摻鏑三硫化二銦稀土磁性-熒光納米材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料的技術(shù)領(lǐng)域。涉及摻鏑三硫化二銦(In2S3^Dy3+)材料和室溫下采用噴霧無機(jī)氣液相化學(xué)沉積法制備In2S3.Dy3+磁性-焚光多功能納米材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]稀土納米材料是納米材料里的一個(gè)重要分支，稀土元素的電子層結(jié)構(gòu)頗為特別，其外層電子構(gòu)成幾乎一樣，而內(nèi)層的4f電子層具有特別多的未成對(duì)電子。將稀土材料制備成納米級(jí)別后，因?yàn)榧{米材料具備表面界面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等一系列特異效應(yīng)，以及稀土元素獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和較大的原子半徑，從而使稀土納米材料具有一些優(yōu)異的性能，在熒光材料、磁性材料、催化材料、陶瓷材料、薄膜材料等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。(I)熒光材料領(lǐng)域。由于稀土元素具有獨(dú)特的光譜結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的光學(xué)性能，從而使稀土納米材料在熒光材料中占有舉足輕重的份量。稀土元素的光學(xué)性能主要來源于其電子在4f軌道層內(nèi)部的部分禁阻躍迀，具有如下特點(diǎn):其發(fā)射光譜呈線狀，顏色鮮明，發(fā)光時(shí)間長，耐高溫，激發(fā)能量密度高。此外稀土納米熒光材料種類繁多，供給了眾多的光譜信息，發(fā)射波長范圍寬(包括了從真空紫外到近紅外的光譜范圍)，而且部分稀土納米熒光材料還具有新穎的波長轉(zhuǎn)換特性，量子剪裁效應(yīng)和長余輝效應(yīng)。(2)磁性材料領(lǐng)域。在稀土金屬的晶體中，4f層電子同時(shí)受到外層5s和5p電子層的屏蔽，所以晶體場(chǎng)對(duì)4f電子軌道磁矩作用較弱，甚至沒有影響，在這種情況下稀土金屬的原子磁矩便包含有4f層電子軌道磁矩和自旋磁矩兩部分的貢獻(xiàn)。由于稀土化合物中3d和4f金屬原子磁矩都對(duì)化合物的磁矩有貢獻(xiàn)，所以其磁性能更為優(yōu)良。兼具磁性和熒光雙功能的納米材料在化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域及生物技術(shù)中都有重要的應(yīng)用。
[0003]In2S3是一種N型半導(dǎo)體，禁帶寬為2.00?2.20eV，是典型的III?VI族硫化物。它是具有缺陷尖晶石結(jié)構(gòu)的特殊材料，它的每個(gè)原胞是由八面體和四面體組成，所有八面體的位置都被銦原子占據(jù)，八個(gè)銦原子占據(jù)四面體上的位置，但在四面體的位置上仍然存在著四個(gè)空位。由于空位的存在使In2S3對(duì)于大部分金屬離子來說都可以充當(dāng)一個(gè)主體材料，不像其它納米材料存在驅(qū)逐客體離子的傾向。
[0004]目前，報(bào)道的稀土納米材料的制備方法主要有模板法，溶膠凝膠法，水熱法，微乳液法和沉淀法。例如 Anuja Datta 等人(2009)Bright white light emiss1nfromIn2S3:Eu3+nanoparticles0 Feng Tao 等人(2013)Hydrothermalsynthesis andluminescence properties OfYF3:Ln(Ln = Sm, Dy, Tb and Pr)nano-/microcrystals。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，巧用超聲霧化法提供了一種室溫下更高效的沉積稀土磁性-熒光納米材料的方法，合成了飽和磁化強(qiáng)度較強(qiáng)，特征發(fā)射峰較明顯，顆粒大小均一的不同摻雜濃度的摻鏑三硫化二銦納米顆粒材料。
[0006]本發(fā)明所得材料是摻鏑三硫化二銦(In2S3.Dy3+)稀土磁性-熒光納米顆粒材料。In2S3.Dy3+稀土磁性-熒光納米顆粒材料的技術(shù)方案是:
[0007]一種摻鏑三硫化二銦稀土磁性-熒光納米材料，在In2S3材料的結(jié)構(gòu)中鏑離子部分替代銦離子；摻鏑三硫化二銦稀土磁性-熒光納米材料中鏑的摩爾百分含量為0.773%?2.590%。
[0008]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用的制備摻鏑三硫化二銦稀土磁性-熒光納米材料的具體技術(shù)方案是:
[0009]一種摻鏑三硫化二銦稀土磁性-熒光納米材料的制備方法，有配置待反應(yīng)溶液、沉積摻鏑三硫化二銦納米材料和后處理的過程；所述的配置待反應(yīng)溶液，是將乙酸銦溶液、醋酸鏑溶液和去離子水混合，并在攪拌狀態(tài)下注入巰基乙醇溶液；用醋酸調(diào)節(jié)PH值在2.5?3.0，得到待反應(yīng)溶液；其中乙酸銦、醋酸鏑、巰基乙醇和去離子水總量按摩爾比為I: 0.03?0.12: 1.0?1.5: 27000?28000 ;所述的沉積摻鏑三硫化二銦納米材料，是將霧化的待反應(yīng)溶液與用氮?dú)鈹y帶的H2S氣體在反應(yīng)室中接觸，在20?35 °C發(fā)生氣液相反應(yīng)，使反應(yīng)產(chǎn)物落入反應(yīng)室底部的收集裝置中；其中H2S氣體的總量與待反應(yīng)液中的銦離子的摩爾比為3?20: I ;所述的后處理，是將反應(yīng)產(chǎn)物在100°C下處理20分鐘，離心提取，再用去離子水和無水乙醇分別清洗2-3次，得到摻鏑三硫化二銦稀土磁性-熒光納米材料。
[0010]所述的反應(yīng)室，可以串接成2?3級(jí)，使霧化的待反應(yīng)溶液和H2S氣體反應(yīng)更充分，通過延長反應(yīng)路徑和時(shí)間提高反應(yīng)效率。
[0011]所述的收集裝置可以處于超聲環(huán)境下，以避免反應(yīng)產(chǎn)物團(tuán)聚。
[0012]優(yōu)選的乙酸銦、醋酸鏑、巰基乙醇按摩爾比為1: 0.03?0.06: 1.2。采用該摩爾比制備的摻鏑三硫化二銦稀土磁性-熒光納米材料，在兼顧熒光功能基礎(chǔ)上具有較強(qiáng)的磁性功能。
[0013]所述的霧化的待反應(yīng)溶液，可以選擇20?40 μ m的霧化顆粒。
[0014]在實(shí)驗(yàn)室中可以通過Na2S溶液和過量的HCl溶液反應(yīng)制備H2S氣體。
[0015]實(shí)驗(yàn)室制備摻鏑三硫化二銦稀土磁性-熒光納米材料的技術(shù)方案可以是:
[0016]本發(fā)明所采用的實(shí)驗(yàn)裝置是組合搭建而成，主要分為四個(gè)部分:(1)制取反應(yīng)氣體H2S的裝置；(2)超聲霧化待反應(yīng)液的裝置；(3)發(fā)生主體反應(yīng)并收集反應(yīng)產(chǎn)物的裝置；
(4)尾氣處理裝置。如圖1所示，具體實(shí)驗(yàn)裝置見實(shí)施例1。
[0017]首先配置待反應(yīng)溶液:(I)用乙酸銦和去離子水配置銦的離子濃度為10mmol/L的乙酸銦溶液；用醋酸鏑和去離子水配置鏑的離子溶度為2mmol/L的醋酸鏑溶液；用巰基乙醇和去離子水配置濃度為60mmol/L的巰基乙醇溶液。(2)抽取lOmmol/L的乙酸銦溶液、2mmol/L的醋酸鏑溶液、去離子水混合倒入干凈的燒杯中，并放入干凈的長度為2.5cm的攪拌子。將混合溶液放在磁力攪拌器上，在攪拌狀態(tài)下，用針管抽取濃度為60mmol/L的巰基乙醇溶液緩慢注入到燒杯的混合液中，攪拌均勻后用醋酸調(diào)節(jié)PH值使其控制在2.5?3.0之間。
[0018]然后將待反應(yīng)液倒入超聲霧化器中，打開循環(huán)水浴使發(fā)生主體反應(yīng)的冷凝管(反應(yīng)室)溫度穩(wěn)定在25°C ;開啟電磁式空氣壓縮泵，給整個(gè)反應(yīng)裝置提供一個(gè)負(fù)壓，使由待反應(yīng)溶液的霧氣(即，霧化反應(yīng)液)可以通入反應(yīng)裝置中(霧氣的大小可由流量計(jì)控制)；調(diào)節(jié)制取反應(yīng)氣體H2S裝置的調(diào)節(jié)器，讓輸液瓶中的Na2S溶液滴入到下面裝有HCl溶液的三口燒瓶中。開啟超聲，通入氮?dú)?，打開超聲霧化器電源開關(guān)。這樣在氮?dú)獾臄y帶下H2S氣體便可緩慢流入三口連接管，并與從三口連接管的另一端進(jìn)入的霧化反應(yīng)液接觸，之后先經(jīng)球形冷凝管充分混合反應(yīng)一部分，然后經(jīng)蛇形冷凝管充分的反應(yīng)，最終反應(yīng)產(chǎn)物落在下面的收集裝置平底燒瓶中，平底燒瓶所在的超聲環(huán)境可以避免反應(yīng)物的團(tuán)聚。經(jīng)以上裝置后仍未反應(yīng)完的少量混合霧氣可以經(jīng)過另一個(gè)支口的蛇形冷凝管再反應(yīng)，所生成的反應(yīng)產(chǎn)物最終也將落在下面的平底燒瓶中。經(jīng)過上面一系列反應(yīng)裝置后的尾氣通入裝有NaOH的錐形瓶后再經(jīng)電磁式空氣壓縮泵，以減小對(duì)泵的腐蝕，最后再次通入有NaOH的尾氣瓶進(jìn)行吸收未反應(yīng)的霧化氣體，硫化氫后經(jīng)通風(fēng)櫥排出。
[0019]反應(yīng)結(jié)束后，將收集反應(yīng)產(chǎn)物的平底燒瓶取出，放到微波功率為O?900W的MG08S-2B型微波實(shí)驗(yàn)儀中，進(jìn)行均勻加熱，設(shè)定加熱時(shí)間為20min，加熱的溫度為100°C。最后將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行離心提取，再用去