CN100503741C - 哑铃状的氧化锌颗粒及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体无机材料领域，特别是涉及几百个纳米至几个微米的哑铃状氧化锌(ZnO)颗粒及其液相制备方法和用途。在溶液体系中于50～100℃温度下直接沉积合成了哑铃状的ZnO粒子，得到的哑铃状氧化锌颗粒的长度为300nm～2μm，头部宽度为200nm～1μm，腰部宽度为150nm～900nm。本方法条件温和，制备过程简单，且产物形貌可控。本发明制备的氧化锌颗粒可广泛应用于电子、生物、涂料、传感器、陶瓷、介电材料、催化、隐身材料等领域。

Description

哑铃状的氧化锌颗粒及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于半导体无机材料领域，特别是涉及几百个纳米至几个微米的哑铃状氧化锌(ZnO)颗粒及其液相制备方法和用途。
背景技术
ZnO俗名锌白，作为一种宽禁带的半导体，是一种研究较多的高功能精细无机材料，由于其优异的物理化学性能而在陶瓷材料、光电装置、催化、变阻器、化工、涂料、橡胶工业、制药及化妆品等行业得以广泛应用。目前由于结构(微结构)、尺寸和形貌等因素对材料特性及其应用具有的重要影响，对无机材料的形貌控制研究已经引起了人们的极大兴趣。这不仅要求充分发挥材料的本征性质，还需要通过对无机材料的尺寸和形貌控制对其性质进行剪裁和调整。因而为了提高其性能，进一步扩大其应用，有必要对ZnO的形貌及尺寸大小加以控制。可以预测随着科学技术的发展及各种形貌ZnO制备方法的完善，ZnO将有更加广阔的应用前景。目前，对于球形的氧化锌及一维的棒状线形氧化锌粒子的研究较多，而且制备方法已经比较完备(参见中国专利申请03109799.5，一种棒状氧化锌颗粒的制备方法；《无机化学学报》杂志2004年第20卷第2期186～1901页文章“氧化锌纳米棒的制备和生长机理研究”)。但对于哑铃状氧化锌的制备报道极少，Zhang，H等人曾采用高温水热法(200℃左右)制备出哑铃状氧化锌(参见Zhang，H.；Yang，D.R.；Li，D.S.；Ma，X.Y.；Li，S.Z.；Que，D.L.，Crystal.Growth & Design，2005，5(2)，547～550)，但此方法对合成设备要求严格，实验条件苛刻，反应周期长(10小时以上)，且需要复杂的后处理过程。因而有必要发展一种简单的条件温和的重复性好的哑铃状氧化锌的制备方法。
发明内容
本发明的目的之一是提供哑铃状的氧化锌颗粒，使得到的氧化锌颗粒纯度高，长度为300nm～2μm，头部宽度为200nm～1μm，腰部宽度为150nm～900nm，形貌为哑铃状。
本发明的目的之二是提供哑铃状的氧化锌颗粒的液相制备方法，以条件温和，制备过程简单，重复性好的制备方法得到了哑铃状氧化锌颗粒。
本发明的目的之三是提供哑铃状的氧化锌颗粒的用途。
本发明的目的是通过下面技术方案实现的：
在溶液体系中于50～100℃温度下直接沉积合成了哑铃状的ZnO粒子，得到的哑铃状氧化锌颗粒的长度为300nm～2μm，头部宽度为200nm～1μm，腰部宽度为150nm～900nm。
本发明的哑铃状氧化锌颗粒的液相制备方法步骤包括：
(1).分别配制锌盐和醇胺化合物的水溶液，其中锌盐水溶液中锌盐的浓度为0.001～1.0mol/L，优选为0.005～0.5mol/L；醇胺化合物水溶液中醇胺化合物的浓度为0.001～5mol/L，优选为0.01～2mol/L。
(2).将步骤(1)配制的锌盐水溶液和醇胺化合物水溶液同时注入到已预热到50～100℃的溶剂中；其中，锌盐水溶液和醇胺化合物水溶液的用量依据氧化锌颗粒的大小要求来确定，混合液中锌盐:醇胺化合物的摩尔比为1:0.5～1:50。混合液搅拌反应0.5～3小时。
(3).将步骤(2)的混合液离心分离，所得沉淀真空干燥后，得到长度在300nm～2μm，头部宽度为200nm～1μm，腰部宽度为150nm～900nm的哑铃状氧化锌颗粒。
所述的锌盐为硝酸锌、氯化锌、硫酸锌或乙酸锌等。
所述的醇胺化合物(代替常规所用氢氧化钾、氢氧化钠或氢氧化铵)为乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺。
所述的溶剂为二次水、异丙醇、乙醇、乙二醇或一缩二乙二醇等。
本发明所用锌盐水解法能耗低，且颗粒的尺寸可通过反应条件加以控制。
本方法条件温和，制备过程简单，制备的哑铃状氧化锌产物形貌可控。
本发明的氧化锌颗粒，是一种新型的高功能精细无机材料，是重要的陶瓷，半导体及催化材料，可广泛应用于化工、电子、生物、涂料、传感器、介电材料、塑料、油墨、造纸、化纤、橡胶、隐身材料等领域。本发明的哑铃状氧化锌颗粒的尺寸可控。
本发明的哑铃状氧化锌颗粒的液相制备方法具有：
1.反应条件温和，制备简单易行，易于推广应用。
2.通过选择锌盐与醇胺化合物的用量及不同溶剂，易于制备不同尺寸的哑铃状氧化锌颗粒产品。
3.所得产品不需要复杂的后处理过程，且产物形貌可控。
附图说明
图1.本发明实施例1的哑铃状氧化锌颗粒电镜照片。
图2.本发明实施例2的哑铃状氧化锌颗粒电镜照片。
图3.本发明实施例2的哑铃状氧化锌颗粒的荧光光谱图。
具体实施方式
实施例1
(1).分别配制乙酸锌和三乙醇胺的水溶液，其中乙酸锌水溶液中乙酸锌的浓度为0.027mol/L；三乙醇胺水溶液中三乙醇胺的浓度为0.056mol/L。
(2).将步骤(1)配制的乙酸锌水溶液和三乙醇胺水溶液同时注入到已预热到75℃的10ml异丙醇中，混合液中乙酸锌:三乙醇胺的摩尔比为1:1.25。混合液搅拌反应50分钟。
(3).将步骤(2)的混合液离心分离，所得沉淀真空干燥后，得到长度为287nm，头部宽度为167nm，腰部宽度为152nm的哑铃状氧化锌颗粒。见附图1。该哑铃状氧化锌颗粒可用于生物传感器的敏感膜中。
实施例2
(1).分别配制乙酸锌和三乙醇胺的水溶液，其中乙酸锌水溶液中乙酸锌的浓度为0.085mol/L；三乙醇胺水溶液中三乙醇胺的浓度为0.097mol/L。
(2).将步骤(1)配制的乙酸锌水溶液和三乙醇胺水溶液同时注入到已预热到80℃的20ml乙醇中，混合液中乙酸锌:三乙醇胺的摩尔比为1:1。混合液搅拌反应70分钟。
(3).将步骤(2)的混合液离心分离，所得沉淀真空干燥后，得到长度为850nm，头部宽度为610nm，腰部宽度为580nm的哑铃状氧化锌颗粒。哑铃状氧化锌颗粒电镜照片见附图2，荧光光谱图见图3。该哑铃状氧化锌颗粒可用做光催化材料。
实施例3
(1).分别配制硝酸锌和二乙醇胺的水溶液，其中硝酸锌水溶液中硝酸锌的浓度为0.0165mol/L；二乙醇胺水溶液中二乙醇胺的浓度为0.0396mol/L。
(2).将步骤(1)配制的硝酸锌水溶液和二乙醇胺水溶液同时注入到已预热到70℃的10ml二次水中，混合液中硝酸锌:二乙醇胺的摩尔比为1:2。混合液搅拌反应30分钟。
(3).将步骤(2)的混合液离心分离，所得沉淀真空干燥后，得到长度为600nm，头部宽度为240nm，腰部宽度为220nm的哑铃状氧化锌颗粒。该哑铃状氧化锌颗粒可用做气体传感器的敏感材料。
实施例4
(1).分别配制硫酸锌和三乙醇胺的水溶液，其中硫酸锌水溶液中硫酸锌的浓度为0.532mol/L；三乙醇胺水溶液中三乙醇胺的浓度为2.673mol/L。
(2).将步骤(1)配制的硫酸锌水溶液和三乙醇胺水溶液同时注入到已预热到95℃的40ml乙二醇中，混合液中硫酸锌:三乙醇胺的摩尔比为1:1.5。混合液搅拌反应60分钟。
(3).将步骤(2)的混合液离心分离，所得沉淀真空干燥后，得到长度为1.4μm，头部宽度为640nm，腰部宽度为612nm的哑铃状氧化锌颗粒。该哑铃状氧化锌颗粒可用于涂料中。
实施例5
(1).分别配制氯化锌和乙醇胺的水溶液，其中氯化锌水溶液中氯化锌的浓度为0.264mol/L；乙醇胺水溶液中乙醇胺的浓度为1.782mol/L。
(2).将步骤(1)配制的氯化锌水溶液和乙醇胺水溶液同时注入到已预热到60℃的50ml异丙醇中，混合液中氯化锌:乙醇胺的摩尔比为1;6。混合液搅拌反应90分钟。
(3).将步骤(2)的混合液离心分离，所得沉淀真空干燥后，得到长度为770nm，头部宽度为380nm，腰部宽度为360nm的哑铃状氧化锌颗粒。该哑铃状氧化锌颗粒可用做半导体器件材料。

Claims (5)

1.一种哑铃状氧化锌颗粒的制备方法，其特征是，该方法的步骤包括：
(1).分别配制锌盐和醇胺化合物的水溶液；
(2).将步骤(1)配制的锌盐水溶液和醇胺化合物水溶液同时注入到已预热到50～100℃的溶剂中；其中，混合液中锌盐：醇胺化合物的摩尔比为1:0.5～1:50；
(3).将步骤(2)的混合液离心分离，所得沉淀真空干燥后，得到哑铃状氧化锌颗粒；
所述的醇胺化合物为乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺；
所述的溶剂是二次水、异丙醇、乙醇、乙二醇或一缩二乙二醇。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述的步骤(2)混合液搅拌反应0.5～3小时。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述的步骤(1)配制的锌盐水溶液中锌盐的摩尔浓度为0.001～1.0mol/L；醇胺化合物水溶液中醇胺化合物的浓度为0.001～5mol/L。
4.如权利要求3所述的方法，其特征是：所述的锌盐的摩尔浓度为0.005～0.5mol/L，醇胺化合物的摩尔浓度为0.01～2mol/L。
5.如权利要求1、3或4所述的方法，其特征是：所述的锌盐为硝酸锌、氯化锌、硫酸锌或乙酸锌。
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