模板法制備單分散多孔長余輝發光納米材料制造技術

本發明專利技術提供一種制備單分散多孔長余輝發光納米材料的新方法。該方法可以很好地解決現有長余輝發光材料在高溫焙燒過程中產生的燒結長大問題，得到單分散的長余輝發光多孔納米材料，在生物、醫學等領域有巨大潛在應用價值。該方法適用范圍廣，可廣泛應用于制備各種發光納米材料，尤其適用于制備堿土硅酸鹽，堿土鋁酸鹽等長余輝發光納米材料的制備。該方法的主要特征是利用單分散的多孔的二氧化硅、氧化鋁、硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽等納米材料作為模板，吸附堿土金屬離子等發光基質離子（如Ca,Mg,Sr,Ba,Zn，Cd等）和稀土金屬離子等發光激活離子（如Eu,Dy,Ce,Ho,Pr,Nd等）后，在高溫條件下煅燒，得到發光的硅酸鹽、鋁酸鹽、鋁硅酸鹽、磷酸鹽等單分散多孔長余輝發光納米材料。

【技術實現步驟摘要】
模板法制備單分散多孔長余輝發光納米材料
本專利技術屬于長余輝發光材料領域，主要涉及一種制備單分散多孔長余輝發光納米材料的新方法。更詳細地說，本專利技術利用具有多孔結構的單分散納米材料為模板，利用多孔納米模板巨大的比表面積吸附構成長余輝發光材料的金屬離子并在高溫煅燒的過程中限制顆粒之間的燒結團聚長大過程，進而得到單分散多孔長余輝發光納米材料。
技術介紹
長余輝發光納米材料具有優異的長余輝發光性能，在很多領域中都有廣泛的應用。但是傳統的長余輝發光材料，尤其是稀土激活的硅酸鹽類，鋁酸鹽類和磷酸鹽類等長余輝發光材料，通常需要經過高溫焙燒才能獲得較好的發光性能。無論是傳統的固相燒結法還是溶膠凝膠法，焙燒后的磷光體是被高度燒結的，且必須經過粉碎才能得到一種可用的原料。然而粉碎會減弱磷光體的發光能力。所以單分散多孔長余輝發光納米材料通常是很難制備的，目前國內外尚未見通過模板法制備單分散多孔長余輝發光納米材料的相關報道。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種制備單分散多孔長余輝發光納米材料的新方法。本專利技術工藝簡單，操作方便，易于大規模生產。利用本專利技術制備的長余輝發光納米材料形貌規則， 粒徑可控，具有大的比表面積和孔容。本專利技術中的模板法是指利用具有多孔結構的二氧化硅、氧化鋁、硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽等單分散納米材料為模板，利用多孔材料巨大的比表面積吸附構成長余輝發光納米材料的元素，經高溫焙燒獲得單分散長余輝發光納米材料。利用多孔材料為模板主要有兩個優點(1)多孔材料比表面大，表面能大，焙燒溫度相對傳統固相燒結法大大降低，較低的焙燒溫度有利于減少燒 結程度，獲得單分散的納米材料；(2) 以多孔材料為模板，高溫焙燒時，形成長余輝晶相的反應過程主要在多孔模板的納米孔道中進行，模板可以限制新生成的長余輝晶相的團聚和長大過程，從而得到單分散的長余輝發光納米材料。本專利技術主要包括以下基本步驟(O制備或購買單分散的多孔納米模板該方法利用單分散的多孔的二氧化硅、氧化鋁、硅酸鹽、鋁酸鹽、鋁硅酸鹽、磷酸鹽等納米材料或它們的混合物作為模板，通過調節模板的粒徑、形貌和孔隙率等，可以方便地調節最終產品的粒徑、形貌和孔隙率等。即模板的形貌特征決定了制備的長余輝發光納米材料的微觀形貌特征。所用模板，如介孔二氧化硅、介孔氧化鋁等制備工藝成熟，很多已經實現工業化生產，可以方便地自行制備或者購買。(2)制備構成長余輝發光納米材料的元素的溶液構成長余輝發光納米材料的元素通常含有Ca、Mg、Sr、Ba、Zn、Cd等基質離子,稀土離子、過渡元素離子等發光激活離子。通過直接用水溶解這些元素的易溶鹽(常是硝酸鹽或者氯化物)，可以方便地制備含有這些離子的溶液。溶液中可選擇性加入檸檬酸、聚乙二醇、硼酸、氯化銨等以調節金屬離子的溶解度，溶液粘度等性質。(3)利用多孔納米模板吸附構成長余輝發光納米材料的元素的溶液將一定量的步驟(I)所述多孔納米模板加入到步驟(2)所述溶液中，浸泡一定時間，使構成長余輝發光納米材料的元素通過擴散、吸附進入多孔納米模板的微孔中。經離心或過濾分離、干燥得到吸附了構成長余輝發光納米材料的元素的多孔納米模板。(4)高溫煅燒將經過步驟(3)處理的多孔納米模板，放入高溫爐(通常是弱還原氣氛爐)中，經高溫焙燒一定時間，生成長余輝發光納米材料。得到粒度分布非常均勻的硅酸鹽、鋁酸鹽、鋁硅酸鹽、磷酸鹽等單分散多孔長余輝發光納米材料。附圖說明圖1是MCM-41/SrMgSi206:Eu，Dy的掃面電子顯微鏡照片(粒徑50 nm)圖2是MCM-41/SrMgSi206:Eu，Dy的掃面電子顯微鏡照片(粒徑100 nm)圖3是MCM-41/SrMgSi206:Eu，Dy的X射線衍射圖譜圖4是MCM-41/SrMgSi206:Eu，Dy的N2吸附解吸等溫線圖5是MCM-41/SrMgSi206:Eu，Dy的孔分布曲線圖6是MCM-41/SrMgSi206:Eu，Dy的余輝發射光譜和激發光譜具體實施方式作為一個例子，我們介紹一種利用介孔納米二氧化硅(MCM-41)為模板制備單分散多孔藍色長余輝發光復合納米材料MCM-41/SrMgSi206:Eu，Dy的具體實施方法。把30 ηπΓ ΟΟΟ nm的多孔二氧化硅分子篩(MCM-41 )0.1 g 5 g浸泡在40 mL含有Sr (NO3)2, Mg(NO3)2, Eu(NO3)3, Dy(NO3)3的金屬離子溶液中，其離子濃度比為(80 100) : 100: (I 10) (I 10)，另外加入適量硼酸或氯化銨作為熔劑，攪拌O. 5小時 24小時，離心分離得到吸附了金屬離子的介孔二氧化硅，然后在含3°/Γ Ο%Η2的氬氣氣氛中，經700°C 1200 °C煅燒O. 5小時 24 小時即可得到粒徑 為30 ηπΓ ΟΟΟ nm的單分散長余輝發光納米材料，其化學結構可以表示為MCM-41/SrMgSi206:Eu，Dy，其中50 nm和100 nm產品的掃描電子顯微鏡照片分別參見附圖1和附圖2。通過附圖1和附圖2可以看到，通過本專利技術制備的長余輝發光納米材料 MCM-41/SrMgSi206Eu, Dy粒徑分布很窄，形貌規則。通過X射線衍射分析(圖3)可以證實所得產物含有SrMgSi206晶相。通過BET比表面分析結果可知，制備的產品比表面積達30 m2/g (圖4)，產品具有多孔結構(圖5)。通過測定余輝發射和激發光譜(圖6)可知，制備的多孔納米材料的余輝發射峰為467 nm,為典型的SrMgSi2O6余輝發射峰，該材料的主要激發峰位于紫外光波段，但可以被400 nnT450 nm的可見光激發。該材料經過日光燈照射，可以發出明亮的藍色余輝，在黑暗環境下，肉眼可見余輝時間達12 h。盡管參照具體實施方案對本專利技術進行了闡述，但本領域中熟練人員將容易意識到合適的可替代的多孔材料、金屬離子溶液和制備方法，同時本專利技術也可以應用于制備其它發光納米材料。這些多孔材料、金屬離子溶液、制備方法以及在制備其它發光納米材料中的應用也將包括在本專利技術中，本專利技術只受所附權利要求書限制。權利要求1.本專利所述之模板是指多孔材料，包括具有介孔結構的二氧化硅，氧化鋁，硅酸鹽， 鋁酸鹽，鋁硅酸鹽，磷酸鹽等或它們的混合物。2.根據權利要求1所述的模板，模板法是指利用權利要求1所述的模板為原料，將模板浸泡在構成長余輝發光材料的金屬離子溶液中，利用模板的納米孔道吸附 金屬離子，經過高溫焙燒一定時間，得到單分散長余輝發光納米材料。3.根據權利要求2所述的模板法，其中所述的金屬離子溶液包括基質金屬離子和發光激活離子兩類。4.根據權利要求3所述，其中所述基質金屬離子主要包括堿土金屬離子Mg2+，Ca2+， Sr2+，Ba2+ 和 Zn2+，Cd2+，Pb2+ 等。5.根據權利要求3所述，其中所述的發光激活離子是指稀土金屬離子和過渡金屬離子，稀土金屬離子是指Eu, Dy, Nd, Ho, Ce, Tb等,過渡金屬離子是指Mn, Co, Al, Cu, Ti等。6.根據權利要求2所述，其中所述的長余輝發光納米材料基質可以表示為AMgSi2O6； A2MgSi2O7 ；A3MgSi208 ；AAl2O4 ；AxAlySiOz ；A2P207 ；A3P208 ；AxPy0z 等，其本文檔來自技高網...

【技術保護點】
本專利所述之模板是指多孔材料，包括具有介孔結構的二氧化硅，氧化鋁，硅酸鹽，鋁酸鹽，鋁硅酸鹽，磷酸鹽等或它們的混合物。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張洪武，李戰軍，
申請(專利權)人：中國科學院城市環境研究所，
類型：發明
國別省市：