸鈣摻鉍納米發(fā)光材料的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料的制備方法，具體地說是鈮酸鈣摻鉍納米粒子的合成方法。
背景技術(shù)：
目前納米技術(shù)已在生物、材料和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域獲得了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。它的基本涵義是在納米尺寸范圍(10—9-10—7)內(nèi)認(rèn)識(shí)和改造自然，通過直接操作和安排原子和分子創(chuàng)造新物質(zhì)。將納米技術(shù)運(yùn)用于發(fā)光領(lǐng)域而制得的納米發(fā)光材料，是介于宏觀和微觀之間的納米態(tài)發(fā)光物質(zhì)，它與常規(guī)的發(fā)光材料相比出現(xiàn)了許多新的發(fā)光特性。目前納米發(fā)光材料的微粒形貌可通過高分辨率電子顯微鏡等儀器直接觀察到。在各種各樣的形態(tài)中，有一維的棒狀、線狀、管狀和球狀等；二維的有片狀、盤狀、層狀和柱狀等；三維的有像花一樣的結(jié)構(gòu)和核殼結(jié)構(gòu)等，但大多數(shù)微粒為球形。它所具有的新穎結(jié)構(gòu)與獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，為它在各類新型功能材料的制備和新型器件的制作方面開辟了廣闊的應(yīng)用前景。鈮酸鈣摻雜系列納米發(fā)光材料已有報(bào)道，所合成的納米粒子都是球形或近球形，而且發(fā)光強(qiáng)度不高。棒狀形貌的鈮酸^摻雜系列納米發(fā)光材料還未見報(bào)道。 發(fā)明具有新功能的納米發(fā)光材料，對(duì)推動(dòng)科學(xué)研究的進(jìn)步具有極其重要的意義。
現(xiàn)有技術(shù)鈮酸鈣摻鉍納米發(fā)光材料合成方法的缺點(diǎn)是 1、用CaC03和Nb205高溫熔融法合成的納米粒子，溫度高，耗能大。 2、用NbCl5和CH3CH20H合成的產(chǎn)物不純，有副反應(yīng)。 因此發(fā)明一種新的鈮酸鈣摻鉍納米發(fā)光材料的合成方法是十分必要的。本發(fā)明在摻雜鉍離子的情況下，使該類材料的發(fā)光強(qiáng)度明顯提高，在315nm紫外光的激發(fā)下，該材料發(fā)出強(qiáng)白光，使其在熒光粉及各種顯示領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。在KC1共摻的情況下，合成了具有特殊形貌的棒狀納米粒子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備具有不同形貌的鈮酸鈣摻鉍納米發(fā)光材料的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 鈮酸鈣摻鉍納米發(fā)光材料的合成方法，包括如下步驟 (1)取1重量份的五氧化二鈮置入濃度30%的重量2份的氫氟酸溶液中，制得氟化鈮溶液； (2)向上述溶液中加入濃度10%的氨水10重量份，制得水合五氧化二鈮；用砂芯漏斗將沉淀過濾，醇洗、水洗3次； (3)將分離出的水合五氧化二鈮溶解在重量比濃度30%的檸檬酸溶液10重量份中； (4)向上述溶液中加入乙酸鈣1重量份，氯化鉀0.02重量份，聚乙烯吡咯烷酮0. 01重量份，制得Ca-CA(CA為檸檬酸)； (5)將上述物質(zhì)放入75t:水浴中加熱90分鐘，制得Nb-CA溶膠，加熱蒸發(fā)水后變
3為凝膠； (6)將步驟(5)制得的物質(zhì)置于馬弗爐中，80(TC條件下煅燒30分鐘，制得直徑 50nm，長度200nm-300nm的蓬松棒狀納米粒子。 納米發(fā)光材料的微粒形貌很多，有一維的棒狀、線狀、管狀和球狀等；二維的有片 狀、盤狀、層狀和柱狀等；三維的有像花一樣的結(jié)構(gòu)和核殼結(jié)構(gòu)等，但大多數(shù)微粒為球形或 近球形。為了得到具有不同形貌且發(fā)光性能良好的納米粒子，我們分別加入了聚乙烯吡咯 烷酮表面活性劑或KC1或增加檸檬酸的量，來控制微粒的形貌和尺寸。KC1的加入有助于棒 狀納米粒子的生長，生長成的納米棒卻降低了 nanO-CaNb206:Bi3+的發(fā)光效率。
本發(fā)明具有不同形貌的鈮酸鈣摻鉍納米發(fā)光材料通過以下方法制得以氫氟酸為 溶劑，在75t:的水浴中溶解五氧化二鈮為氟化鈮，再加入氨水，轉(zhuǎn)化為水合五氧化二鈮。水 合五氧化二鈮溶解在檸檬酸中，再加入乙酸鈣、氯化鉀或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，75t:水浴 中加熱蒸發(fā)，形成溶膠凝膠，然后置于馬弗爐中于80(TC煅燒30分鐘，即得到蓬松海綿狀的 納米粒子。 本發(fā)明在制備納米CaNb20e:Bi"時(shí)我們選用氫氟酸為溶劑，將難溶的五氧化二鈮 溶解為可溶性的五氟化鈮，此時(shí)氫氟酸不僅僅起到溶劑的作用，還是一種氟化劑，解決了五 氟化二鈮的難溶性問題。 本發(fā)明使用了一種性能優(yōu)越的表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮，使納米粒子能夠很好 的分散開來。 本發(fā)明納米CaNb20e:Bi"制備時(shí)，我們按照檸檬酸和氟化鈮的物質(zhì)的量之比分別 為3 : l和4 : l的比例進(jìn)行投料，以保證水合五氧化二鈮充分溶解以利于形成溶膠凝膠。
本發(fā)明方法制備納米CaNb20e:Bi"由于實(shí)驗(yàn)是在水浴中進(jìn)行的，所以能保證溫度 的穩(wěn)定性。 本發(fā)明方法加入KC1增加了溶液的極性環(huán)境，促使晶體往長方向生長。本發(fā)明制 得的CaNb20e:Bi"納米發(fā)光材料形貌有多種。在檸檬酸和氟化鈮物質(zhì)的量之比為3 : 1， 且表面活性劑存在的情況下制得的納米粒子呈球形，形態(tài)和尺寸均勻，平均粒徑在40nm左 右；在增加檸檬酸的比例(檸檬酸和氟化鈮物質(zhì)的量之比為4 : l)，且無表面活性劑存在 的情況下制得的納米粒子像花一樣聚集在一起；在檸檬酸和氟化鈮物質(zhì)的量之比為3 : 1， 且加入KC1的情況下制得的納米粒子呈棒狀，其直徑在50nm，長度在200-300nm。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
1、反應(yīng)溫度低，耗能小。
2、反應(yīng)產(chǎn)物純度高，無副反應(yīng)。


圖1為本發(fā)明加入表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮、檸檬酸和氟化鈮的比例3 : l時(shí) 合成的鈮酸鈣摻鉍納米粒子的透射電子顯微鏡(TEM)照片。從該圖中可以看出該納米粒子 形貌和尺寸均一，且具有很好的分散性，平均尺寸40nm。 圖2為本發(fā)明未加表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮、但增加檸檬酸的比例時(shí)合成的 鈮酸鈣摻鉍納米粒子的低倍透射電子顯微鏡(TEM)照片。從該圖中可以看出合成得到的 CaNb206:Bi3+納米粒子像花一樣聚集在一起。
圖3是本發(fā)明未加表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮、但增加檸檬酸的比例時(shí)合成的鈮 酸鈣摻鉍納米粒子的高倍透射電子顯微鏡(TEM)照片。從該圖中可以更清晰地看出合成得 到的CaNb206:Bi3+納米粒子像花一樣聚集在一起。 圖4是本發(fā)明中在未加入表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮但加入KC1、檸檬酸和氟化 鈮的比例是3 : l時(shí)合成的鈮酸鈣摻鉍納米粒子的透射電子顯微鏡(TEM)照片。從該圖可 以看出納米粒子形如棒狀，直徑在50nm，長度在200-300nm。 圖5是本發(fā)明發(fā)射波長在463nm時(shí)的激發(fā)光譜。從該圖可以看出該材料在315nm 附近有強(qiáng)吸收。 圖6是本發(fā)明在315nm紫外光激發(fā)下的發(fā)射光譜。從該圖可以看出，在315nm紫 外光激發(fā)下，該納米材料在350-650nm范圍有發(fā)射，由此可知所合成的納米材料在此條件 下發(fā)出白光。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面通過實(shí)例來詳細(xì)說明發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，但本發(fā)明并
不局限于此。
實(shí)施例1 : 稱取Nb205 (0. 7177g， 2. 7mmo1)，加入6mlHF，在75 °C水浴中加熱攪拌2小時(shí)， 待Nb兆完全溶解后自然冷卻到室溫。然后逐滴加入氨水，待沉淀完全析出后，過濾 洗滌。將沉淀溶解在檸檬酸(3.404g，16.2mmo1)中，于75 °C水浴中加熱攪拌，再加入 (CH3COO)2Ca(0. 4710g，2. 7mmo1) 、 Bi(N03)2 5H20(0. 0131g， 0. 027mmol)和聚乙烯妣咯烷酮 (PVP) (0.0134g，lwt. %)繼續(xù)加熱蒸發(fā)，形成溶膠凝膠，然后置于馬弗爐中80(TC煅燒30分
鐘，即得到蓬松海綿狀的納米粒子。
實(shí)施例2 : 稱取Nb205 (0. 7177g， 2. 7mmo1)，加入6mlHF，在75 °C水浴中加熱攪拌2小時(shí)， 待NbA完全溶解后自然冷卻到室溫。然后逐滴加入氨水，待沉淀完全析出后，過濾洗 滌。將沉淀溶解在檸檬酸(4. 5390g，21.6mmo1)中，于75 °C水浴中加熱攪拌，再加入 (CH3C00) 2Ca (0. 4710g，2. 7mmol) 、Bi(N03)2 *5H20(0. 0131g，0. 027mmol)，繼續(xù)加熱蒸發(fā)，形成 溶膠凝膠，然后置于馬弗爐中80(TC煅燒30分鐘，即得到蓬松海綿狀的納米粒子。
實(shí)施例3 : 稱取Nb205 (0. 7974g， 3mmo1)，加入6mlHF，在75。C水浴中加熱攪拌2小時(shí)，待Nb205 完全溶解后自然冷卻到室溫。然后逐滴加入氨水，待沉淀完全析出后，過濾洗滌。將沉淀溶 解在擰檬酸(3. 7825g， 18mmol)中，于75"水浴中加熱攪拌，再加入(CH3COO) 2Ca (0. 5233g， 3,1) 、Bi (N03) 2 5H20 (0. 0146g， 0. 03,1)和KC1 (0. 0045g， 0. 02,1)，繼續(xù)加熱蒸發(fā)，形 成溶膠凝膠，然后置于馬弗爐中80(TC煅燒30分鐘，即得到蓬松海綿狀的納米粒子。
以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來 說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同 替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種鈮酸鈣摻鉍納米發(fā)光材料的合成方法，包括如下步驟(1)取1重量份的五氧化二鈮置入濃度30％的2重量份氫氟酸溶液中，制得氟化鈮溶液；(2)向上述溶液中加入濃度10％的氨水10重量份，制得水合五氧化二鈮；用砂芯漏斗將沉淀過濾，再醇洗、水洗3次；(3)將分離出的水合五氧化二鈮溶解在重量比濃度30％的檸檬酸溶液10重量份中；(4)向上述溶液中加入乙酸鈣1重量份，氯化鉀0.02重量份，聚乙烯吡咯烷酮0.01重量份，制得Ca-CA(CA為檸檬酸)；(5)將上述物質(zhì)放入75℃水浴中加熱90分鐘，制得Nb-CA溶膠，加熱蒸發(fā)后變?yōu)槟z；(6)將步驟(5)制得的物質(zhì)置于馬弗爐中，800℃條件下煅燒30分鐘，制得直徑50nm，長度200nm-300nm的蓬松棒狀納米粒子。
全文摘要
本發(fā)明屬于納米材料的制備方法，鈮酸鈣摻鉍納米粒子的合成方法。現(xiàn)有技術(shù)鈮酸鈣摻鉍納米發(fā)光材料合成方法的缺點(diǎn)是反應(yīng)溫度高，耗能大；產(chǎn)物不純，有副反應(yīng)。本發(fā)明種鈮酸鈣摻鉍納米發(fā)光材料的合成方法，包括如下步驟制備氟化鈮溶液；制備水合五氧化二鈮；將分離出的水合五氧化二鈮溶解檸檬酸溶液中；加熱蒸發(fā)制備凝膠；將制得的物質(zhì)置于馬弗爐中，800℃條件下煅燒30分鐘，制得直徑50nm，長度200nm-300nm的蓬松棒狀納米粒子。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)溫度低，耗能小；反應(yīng)產(chǎn)物純度高，無副反應(yīng)。
文檔編號(hào)C09K11/74GK101775289SQ20091020086
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者師廣麗, 彭子飛, 武超, 蘆丹 申請(qǐng)人:上海師范大學(xué)