[发明专利]稀土氟化物/稀土氟氧化物复合纳米纤维制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米纤维材料制备方法，属于无机纤维制备技术领域。

背景技术

纳米纤维是指在材料的三维空间尺度上有两维处于纳米尺度的线状材料，通常径向尺度为纳米量级，而长度则较大。由于其形貌的不同，有纳米丝、纳米线、纳米棒、纳米管、纳米带以及纳米电缆等数种。由于纳米纤维的径向尺度小到纳米量级，显示出一系列特性，最突出的是比表面积大，从而其表面能和活性增大，进而产生小尺寸效应、表面或界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，并因此表现出一系列化学、物理(热、光、声、电、磁等)方面的特异性。然而，纳米纤维材料的制备方法是这一领域需要解决的技术问题。

在现有纳米纤维材料制备方法中有三项与本发明有关的抵触申请，分别是申请号为200810050466.7、名称为“一种制备钙钛矿型稀土复合氧化物超长纳米纤维的方法”，申请号为200810050467.1、名称为“一种制备稀土石榴石型化合物纳米纤维的方法”，申请号为200810050468.6、名称为“钙钛矿型稀土复合氧化物多孔空心纳米纤维制备方法”中国发明专利申请。这些方法都是以可溶性原材料离子混合物的形式纺丝，目标产物在后期的热处理过程中形成。其具体制备过程分为三步，首先，配制纺丝液，将金属盐、高分子模板剂、溶剂按照某一重量配比混合；其次，制备前驱体纤维，采用静电纺丝方法通过控制纺丝电压、固化距离实现；第三，制备目标产物纳米纤维，采用热处理方法通过控制升温速率、保温温度、保温时间实现。

稀土氟化物/稀土氟氧化物声子能量低，具有良好的热稳定性和环境稳定性，被广泛用做发光材料基质、固体电解质、润滑剂、钢铁和有色金属合金添加剂、电极材料、化学传感器和生物传感器等。稀土氟化物/稀土氟氧化物通式有两种，RF₃/ROF和RF₃/ROF:RE³⁺，其中F为氟元素，O为氧元素，R和RE为稀土元素，在后一种通式中，R和RE为不同的稀土元素，RE本身有两种方案，其一被称为单掺，即RE为一种稀土元素，其二被称为多掺，即RE为两种或者两种以上稀土元素。现有技术采用水热合成法、化学沉淀法以及微乳液法等制备稀土氟化物/稀土氟氧化物纳米粉体。

发明内容

为了实现采用静电纺丝方法制备稀土氟化物/稀土氟氧化物纳米纤维，我们发明了一种稀土氟化物/稀土氟氧化物复合纳米纤维制备方法。

本发明是这样实现的，首先，配制纺丝液，将金属盐、高分子模板剂、溶剂按照某一重量配比混合；其次，制备前驱体纤维，采用静电纺丝方法通过控制纺丝电压、固化距离实现；第三，制备目标产物纳米纤维，采用热处理方法通过控制升温速率、保温温度、保温时间实现。其特征在于：

一、纺丝液的配制

(一)将稀土盐溶于溶剂中，所述的稀土盐为一种或者一种以上的稀土元素的盐，搅拌得到稀土盐溶液；

(二)向所述稀土盐溶液加入高分子模板剂，搅拌得到稀土盐及高分子模板剂溶液；

(三)边搅拌边向所述稀土盐及高分子模板剂溶液中加入氟化铵，之后再搅拌，得到稀土氟化物/高分子模板剂混合纺丝液，其配比(重量百分比)为：

稀土氟化物    2～5％，

高分子模板剂  15～20％，

溶剂          75～83％；

二、稀土氟化物/高分子模板剂前驱体纤维的制备

采用静电纺丝方法，纺丝电压为15～25kV、固化距离为10～25cm，得到稀土氟化物/高分子模板剂前驱体纤维；

三、稀土氟化物/稀土氟氧化物复合纳米纤维的制备

对稀土氟化物/高分子模板剂前驱体纤维进行热处理，升温速率为0.5～1.0℃/min，在600～900℃范围内的某一温度下保温10～48小时，高分子模板剂及溶剂挥发，部分稀土氟化物氧化为稀土氟氧化物，之后自然冷却至室温，得到稀土氟化物/稀土氟氧化物复合纳米纤维。

本发明的技术效果在于，目标产物中的稀土氟化物在纺丝液的配制步骤即已形成，而稀土氟氧化物则在对前驱体纤维进行热处理的过程中生成。所制备的前驱体纤维的直径为350～450nm，见图1、图8、图11所示。所制备的目标产物纤维直径为50～200nm，长度大于100μm，见图2、图4、图6、图9、图12所示。并且该目标产物纳米纤维为稀土氟化物/稀土氟氧化物纳米纤维，见图3、图5、图7、图10、图13所示。实现了发明目的。

附图说明