CN103274451B - 二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米复合材料的合成及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米复合材料的合成方法，其特征在于，具体步骤为：将二氧化锡纳米棒或二氧化锡纳米花加入蒸馏水中，超声波震荡4～5小时后，加入pH为7.3～7.5的乙酸锌和六次甲基四胺的混合水溶液并置于高压釜中，将高压釜放入烘箱中，设定烘箱温度为82～85℃，保温6～7小时，取出，过滤，所得固体依次用去离子水和无水乙醇清洗，在空气中65～70℃干燥20～24小时，即制得二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米复合材料。本发明所制得的二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米棒、纳米花场发射性能好，可以作为场发射材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米复合材料的合成及应用。
背景技术
二氧化锡、氧化锌是应用广泛的半导体金属氧化物。二氧化锡可被广泛应用于太阳能电池、透明导电玻璃、气敏传感器件、平板显示器件中等。纳米结构氧化锌则可成为一种优良的场发射阴极材料。由于单独的二氧化锡作为气敏传感材料与几种气体同时反应时，它的选择性差，可靠性低，二氧化锡/氧化锌复合结构则被提出用以解决这个问题。迄今为止，制备二氧化锡/氧化锌复合材料的方法主要有：化学气相沉积法、纳米复合材料水热法、液相化学法等。然而，人们却很少关注合成的二氧化锡/氧化锌复合材料的场发射性能。为了使二氧化锡纳米结构的场发射性能研究更加全面，本发明在p型硅基板上，利用低温水热生长法，合成了形貌独特的二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米棒及纳米花，并且研究了这两种形貌的复合材料的场发射特性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是以一种简单可行的方法合成出新的、形貌独特的二氧化锡/氧化锌复合纳米材料并将它们应用于场发射以尽可能完善二氧化锡各种纳米结构的场发射性能研究。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米复合材料的合成方法，其特征在于，具体步骤为：将二氧化锡纳米棒或二氧化锡纳米花加入蒸馏水中，超声波震荡4～5小时后，加入pH为7.3～7.5的乙酸锌和六次甲基四胺的混合水溶液并置于高压釜中，将高压釜放入烘箱中，设定烘箱温度为82～85℃，保温6～7小时，取出，过滤，所得固体依次用去离子水和无水乙醇清洗，在空气中65～70℃干燥20～24小时，即制得二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米复合材料。
优选地，所述的二氧化锡纳米棒的制备方法为：将锡前驱体、氢氧化钠与溶剂配制成混合溶液，加入聚四氟乙烯，所述的混合溶液和聚四氟乙烯的重量比为1∶0.09～0.1，放入高压釜中，将高压釜密封放入烘箱中，设定烘箱温度为185～190℃，保温20～24小时，取出，过滤，所得固体依次用去离子水和无水乙醇清洗，在空气中115～120℃干燥20～24小时，即制得二氧化锡纳米棒。
更优选地，所述的锡前驱体为四氯化锡，所述的溶剂为去离子水和乙醇，所述混合溶液的配制方法为：将四氯化锡和氢氧化钠加入到去离子水中，超声波震荡8～10分钟，加入乙醇，超声波震荡20～24小时，得到混合溶液，所述的四氯化锡、氢氧化钠、去离子水和乙醇的重量比为1∶0.85～0.9∶38～40∶38～40。
优选地，所述的二氧化锡纳米花的制备方法为：将锡和硝酸盐按重量比1∶1.5～1.8混合，放在铝基底上，并将铝基底连同其上的锡和硝酸盐放入管式炉中心，以流量45～50sccm通入氩气及氢气的混合气体，氩气及氢气的流量比为1∶0.04～0.05，使管式炉内气压为340～350托并将管式炉的温度提升到790～800℃，保持25～30分钟，然后将温度升高到1050～1080℃，保持25～30分钟后，冷却至室温，即制得二氧化锡纳米花。
更优选地，所述的硝酸盐为硝酸铁。
优选地，所述的二氧化锡纳米棒或二氧化锡纳米花与蒸馏水的重量比为1∶40～45。
优选地，所述的二氧化锡纳米棒或二氧化锡纳米花与乙酸锌和六次甲基四胺的混合水溶液的重量比为1∶40～45。
优选地，若蒸馏水中加入的是二氧化锡纳米棒，所述的混合水溶液中乙酸锌的含量为0.005mo1/L，烘箱温度为82～85℃，保温6～7小时，所得的二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米复合材料为二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米棒。
优选地，若蒸馏水中加入的是二氧化锡纳米花，所述的混合水溶液中乙酸锌的含量为0.001mol/L，烘箱温度为82～85℃，保温6～7小时，所得的二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米复合材料为二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米花。
本发明还提供了上述方法所制备的二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米复合材料在作为场发射材料方面的作用。
与已有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用低温水热生长法制备二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米棒、纳米花，该方法安全性高、简单易行且成本较低，易于工业化实施。
2、所制得的二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米棒、纳米花场发射性能好，可以作为场发射材料。
附图说明
图1是实施例1所制得的二氧化锡/氧化锌纳米棒结构的扫描电镜(SEM)图；
图2是实施例2所制得的二氧化锡/氧化锌纳米棒结构的扫描电镜(SEM)图；
图3是实施例3所制得的二氧化锡/氧化锌纳米花结构的扫描电镜(SEM)图；
图4是实施例1所制得的二氧化锡/氧化锌纳米棒结构的能谱(EDS)图；
图5是实施例3所制得的二氧化锡/氧化锌纳米花结构的能谱(EDS)图；
图6是本发明所制得的二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米棒、纳米花的电流密度与场强关系曲线图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。
实施例1
将四氯化锡和氢氧化钠加入到去离子水中，以超声波震荡器超声波震荡10分钟，加入无水乙醇，超声波震荡24小时，四氯化锡、氢氧化钠、去离子水和无水乙醇的重量比为1∶0.88∶40∶40；在混合溶液中加入聚四氟乙烯，所述的混合溶液和聚四氟乙烯的重量比为1∶0.1，放入高压釜中，将高压釜密封放入烘箱中，设定烘箱温度为190℃，保温24小时，取出，过滤，所得固体依次用去离子水和无水乙醇清洗，在空气中120℃干燥24小时，即制得二氧化锡纳米棒。
将二氧化锡纳米棒加入蒸馏水中，所述的二氧化锡纳米棒与蒸馏水的重量比为1∶40，以超声波震荡器超声波震荡5小时后，加入pH为7.5的乙酸锌和六次甲基四胺的混合水溶液并置于高压釜中，所述的二氧化锡纳米棒与乙酸锌和六次甲基四胺的混合水溶液的重量比为1∶40，混合水溶液中乙酸锌的含量为0.005mol/L，六次甲基四胺的含量根据pH值来加入，将高压釜放入烘箱中，设定烘箱温度为85℃，保温7小时，取出，过滤，所得固体依次用去离子水和无水乙醇清洗，在空气中70℃干燥24小时，即制得二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米棒。如图1所示，为实施例1所制得的二氧化锡/氧化锌纳米棒结构的扫描电镜(SEM)图，如图4所示，为实施例1所制得的二氧化锡/氧化锌纳米棒结构的能谱(EDS)图，测试其场发射性能，结果如图6所示。
实施例2
将四氯化锡和氢氧化钠加入到去离子水中，超声波震荡10分钟，加入无水乙醇，超声波震荡24小时，四氯化锡、氢氧化钠、去离子水和无水乙醇的重量比为1∶0.88∶40∶40；在混合溶液中加入聚四氟乙烯，所述的混合溶液和聚四氟乙烯的重量比为1∶0.1，放入高压釜中，将高压釜密封放入烘箱中，设定烘箱温度为190℃，保温24小时，取出，过滤，所得固体依次用去离子水和无水乙醇清洗，在空气中120℃干燥24小时，即制得二氧化锡纳米棒。
将二氧化锡纳米棒加入蒸馏水中，所述的二氧化锡纳米棒与蒸馏水的重量比为1∶40，超声波震荡5小时后，加入pH为7.5的乙酸锌和六次甲基四胺的混合水溶液并置于高压釜中，所述的二氧化锡纳米棒与乙酸锌和六次甲基四胺的混合水溶液的重量比为1∶40，混合水溶液中乙酸锌的含量为0.005mol/L，六次甲基四胺的含量根据pH值来加入，将高压釜放入烘箱中，设定烘箱温度为85℃，保温6小时，取出，过滤，所得固体依次用去离子水和无水乙醇清洗，在空气中70℃干燥24小时，即制得二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米棒。如图2所示，为实施例2所制得的二氧化锡/氧化锌纳米棒结构的扫描电镜(SEM)图，测试其场发射性能，结果如图6所示。
实施例3
将锡和硝酸铁按重量比1∶1.7混合，放在铝基底上，并将铝基底连同其上的锡和硝酸铁放入管式炉中心，以流量50sccm通入氩气及氢气的混合气体，氩气及氢气的流量比为1∶0.05，使管式炉内气压为350托并将管式炉的温度提升到800℃，保持30分钟，然后将温度升高到1080℃，保持30分钟后，冷却至室温，即制得二氧化锡纳米花。
将二氧化锡纳米花加入蒸馏水中，所述的二氧化锡纳米花与蒸馏水的重量比为1∶40，以超声波震荡器超声波震荡5小时后，加入pH为7.5的乙酸锌和六次甲基四胺的混合水溶液并置于高压釜中，所述的二氧化锡纳米花与乙酸锌和六次甲基四胺的混合水溶液的重量比为1∶40，混合水溶液中乙酸锌的含量为0.001mol/L，六次甲基四胺的含量根据pH值来加入，将高压釜放入烘箱中，设定烘箱温度为85℃，保温7小时，取出，过滤，所得固体依次用去离子水和无水乙醇清洗，在空气中70℃干燥24小时，即制得二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米花。如图3所示，为实施例3所制得的二氧化锡/氧化锌纳米花结构的扫描电镜(SEM)图，如图5所示，为实施例3所制得的二氧化锡/氧化锌纳米花结构的能谱(EDS)图，测试其场发射性能，结果如图6所示。
Claims (2)
1.一种二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米复合材料的合成方法，其特征在于，具体步骤为：将二氧化锡纳米棒加入蒸馏水中，超声波震荡4～5小时后，加入pH为7.3～7.5的乙酸锌和六次甲基四胺的混合水溶液并置于高压釜中，将高压釜放入烘箱中，设定烘箱温度为82～85℃，保温6～7小时，取出，过滤，所得固体依次用去离子水和无水乙醇清洗，在空气中65～70℃干燥20～24小时，即制得二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米复合材料；所述的二氧化锡纳米棒的制备方法为：将锡前驱体、氢氧化钠与溶剂配制成混合溶液，加入聚四氟乙烯，所述的混合溶液和聚四氟乙烯的重量比为1：0.09～0.1，放入高压釜中，将高压釜密封放入烘箱中，设定烘箱温度为185～190℃，保温20～24小时，取出，过滤，所得固体依次用去离子水和无水乙醇清洗，在空气中115～120℃干燥20～24小时，即制得二氧化锡纳米棒；所述的锡前驱体为四氯化锡，所述的溶剂为去离子水和乙醇，所述混合溶液的配制方法为：将四氯化锡和氢氧化钠加入到去离子水中，超声波震荡8～10分钟，加入乙醇，超声波震荡20～24小时，得到混合溶液，所述的四氯化锡、氢氧化钠、去离子水和乙醇的重量比为1：0.85～0.9：38～40：38～40；所述的二氧化锡纳米棒与蒸馏水的重量比为1：40～45；所述的二氧化锡纳米棒与乙酸锌和六次甲基四胺的混合水溶液的重量比为1：40～45；所述的混合水溶液中乙酸锌的含量为0.005mol/L，烘箱温度为82～85℃，保温6～7小时，所得的二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米复合材料为二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米棒。
2.一种二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米复合材料的合成方法，其特征在于，具体步骤为：将二氧化锡纳米花加入蒸馏水中，超声波震荡4～5小时后，加入pH为7.3～7.5的乙酸锌和六次甲基四胺的混合水溶液并置于高压釜中，将高压釜放入烘箱中，设定烘箱温度为82～85℃，保温6～7小时，取出，过滤，所得固体依次用去离子水和无水乙醇清洗，在空气中65～70℃干燥20～24小时，即制得二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米复合材料；所述的二氧化锡纳米花的制备方法为：将锡和硝酸盐按重量比1：1.5～1.8混合，放在铝基底上，并将铝基底连同其上的锡和硝酸盐放入管式炉中心，以流量45～50sccm通入氩气及氢气的混合气体，氩气及氢气的流量比为1：0.04～0.05，使管式炉内气压为340～350托并将管式炉的温度提升到790～800℃，保持25～30分钟，然后将温度升高到1050～1080℃，保持25～30分钟后，冷却至室温，即制得二氧化锡纳米花；所述的硝酸盐为硝酸铁；所述的二氧化锡纳米花与蒸馏水的重量比为1：40～45；所述的二氧化锡纳米花与乙酸锌和六次甲基四胺的混合水溶液的重量比为1：40～45；所述的混合水溶液中乙酸锌的含量为0.001mol/L，烘箱温度为82～85℃，保温6～7小时，所得的二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米复合材料为二氧化锡/氧化锌核壳结构纳米花。
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