磁性上转换发光双功能同轴复合纳米纤维及其制备方法

摘要

本发明涉及磁性上转换发光双功能同轴复合纳米纤维及其制备方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明包括四个步骤：(1)沉淀法制备Fe₃O₄纳米晶；(2)沉淀法制备NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺纳米晶；(3)配制纺丝液；(4)制备[Fe₃O₄/PVP]@[NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺/PVP]磁性上转换发光双功能同轴复合纳米纤维，采用同轴静电纺丝技术制备，同轴复合纳米纤维的平均直径为390nm，芯层直径为130nm，壳层厚度为130nm，长度大于100μm。这种具有磁光双功能、结构新颖的同轴复合纳米纤维，将具有重要的应用前景。本发明的方法简单易行，可以批量生产，具有广阔的应用前景。

主权项

一种磁性上转换发光双功能同轴复合纳米纤维，其特征在于，纳米纤维材料呈现同轴复合纳米纤维结构，具有磁性和上转换发光双功能，同轴复合纳米纤维的平均直径为390nm，芯层直径为130nm，壳层厚度为130nm，长度大于100μm，表面粗燥不平，有凸起；所述的磁性上转换发光双功能同轴复合纳米纤维的制备方法，使用同轴静电纺丝技术，采用同轴喷丝头，分子量为90000的聚乙烯吡咯烷酮PVP作为纺丝液中的高分子模板剂，制备产物为[Fe₃O₄/PVP]@[NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺/PVP]磁性上转换发光双功能同轴复合纳米纤维，其步骤为：(1)沉淀法制备Fe₃O₄纳米晶将5.4060g FeCl₃·6H₂O，2.7800g FeSO₄·7H₂O，4.04g NH₄NO₃和1.9g分子量为20000的聚乙二醇溶于100mL去离子水中，加热至50℃并通入氩气30min，然后缓慢滴加氨水至溶液的pH值为11，继续通氩气20min得到黑色悬浊液，将此悬浊液磁分离后，用无水乙醇和去离子水依次洗涤三次，将产物置于60℃的真空干燥箱中干燥12h，得到直径为8‑10nm的Fe₃O₄纳米晶；(2)沉淀法制备NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺纳米晶将0.8807g Y₂O₃，0.3940g Yb₂O₃和0.0382g Er₂O₃溶于50mL浓盐酸中并加热蒸发至结晶，加入50mL乙二醇将结晶溶解，得到溶液I，在接有回流装置的250mL三颈瓶中，将5.0388gNaF和5g分子量为3万的聚乙烯吡咯烷酮作为保护剂，溶解到30mL去离子水和120mL乙二醇的混合溶剂中，得到溶液II，将溶液II通入氩气30min并升温至180℃，然后在氩气保护下将溶液I加入到溶液II中并在180℃下回流反应3h，得到白色沉淀，将所得到的沉淀物离心分离，并用去离子水和乙醇依次洗涤3次，将产物置于60℃真空干燥箱中12h，得到直径为25‑27nm的NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺纳米晶；(3)配制纺丝液将3g Fe₃O₄纳米晶分散在已通入30min氩气的100ml水中并超声分散20min，然后将悬浊液在氩气保护下加热到80℃，并加入2mL油酸，然后继续反应40min，得到油酸包覆的Fe₃O₄纳米晶，将所得到的沉淀磁分离，去除水层并将沉淀在60℃真空干燥箱中干燥12h，将所得到的油酸包覆的Fe₃O₄纳米晶分散在3g氯仿中，然后加入0.5g聚乙烯吡咯烷酮PVP，得到芯层纺丝液，将0.5g NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺纳米晶分散在3.3g DMF中并超声分散20min，然后加入0.5g PVP，得到壳层纺丝液；(4)制备[Fe₃O₄/PVP]@[NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺/PVP]磁性上转换发光双功能同轴复合纳米纤维以一支带有截平的7#不锈钢针头的5mL注射器作为内纺丝管，一支带有截平的14#不锈钢针头的10mL注射器作为外纺丝管，形成同轴喷丝头，将芯层纺丝液加入到内纺丝管中，壳层纺丝液加入到外纺丝管中进行同轴静电纺丝，采用竖喷方式，纺丝电压为13kV，针尖与收集铁丝网间距12cm，环境温度为20℃‑26℃，相对湿度为20％‑30％，得到[Fe₃O₄/PVP]@[NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺/PVP]磁性上转换发光双功能同轴复合纳米纤维，平均直径为390nm，芯层直径为130nm，壳层厚度为130nm，长度大于100μm，饱和磁化强度为25.43emu/g，用波长为980nm的二极管激光器作为激发光源，得到峰值分别为544nm和655nm的绿光和红光谱带组成的上转换发射光谱，该同轴复合纳米纤维具有磁性和上转换发光双功能。