[发明专利]一种掺钕氟化镥锂纳米材料及其及制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种掺钕氟化镥锂纳米材料及其制备方法和应用，所述材料的化学式如式(I)所示：LiLu_mNd_nF₄式(I)；其中，0＜m＜1，0＜n＜1，且m+n＝1。本发明使用设备简单，制备过程简易，制备成本低廉，生产速度高效，制取粉体均匀性好，纯度较高，操作性强，易于实现工业化生产，具有良好的工业推广价值。

技术领域

本申请涉及一种掺钕氟化镥锂纳米材料及其及制备方法和应用，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

上转换发光是通过吸收两个或者两个以上的长波长来实现一个短波长光子发射的反斯托克斯过程。目前，研究人员已经在稀土元素、过渡金属化合物以及有机染料上发现了上转换发光的现象。稀土离子掺杂的氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物以及卤化物材料为目前使用最为广泛的上转换发光材料。稀土掺杂上转换发光材料在信息存储，太阳能电池，光电子器件以及荧光生物标记等方面具有极大的应用价值。

上转换发光材料的基质需具备以下优良特性：(1)较低的声子能量；(2)较高的稀土掺杂浓度；(3)较好的稳定性和抗腐蚀性。基于以上三个方面，氟化物粉体材料因其具备较低的声子能量和能有效降低无辐射跃迁损耗同时提高发光效率的优良特性，被选为理想的上转换基质材料。稀土离子具备特殊的4f电子层结构，该层电子能在不同能级之间进行跃迁，使得稀土离子拥有别具一格的发光和光吸收特性，经常被用作上转换材料的发光中心。因此，通过在氟化物系列的基质中掺杂作为发光中心的稀土离子制备的上转换发光材料成为近年来研究的一大热门方向。

固相法和液相法是上转换纳米发光材料制备中最为常用的两大类制备方法。固相法操作简便，工艺简单，但是存在着如下不足：(1)原料消耗较大；(2)稀土掺杂不均匀；(3)成品形貌不规则；(4)尺寸不规整且生长不均匀。液相法具有能够制备出分散性良好，形貌易于控制，实现分子、原子尺度的混合，组分含量精确控制，易于掺杂的纳米材料，因而该方法被研究人员广泛用作制取上转换发光材料。当然，液相法也存在着制备条件相对苛刻，制备流程比较繁琐，容易造成环境污染等缺陷。但是，相较于固相法容易造成粉体性质不均的特性，研究人员更倾向于通过改善液相法的实验条件，进而制备出粒径小、粒度分布窄、成分均匀、形貌规整的纳米粉体。

近年来，国内逐步开展了上转换发光材料的相关研究和探索。如专利CN103589432A中所述的一种稀土掺杂氟化镥锂纳米材料及其制备与应用中，采用三氟乙酸盐的高温分解法制取氟化镥锂纳米材料，获取了水溶性好，性能优良的粉体。但是，该专利的整体思路是采用三氟乙酸盐进行的高温热分解反应，原料的成本并没有得到控制。专利CN106905972A中所述一种水溶性上转换纳米晶及其制备方法，得到水溶性好、分散均匀的上转换纳米晶。但是制备流程较为繁琐，同时反应时间长达12h～24h，制备效率较低。专利CN103911154B中采用高温热分解法制取了分散性好，形貌尺寸均匀可控的单分散上转换发光微纳米晶。但该方法在反应过程中需要严格控制溶液的pH值，同时搅拌时间长达12h，实验条件较严苛，制备效率较低。总体上，目前国内采用液相法制取的上转换发光材料具备良好的分散性和均匀的尺寸分布，但都或多或少存在着制备流程较冗长、制取成本较高、制备效率较低以及制取过程容易造成环境污染等缺点。

通常情况下，常温中硬脂酸稀土盐难溶于水溶液和油酸溶剂。目前，在众多通过硬脂酸稀土盐制备氟化镥锂纳米粉体的制备方法中，均采用先后加料的方式进行，而这种先后加料的方式忽略了硬脂酸稀土盐在溶液中的均匀分布以及掺杂离子的硝酸稀土盐和氟盐在油酸溶剂中的共溶性问题。为了弥补硬脂酸稀土盐在溶液中不能均匀分布这个缺陷，大部分改进实验采用升温添料和溶料，同时伴随全程氩气保护的方式。这种改进方法，对实验条件提出了更高的要求，同时消耗了大量的能源，并不符合资源节约的理念。另外，通过全程氩气保护进行添料和溶料的方式，大大增加了生产的成本，并不利于工业化的推广。而掺杂离子的硝酸稀土盐和氟盐在油酸溶剂中的共溶性问题，通过先后加料方式的探索并不能得到很好的解决。

发明内容