[发明专利]一种稀土磷酸盐纳米材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种稀土磷酸盐纳米材料的制备方法。

背景技术

稀土元素包括原子序数57到71的镧系元素以及同族的钪和钇。这些元素不仅具有相似的物理化学性质,而且由于其外层电子结构（4f^0-145d^0-16S²）的特点，决定了它们具有较高的化学反应活性。铒（Er）是元素周期表中第68号元素，铥（Tm）是元素周期表中第69号元素，镱（Yb）是元素周期表中第70号元素，镥（Lu）是元素周期表中第71号元素，钇（Y）是元素周期表中第39号元素，这些元素都属于重稀土元素。作为稀土家族的重要成员，铒、铥、镱、镥、钇在发光材料、激光材料、催化材料，高温超导材料，压电陶瓷和高温结构陶瓷材料，固体电解质材料等方面有着重要应用，尤其是在一些高技术领域发挥着不可替代的作用。其中最突出的应属钇和铒，彩色电视显像管、计算机显示器及大屏幕投影电视的红色荧光粉中，钇的硫氧化物及钇铝（钇铝镓）石榴石发挥了重要作用；氧化钇是特殊光学玻璃的添加剂；作为稀土三基色节能灯的主要成分的红粉也是钇的氧化物；钇等的稀土化合物还是固体激光器的重要工作物质，这些激光器应用于国防工业等；稀土上转换发光材料，广泛用于红外探测，含钇、铒、镱的上转换发光材料，可将红外线转换成可见光，夜视镜中使用的就是这种材料。晶体激光材料中，稀土石榴石体系是研究、开发和应用最活跃的体系，钇和铒则是该体系中的主要成分之一。稀土玻璃激光材料用铒和铥等三价离子作为稀土激活离子；稀土光纤激光材料中，掺铒的光纤放大器的开发应用，使现代光纤通信取得了长足进步。在高温超导材料、高温结构陶瓷中，钇也发挥了重要作用。镱被广泛用于玻璃着色和电容器中。在这些稀土元素中应用最少的是镥，这也许是因为其价格最贵的原因。

随着纳米材料的研究与开发，人们发现，与体相材料相比，纳米颗粒或低维纳米结构材料在化学与物理方面具有众多特异性能。例如，纳米晶的形貌和比表面积决定了其性质，使其在光学、催化、生物传感、数据存储及磁性吸波材料上的应用得到极大的发展；而一维纳米结构材料，则是两个维度上受限体系，表现出不同于三维受限体系纳米颗粒的特性，如开关效应、线栅偏振效应、场发射效应、压电效应等特性。利用这些新的功能特性，可以设计出新一代纳米结构器件或纳米功能材料，如光电子纳米器件、生物荧光标记、特殊导体材料、离子交换及催化材料等。

稀土磷酸盐是一系列具有优异性能的材料，广泛用于激光器、陶瓷、传感器、荧光粉、热电阻材料等方面。目前，一维稀土磷酸盐纳米材料及稀土磷酸盐纳米晶材料，已在越来越多的领域中显示出应用潜能。其制备方法主要采用直接沉淀法、微乳液法和水热合成法。其中，水热合成法被普遍采用。该法包括在内衬有聚四氟乙烯的不锈钢密闭反应釜中，加入稀土盐溶液、正磷酸根盐溶液或磷酸以及模板剂和水等，形成混合溶液体系，通过较高温度加热该混合溶液体系，使其接近或达到超临界状态，经一定反应时间后，获得结晶度较高、分布均匀的稀土磷酸盐纳米材料。然而，该水热合成法存在的弊端是：对反应设备要求较高、成本较高、产量少，难以实现工业化生产；模板剂通常为有机大分子化合物，如含磷表面活性剂，有些会引起水体污染，有些容易挥发至空气中，破坏生态环境。

目前，稀土磷酸铒、磷酸铥、磷酸镱、磷酸镥和磷酸钇纳米材料（包括纳米线和纳米晶）方面的报道还非常少见，尤其是粒径小于10nm的纳米晶材料的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术上的缺陷，提供一种成本低廉、环保且便于工业化生产的稀土磷酸盐纳米材料的制备方法。

本发明是这样实现的，一种稀土磷酸盐纳米材料的制备方法，包括磷酸铒、磷酸铥、磷酸镱、磷酸镥和磷酸钇纳米材料，其特征在于，包括如下步骤：

分别配制Er³⁺盐溶液、Tm³⁺盐溶液、Yb³⁺盐溶液、Lu³⁺盐溶液、Y³⁺盐溶液中的任意一种稀土盐溶液和PO₄^3-盐溶液；

在不断搅拌下分别向所述任意一种稀土盐溶液中加入所述PO₄^3-盐溶液，得混合液I；

搅拌所述混合液I，调节所述混合液I的pH值至1.00～1.65，得混合液II；

在环境压力下将所述混合液II在60℃～95℃水浴中陈化10小时以上，获得所述稀土磷酸盐纳米材料。