CN101844798B

CN101844798B - 一种高分散尺寸可控的纳米羟基锡酸锌阵列的制备方法

Info

Publication number: CN101844798B
Application number: CN2010101769681A
Authority: CN
Inventors: 张跃; 秦子; 黄运华; 齐俊杰; 廖庆亮; 王钦玉; 邢修君; 尹艳萍
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2030-05-14
Also published as: CN101844798A

Abstract

一种高分散尺寸可控的纳米羟基锡酸锌阵列的制备方法，属于纳米材料定列的制备技术领域。工艺步骤如下：将硝酸锌和氨水溶解于去离子水配制成硝酸锌浓度为0.09～0.1mol/L、溶液pH值为9～10的反应溶液；选取含α-{Cu，Sn}相的铜基片作为反应基底；将基片表面进行抛光处理后放入反应溶液中反应1～12小时；取出基片，反复清洗后干燥，得到羟基锡酸锌纳米单晶阵列。本发明可快速制备一种大面积的纳米羟基锡酸锌定向阵列，合成方法简单、成本低、效率高、产品粒径可调范围广、适合大规模生产。

Description

一种高分散尺寸可控的纳米羟基锡酸锌阵列的制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料定列的制备技术领域，特别是提供了一种高分散的纳米羟基锡酸锌立方体单晶定向阵列的制备方法，通过水热反应合成定向纳米羟基锡酸锌单晶阵列，采用简单的工艺制备了大面积尺寸可控的纳米羟基锡酸锌定向阵列。

背景技术

羟基锡酸锌在大多数聚合物中具有极其良好的阻燃性能，现主要用作塑料工业中的阻燃剂和烟雾抑制剂。这种材料无毒无害，是替代传统三氧化二锑的环保型材料。(P.A.Cusack，M.S.Heer，A.W.Monk，Polym.Degrad.Stab.，1991，32，177；F.Andre，P.A.Cusack，A.W.Monk，R.Seangprasertkij，Polym.Degrad Stab.，1993，40，267；P.A.Cusack，Fire Mater.，1993，17，1；P.A.Cusack，M.S.Heer，A.W.Monk，Polym.Degrad.Stab.，1997，58，229；P.A.Cusack，P.R.Hornsby，J.Vinyl Addit.Technol.，1999，5，21；P.A.Cusack，M.S.Cross，P.R.Hornsby，Polym.Degrad.Stab.，2003，79，309.)羟基锡酸锌在高温下又可以分解为锡酸锌。纳米尺寸的锡酸锌是一种研究广泛的气敏材料和电极材料。(J.Q.Xu，Y.L.Liu，X.S.Niu，J.Chin.Ceram.Soc.，2002，30，321；P.Ramamurthy，E.A.Secco，Can.J.Chem.，1971，49，2813.)随着纳米科技的发展，纳米材料的尺寸可控、定位定向生长成为了研究的热点，它也是纳米材料实现器件化应用的基础。(Y.J.Zhang，M.Guo，M.Zhang，C.Y.Yang，T.Ma，X.D.Wang，J.Cryst.Growth，2007，308，99；G.Wrobel，M.Piech，S.Dardona，Y.Ding，P.X.Gao，Cryst.Growth Des.，2009，9，4456.)因此，制备结晶性良好、尺寸均一、定向定位、性能优良的大面积羟基锡酸锌阵列是该材料及其衍生材料在未来纳米器件应用过程中至关重要的步骤。

目前合成纳米羟基锡酸锌的方法有共沉淀法、离子交换法、超声波化学法以及水热法等，但是存在着一定的不足之处。(J.Q.Xu，Y.L.Liu，X.S.Niu，J.Chin.Ceram.Soc.，2002，30，321；J.Hrudananda，K.V.Govindan Kutty，T.R.N.Kutty，Mater.Chem.Phys.，2004，88，167；Z.Lu，Y.Tang，Mater.Chem.Phys.，2005，92，5.)这些方法难以获得纯度高、物相均一的产物，往往混合着氧化锌和氧化锡等氧化物。同时，它们很难控制产物的尺寸和分布，不易制备大面积连续的涂层。而且，这些产物往往需要添加剂辅助及后期加工处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高分散尺寸可控的纳米羟基锡酸锌定向阵列的制备方法。具有合成方法简单、成本低、效率高、产品粒径可调范围广以及适合大规模生产等许多优点。

一种高分散尺寸可控的纳米羟基锡酸锌阵列的制备方法，采用水热合成手段，选用含有一定量的锡元素的薄膜作为纳米羟基锡酸锌的生长基底；选用适当的前驱液、pH值、反应时间和温度，从而控制纳米羟基锡酸锌单晶阵列的形貌；制备了排列整齐、取向一致、尺寸均一的羟基锡酸锌纳米单晶阵列。具体工艺步骤如下：

1.将六水合硝酸锌溶于去离子水中并超声波处理充分溶解均匀，然后将氨水逐渐滴加到上述硝酸锌水溶液中并不断搅拌调节pH值范围至9～10，硝酸锌的浓度为0.09～0.1mol/L，获得的此溶液即为反应所需的前驱液。

2.选用α-{Cu，Sn}相的铜片作为生长基底。首先对基底进行抛光处理，然后再用丙酮、无水乙醇及去离子水进行清洗，最后将基底烘干。将上述处理好的基片放入第一步配制好的反应溶液中，密封后在95～100℃下保温1～12小时。

3.反应结束后，将基片取出。先用去离子水反复冲洗，清洗烘干后可以看到基片上形成了十分均匀的乳白色薄膜，此薄膜即为所制得的羟基锡酸锌纳米单晶阵列。

与现有技术相比，本发明所提供的大面积羟基锡酸锌纳米单晶阵列的制备方法有以下优点：

1.采用水热法工艺简单，可获得高纯度、高分散的单层纳米晶薄膜。

2.基片的选用与处理保证了纳米晶粒的晶粒尺寸均匀、取向一致性和高分散性。

3.通过调节反应的浓度、反应时间、pH值可以控制单晶的尺寸及密度。

附图说明

图1为本发明采用水热法反应1个小时制备的大面积羟基锡酸锌纳米单晶阵列的扫描电镜照片，晶粒尺寸为400nm左右。

图2为本发明采用水热法反应2个小时制备的大面积羟基锡酸锌纳米单晶阵列的扫描电镜照片，晶粒尺寸为700nm左右。

图3为本发明采用水热法反应4个小时制备的大面积羟基锡酸锌纳米单晶阵列的扫描电镜照片，晶粒尺寸为2μm左右。

图4为本发明采用水热法反应12个小时制备的大面积羟基锡酸锌纳米单晶阵列的扫描电镜照片，晶粒尺寸为3μm左右。

图5(a)为本发明采用水热法反应1个小时制备的大面积羟基锡酸锌纳米单晶阵列的透射电镜照片。(b)为其中一个单晶羟基锡酸锌的高分辨透射电镜照片。

具体实施方式

下面结合实例对本发明的技术方案进行进一步说明：

1.用去离子水将化学纯0.1摩尔的六水合硝酸锌溶解于1升的容量瓶中，在溶解的过程中不断向溶液中滴加氨水，并监控溶液的pH值，通过不断的滴加去离子水和氨水最终配制成硝酸锌摩尔浓度为0.1mol/L、pH值为10的反应溶液。

2.将5片面积为1cm²含有4.58％锡元素α-{Cu，Sn}相的铜片基底进行抛光处理，然后再用丙酮、无水乙醇及去离子水进行清洗，最后将其烘干。将上述处理好的基片放入内胆为聚四氟乙烯的反应釜中，注入第一步配置好的反应溶液，并保持温度为95℃反应1个小时。

3.反应结束后，将基片取出。用去离子水反复冲洗后洗烘干。可以看到基片上形成了十分均匀的乳白色薄膜，此薄膜即为所制得的羟基锡酸锌纳米单晶阵列。

这种方法制备的羟基锡酸锌纳米单晶阵列晶粒尺寸均匀、取向一致、分散度高。单晶尺寸约为400nm左右。

Claims

1.一种高分散尺寸可控的纳米羟基锡酸锌阵列的制备方法，其特征在于，制备工艺为：

a.将六水合硝酸锌溶于去离子水中并超声波处理充分溶解均匀，然后将氨水逐渐滴加到上述硝酸锌水溶液中并不断搅拌调节pH值范围至9～10，水合硝酸锌的浓度为0.09～0.1mol/L，获得的此溶液即为反应所需的反应溶液；

b.选用α-{Cu，Sn}相的铜片作为生长基底；对基底进行抛光处理后放入反应釜中，加入a步骤配制好的反应溶液，密封后在95～100℃下反应，反应时间控制为1小时～12小时；

c.反应结束后，将基片取出，先用去离子水反复冲洗，清洗烘干后可以看到基片上形成了十分均匀的乳白色薄膜，此薄膜即为所制得的羟基锡酸锌纳米单晶阵列。