CN101407335A

CN101407335A - 利用锌纳米颗粒制备氧化锌纳米线的方法

Info

Publication number: CN101407335A
Application number: CNA2008100437412A
Authority: CN
Inventors: 韩光强; 王树林; 丁浩冉
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2009-04-15

Abstract

利用锌纳米颗粒制备氧化锌纳米线的方法，特点是通过锌量子点和氧化剂反应制备氧化锌纳米线；A)将纯度为90％以上的锌纳米颗粒放入反应器内；B)将反应器内的空气完全置换成氩气气氛；C)加热反应器，使温度保持在180℃－250℃之间；D)氩气携带氧化剂进入加热器，并预热保持在120℃－150℃之间；E)将预热的氩气和氧化剂送入反应器，与锌纳米颗粒发生接触反应，保持氩气流速，持续向反应器提供氧化剂，直到反应结束；F)关闭反应器的氧化剂入口，向反应器通入纯净的氩气，冷却反应器至室温时，反应器中的产物即为氧化锌纳米线。本发明无需催化剂，制备过程的副产物只有氢气，对环境和产物无污染；反应温度低，能耗低。

Description

利用锌纳米颗粒制备氧化锌纳米线的方法

技术领域

本发明涉及一种利用锌纳米颗粒制备氧化锌纳米线的方法，属于纳米材料和纳米结构制备技术领域。

背景技术

氧化锌是一种具有重要应用价值的II-VI族半导体材料，是少数几种易于实现量子尺寸的氧化物半导体材料之一，也是目前国际上短波半导体激光器件材料研究的热点。氧化锌纳米材料具有良好的导电性、导热性、化学稳定性、光学特性、压电性，应用前景极为广阔。氧化锌一维纳米结构的制备方法很多，但依据生长机理不同，可以将其分成三大类：

(1)气-液-固法。气-液-固法的特征是纳米线的生长依赖于先形成一种包含有催化剂元素的合金或金属液滴，合金液滴变得过饱和后，纳米棒开始生长，从而形成一维纳米结构，由于需要金属液滴作为催化剂，这种方法一般需要高温，而且在长成的纳米线顶端还带有催化剂杂质，影响纳米棒的性能。世界知识产权局公开了一种制备氧化锌纳米棒阵列的方法(申请号WO 05044722)，该方法首先需要制备锌纳米颗粒，然后将纳米颗粒包覆或涂覆在基片上，形成缓冲层和晶种层，随后在包含有硝酸锌的营养液中生长出氧化锌纳米棒，然后用去离子水清洗，再脱水，该发明属于气-液-固法，且制备工艺复杂，工艺条件难以控制，难以工业化生产。

(2)气-固法。气-固法又分为物理气相沉积和化学气相沉积两种，前者是物理蒸发和再沉积过程，属于物理过程；后者在形成蒸气后发生了化学变化，所形成的一维纳米结构与前驱体反应物化学组成不同，但无论哪一种，都需要将材料从固态变为气态，因此，气-固法一般需要较高温度，能耗较高。美国专利商标局公布了一种名为“制造氧化锌纳米线的方法和装置的发明”(申请号20070154385)，它主要包括：在基片上形成包含有羟基団簇的氧化锌晶粒层，并在这种晶粒层上生长氧化锌纳米线，上述方法属于气-固法；高温导致能耗高，污染严重。

(3)模板法。这种方法需要首先制备出多空模板，然后结合电沉积、溶胶凝胶、气相法等来实现纳米线在空洞中的生长，有时需要在模板上沉积或者蒸镀催化剂，最后利用适当的化学腐蚀方法除掉模板，得到需要的纳米线。模板法过程复杂，当模板被酸或碱出去之后，纳米线将聚集在一起，其有序性将被破坏。

发明内容

本发明提出了一种利用锌纳米颗粒制备氧化锌纳米线的方法，其目的在于克服现有的气-固-液法和气-固法，需要高温，能耗高，制备过程都排泄污染物，而且在长成的纳米线的端部还带有催化剂杂质，影响纳米线的性能；模板法过程复杂，当模板被酸和碱除去之后，纳米线将聚集在一起，其有序性将被破坏等弊端。本发明是通过锌纳米颗粒和氧化剂反应制备氧化锌纳米线，所述的锌纳米颗粒是通过滚压振动磨在干法室温状态下制备的。本发明无需催化剂，不污染产物；反应温度较低，大约在180℃-250℃，能耗低；操作简便，生产批量大；制备过程的副产物只有氢气，不产生任何污染物。

利用锌纳米颗粒制备氧化锌纳米线的方法，其特征在于：通过锌量子点和氧化剂反应来制备氧化锌纳米线；制备方法如下：

A)先将纯度为90％以上的锌纳米颗粒放入反应器内；

B)将反应器内的空气气氛完全置换成氩气气氛；

C)加热反应器，使反应器内的温度升至180℃-250℃，并保持预热温度不变；

D)将氩气和氧化剂温度预热到120℃-150℃，并保持预热温度不变；

E)将预热到预定温度的氩气和氧化剂送入反应器，与锌纳米颗粒发生接触反应，保持氩气流速，持续向反应器提供氧化剂，直到反应结束；

F)关闭反应器的氧化剂入口，向反应器通入纯净的氩气，冷却反应器，当温度达到室温时，收集反应器中的产物，即为氧化锌纳米线。

所述的氧化剂为水蒸气。

空气气氛完全置换成氩气气氛，氩气纯度为99.9％以上，流速为1L/min，氩气充分吹扫反应器内部，至少吹扫3遍。

所述的锌纳米颗粒是通过滚压振动磨在干法室温状态下制备的。

本发明的优点和积极效果是：(1)无需催化剂，不污染产物；(2)反应温度较低，大约在180℃-250℃，能耗低；(3)操作简便，生产批量大；(4)制备过程的副产物只有氢气，不产生任何污染物。

附图说明

图1是本发明方法的工艺过程示意图。

1.氩气瓶；2.阀门A；3.阀门B；4.阀门C；5.数显温控仪A；6.阀门D；7.温度传感器A；8.水平管A；9.加热带A；10.加热带B；11.温度传感器B；12.数显温控仪B；13.水平管B；14.玻璃管A；15.玻璃管B；16.电加热套；17.三口烧瓶。

具体实施方式

利用锌纳米颗粒制备氧化锌纳米线的方法，其特点是通过锌量子点和氧化剂反应来制备氧化锌纳米线；所述的锌纳米颗粒是通过滚压振动磨在干法室温状态下制备的。

第一步，在三口烧瓶17中加入纯净水，在水平管B13中部加入尺度为60-70纳米、纯度为90％以上、质量为5克的锌纳米颗粒，将阀门C4打开，氩气由氩气瓶1以1L/min的流速将纯度为99.9％以上的氩气通入水平管A8和水平管B13中，让氩气充分吹扫并彻底置换水平管A8和水平管B13中的空气，此步骤至少重复3次。第二步，打开阀门B3，关闭阀门A2和阀门D6，将电加热套16、加热带A9和加热带B10通电，利用数显温控仪A5和数显温控仪B12分别控制水平管A8和水平管B13的温度，水平管A8和水平管B13的温度分别由温度传感器A7和温度传感器B11测得；将数显温控仪A5和数显温控仪B12的温度分别设定为120℃和250℃。第三步，待三口烧瓶17中水蒸气已生成且水平管A8和水平管B13达到设定温度时，按顺序打开阀门A2，关闭阀门C4，打开阀门D6，关闭阀门B3，氩气流速为1L/min，使氩气通过三口烧瓶17携带水蒸气进入水平管A8，氩气和水蒸气在水平管A8中预热到设定温度，然后通过玻璃管B15通入水平管B13中，与预热过的锌纳米颗粒发生接触和反应，未反应水蒸气和产生的副产物氢气由玻璃管A14排出，持续向三口烧瓶17中通入120min氩气携带水蒸气。第四步，反应结束，按顺序打开阀门C4，关闭阀门A2，打开阀门B3，关闭阀门D6，将电加热套16、加热带A9和加热带B10断电，向水平管A8和水平管B13内以1L/min的流速持续通入纯净氩气，保持水平管A8和水平管B13内的气氛不变，冷却至室温，然后收集水平管B13内的产物，即可得到状氧化锌纳米线，其直径在10nm以下，长度可达微米量级。

Claims

1.利用锌纳米颗粒制备氧化锌纳米线的方法，其特征在于：通过锌量子点和氧化剂反应来制备氧化锌纳米线；制备方法如下：

A)将纯度为90％以上的锌纳米颗粒放入反应器内；

B)将反应器内的空气气氛完全置换成氩气气氛；

C)加热反应器，使反应器内的温度升至180℃-250℃，保持预热温度不变；

D)将氩气携带氧化剂送入加热器，使氩气和氧化剂温度预热到120℃-150℃，并保持预热温度不变，；

2.根据权利要求1所述的利用锌纳米颗粒制备氧化锌纳米线的方法，其特征在于：所述的氧化剂为水蒸气。

3.根据权利要求1所述的利用锌纳米颗粒制备氧化锌纳米线的方法，其特征在于：所述的空气气氛完全置换成氩气气氛，氩气纯度为99.9％以上，流速为1L/min，氩气充分吹扫反应器内部，至少吹扫3遍。

4.根据权利要求1所述的利用锌纳米颗粒制备氧化锌纳米线的方法，其特征在于：所述的所述的锌纳米颗粒是通过滚压振动磨在干法室温状态下制备的。