一种通过DBD技术制备稀土掺杂氧化钇荧光纳米颗粒的方法

一种通过dbd技术制备稀土掺杂氧化钇荧光纳米颗粒的方法
技术领域
1.本发明涉及等离子体领域，尤其是涉及一种通过dbd技术制备稀土掺杂氧化钇荧光纳米颗粒的方法。


背景技术：

2.稀土元素特殊的电子构型使其具有独特的光、电、磁性质，被认为是新材料的宝库和推动传统产业升级的维生素。近年来，随着纳米技术和生命可续的发展，稀土纳米材料集稀土特性和纳米优势与一体，表现出小尺寸效应、量子效应、荧光特性和光致发光等诸多奇特性质。由于稀土元素具有丰富的能级，该材料可以通过掺杂不同的稀土元素发射从红外光、可见光到紫外光区的各波长电辐射，并由于极高的成像灵敏度，高发光寿命，低细胞毒性和卓越的光稳定性，稀土掺杂发光纳米材料在临床医学中有着巨大的潜在应用。
3.稀土掺杂纳米材料的合成方法有很多，主要有高温固相法和湿化学法。这些方法虽应用广泛，但仍存在一些不足之处。
4.专利cn102274969a公开了一种利用高温固相法制备稀土氧化物掺杂钼合金的方法，该方法前驱体需经过筛选，压制成型，烧结，锻造和真空退火这些步骤制备出目标产物，各步骤所需能耗较大，对设备要求较为严格，使得制备成本较高。
5.专利cn107217171a公开了一种采用液液掺杂稀土复合材料的方法，该方法在合成中不可避免含有原料杂质，且合成过程需经过蒸发结晶，烘干，烧焙，掺杂，还原等步骤，工艺繁琐，耗时较长，由于杂质的存在使得产物纯度受限，很难应用于临床医学的实验研究。
6.高性能发光材料的制备，在生命科学领域有着极高的参考价值，然而高温固相法可控性差，产物不均匀；湿化学法普遍耗时较长，工艺繁琐，合成过程中往往涉及有毒化学物质，如有机溶剂，稳定剂等，对人体和环境有一定的危害，且两种方法都很难在指定基底表面精准直接的构筑相关纳米结构。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种通过dbd技术制备稀土掺杂氧化钇荧光纳米颗粒的方法。本发明通过dbd技术，利用高活性氧化组分一步法制备稀土掺杂氧化钇荧光纳米粉末。该方法可常压低温进行，绿色高效，对于稀土掺杂发光纳米材料而言具有很强的可控性。
8.本发明的技术方案如下：
9.一种通过dbd技术制备稀土掺杂氧化钇荧光纳米颗粒的方法，所述方法包括如下步骤：
10.(1)基底金属有机物与掺杂金属有机物按质量之比为10～40:1进行混合，混合物进行研磨后作为反应前驱体；
11.(2)将步骤(1)所得前驱体置于容器中，容器置于等离子体反应器的正负极之间；
12.(3)之后在氧气气氛下，向等离子体反应器的阴阳极之间施加交流电，对前驱体处
理一段时间，且每隔一段时间取出产物研磨，得到含有稀土掺杂氧化钇纳米颗粒的粉末。
13.步骤(1)中，基底金属有机物与掺杂金属有机物中的团聚颗粒需研磨至颗粒直径小于0.2mm。
14.步骤(1)中，基底金属有机物为乙酰丙酮钇、乙酰丙酮钼、三茂钼、三茂钇、六氟乙酰丙酮钇、六氟乙酰丙酮钼、三(2,2,6,6
‑
四甲基
‑
3,5
‑
庚二酮酸)钇、三(2,2,6,6
‑
四甲基
‑
3,5
‑
庚二酮酸)钼中的一种或两种以上组合。
15.步骤(1)中，掺杂金属有机物为乙酰丙酮铕、乙酰丙酮铽、乙酰丙酮镝、乙酰丙酮铥、乙酰丙酮铈、乙酰丙酮镨、乙酰丙酮钐、三茂铕、三茂铽、三茂镝、三茂铥、三茂铈、三茂镨、三茂钐、六氟乙酰丙酮铕、六氟乙酰丙酮铽、六氟乙酰丙酮镝、六氟乙酰丙酮铥、六氟乙酰丙酮铈、六氟乙酰丙酮镨、六氟乙酰丙酮钐、三(2,2,6,6
‑
四甲基
‑
3,5
‑
庚二酮酸)铕、三(2,2,6,6
‑
四甲基
‑
3,5
‑
庚二酮酸)铽、三(2,2,6,6
‑
四甲基
‑
3,5
‑
庚二酮酸)镝、三(2,2,6,6
‑
四甲基
‑
3,5
‑
庚二酮酸)铥、三(2,2,6,6
‑
四甲基
‑
3,5
‑
庚二酮酸)铈、三(2,2,6,6
‑
四甲基
‑
3,5
‑
庚二酮酸)镨、三(2,2,6,6
‑
四甲基
‑
3,5
‑
庚二酮酸)钐中的一种或两种以上组合。
16.步骤(2)中，反应前驱体置于石英容器中，反应前驱体粉末应平铺于距容器中心2
‑
3cm位置；容器顶部采用与容器相应尺寸的石英片覆盖。
17.步骤(2)中，等离子反应器的不锈钢阴极圆柱直径为50～70mm，高为15～30mm；阳极与阴极的尺寸相同；等离子体反应器的阴、阳电极的距离为10～15mm。
18.步骤(3)中，通过质量流量控制计调控60～80sccm的氧气通入容器内，维持至反应完全结束，确保反应过程中氧气气氛一直存在。
19.步骤(3)中，施加的交流电确保输出功率为100～300w，以在阴阳电极之间产生等离子体。
20.步骤(3)中，对前驱体处理的时间为5～30min。
21.步骤(3)中，控制每十分钟收集一次覆盖于前驱体表面的产物，并对产物进行充分研磨至纳米状，粒径为20
‑
100nm。
22.本发明有益的技术效果在于：
23.本发明利用dbd技术活性高，反应快，无污染，放电均匀稳定等优势，实现常压低温下环境友好，快速可控的制备稀土掺杂发光纳米材料，为生物医用纳米材料的绿色可控制备提供新视角。
24.本发明由于反应能在微秒级别内完成，可实现对产物结构性能的实施调控。
25.本发明反应器结构简单，便于拆卸，灵活性高，占地面积小，反应耗能低，节约成本，无需复杂的后处理过程。在反应过程中可通过调节进气口气体改变反应气氛，反应场所可根据反应物需求随时变化，在操作上简单灵活、高效安全、节约成本。
26.本发明采用石英制透明容器，在反应过程中可通过光纤光谱仪(optical emission spectrometer)及时检测光谱变化，随时观察反应进度，可对反应及时做出调整，容器气密性较高，反应过程保证气体纯度，降低副产物产生的可能性，确保产物单一。
附图说明
27.图1为本发明的实验装置图。
28.图2为本发明实施例1制得氧化钇纳米颗粒的tem形貌；
29.图3为本发明实施例1制得氧化钇纳米颗粒的sem形貌；
30.图4为本发明实施例1制得氧化钇纳米颗粒的edx图谱；
31.图5为本发明实施例1制得氧化钇纳米颗粒的xrd图谱。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。
33.实施例1
34.一种通过dbd技术制备氧化钇稀土掺杂的方法，所述方法包括如下步骤：
35.(1)将0.5g的乙酰丙酮钇与0.025g乙酰丙酮铕进行混合，混合物进行研磨后作为反应前驱体；
36.(2)将步骤(1)所得前驱体放置于石英容器中，粉末应平铺于距容器中心2.5cm位置；容器顶部采用直径90mm，厚度3mm石英片覆盖；容器放置在等离子体反应器的阴阳极之间(电极圆柱直径56.1mm，高20mm)，正负极相距13mm；
37.(3)通过质量流量控制计调控60sccm的氧气通入石英容器内，维持至反应完全结束，确保反应过程中氧气气氛一直存在，施加的交流电确保输出功率为160w，以在阴阳电极之间产生等离子体。对前驱体处理30min，控制每十分钟收集一次覆盖于表面的粉末，并进行充分研磨至粒径为20
‑
100nm；
38.改变稀土掺杂种类，拓展其反应前驱体，可获得一系列稀土掺杂发光纳米材料，也可改变掺杂元素数目，从单元素掺杂调整为多元素共掺杂材料。
39.本实施例制得粉末中的氧化钇纳米颗粒的形态和元素表征，如图2
‑
图4所示，从图2的透射电镜图可以看出得到的氧化钇由无规则形状的纳米颗粒聚集而成，而图3的扫描电镜图可以看出氧化钇由松散的棒状结构组成。此外，在图4的x射线能谱中只有少量来自空气中的c峰，其余全为钇和氧的峰，证明了产品纯度高。图5的xrd的出峰位置与氧化钇的标准卡片一致，证明了产物内氧化钇纯度高，无其他杂质峰。
40.实施例2
41.制备方法同实施例1，不同在于：施加交流电的功率为240w，调控质量流量计氧气流量为80sccm。本实例中由于氧气通量及反应功率的扩大，使得在x射线能谱中的碳峰与实例1相比更低，可进一步提高产物内氧化钇的纯度。
42.实施例3
43.制备方法同实施例1，不同在于：前驱体由0.5g乙酰丙酮钇和0.025g乙酰丙酮铽混合研磨而成。实例3中，由于掺杂前驱体的不同，在xrd中33
°
的出峰位置与实例1相比有略微差异。
44.实施例4
45.制备方法同实施例1，不同在于：前驱体由0.5g乙酰丙酮钇和0.05g乙酰丙酮铕混合研磨而成，交流电功率采用200w，处理时间20min。与实例1相比，实例4所制产物中铕特征峰在xrd图中有所增强，tem图与实例1相比，其晶格间距有所不同。
46.通过上述实施例仅是为清楚地说明本发明的工艺流程。但是，本发明不限定于上述实施方式。对于所属领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理下，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。