CN1238577C - 片状纳米氧化锌单晶的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直径达微米级的片状纳米氧化锌单晶的制备方法。片状纳米氧化锌单晶的制备方法，其特征是由如下步骤实现：1)原料的准备：各组份所占总重量的百分比为：锌盐0.9-19.8，乙醇10-40，水39.4-67，尿素0.3-5.94，硝酸或/和盐酸0-5；2)首先将锌盐溶解，搅拌过滤，取其滤液；将上述滤液与乙醇-水溶液混合，再加入尿素，搅拌均匀；3)加热升温，在70-85℃温度下，恒温反应0.5-3.0h，过滤、蒸馏水洗涤，得到前驱物；4)将前驱物置于75-85℃烘箱中，将干燥后的前驱物置于马弗炉中，煅烧温度为100-600℃，时间为2.0-3.5h，得产品。本发明具有在开放体系中易于控制、低成本的特点。

Description

片状纳米氧化锌单晶的制备方法

技术领域

本发明涉及一种直径达微米级的片状纳米氧化锌单晶的制备方法。

背景技术

氧化锌是当今各国高科技研究与开发前沿领域最重要的光电子半导体材料之一。世界各国特别是美、日、韩三国科学家都以极大的热情相继投入了大量研究；最早的研究报道始于80年代初期的日本，1983年Kanata等以锌的乙酰配合物为原料，利用气相合成法制备出粒径为126～136nm的氧化锌。至80年代中期以后，国际上研究纳米氧化锌的机构日渐增多，各类研究方法和技术也日趋多样；如1986年Barringer.E等用水解法制备出40nm的氧化锌；1987年Shimizu等用液相法制备出8-10nm的氧化锌产品；1988年Mitarai等用CVD法制备出10-20nm的氧化锌；到了90年代又先后出现了喷雾热解法，激光诱导CVD，熔胶-凝胶法等纳米氧化锌的制备技术报导。1999年R.Trboulet等经过连续40天生长曾获得过体积为1cm3高质量氧化锌体单晶，显现体单晶材料不易获得。由于纳米材料制备相对简单，且纳米尺度下，氧化锌表现出与体晶材料不同的特殊性质。1999年，根据Choopums等人的报道，在室温下观测到微晶薄膜(具有纳米结构)的光泵激光发射，这使得氧化锌迅速成为短波半导体激光器件材料研究的国际热点，

1997年，中国科技大学在国内首先以硅衬底生长出具有紫外发光特性的氧化锌薄膜，并发现了它的光致伏特效应。近年来中国科学院激发态物理重点实验室对氧化锌的光致发光进行了多项研究。如张喜田、刘益春等研究了ZnO:Er薄膜的结构和发光特征，刘玉学、刘益春、沈德振等研究了SiO2基质中镶嵌ZnO纳米粒子的结构和发光性质、刘英麟等研究了用非水二甲基溶液做电解液沉淀ZnO纳米晶薄膜、支壮志、李丙生等研究了生长温度对等离子体增强化学气相沉积生长ZnO薄膜质量的影响等。

最近的几种新异形态的纳米氧化锌，如热蒸镀法获得的纳米带，截面为矩形(长30-300nm，宽5-10nm)；催化氧化法获得的类四角锥体晶体(直径约30nm，长度为几百纳米)；气相反应得到的纳米棒(直径10-200nm，长度约为几微米)；催化气相传输沉积纳米线(直径20nm-150nm，长度可达10mm)。而有关片状纳米氧化锌晶体的报道仅见于2000年刘雪宁等发表的利用高分子模板法获得直径边长为40nm六角形状的片状纳米氧化锌薄膜。综上所述已公开的技术所制备的纳米氧化锌仅限于纳米级的氧化锌颗粒材料或由纳米级颗粒的自组装行为所制备的纳米氧化锌单晶薄膜，而1999年R.Trboulet用直接制备法制备的氧化锌单晶的技术方法制备成本过高，且制备时间长，不易控制。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种在开放体系中易于控制的低成本的微米级片状纳米氧化锌单晶的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：片状纳米氧化锌单晶的制备方法，其特征是由如下步骤实现：

1).原料的准备：

锌盐、尿素、乙醇和水，其各组份所占总重量的百分比为：

锌盐           0.9-19.8，      乙醇    10-40，

水             39.4-67，       尿素    0.3-5.94，

硝酸或/和盐酸  0-5，

所述的锌盐为硝酸锌或碳酸锌或碱式碳酸锌；

2).锌盐为碳酸锌或碱式碳酸锌时，首先将锌盐放入容器中，分别用浓硝酸或/和浓盐酸溶解，硝酸和盐酸混合时二者为任意配比；搅拌过滤，取其滤液；将上述滤液与乙醇-水溶液混合，再加入尿素，搅拌均匀；

锌盐为硝酸锌时，直接加入水，搅拌过滤，取其滤液；将上述滤液与乙醇-水溶液混合，再加入尿素，搅拌均匀；

3).加热升温，在70-85℃温度下，恒温反应0.5-3.0h，过滤、蒸馏水洗涤，得到前驱物；

4).将前驱物置于75-85℃烘箱中，将干燥后的前驱物置于马弗炉中，煅烧温度为100-600℃，时间为2.0-3.5h，得产品。

本发明所制备的氧化锌均为无色透明的片状晶体，通过显微镜下度量片状晶体的的直径大小一般在3-30微米之间，片状晶体的结晶形貌为五角形、三角形、矩形、正六边形以及其他不规则形状；片晶的上面有很多相嵌生长的小晶片(见图1)；依据微分反射干涉显微镜检测为单晶。用静态氮气吸附法，测试得到产物的比表面积为18.35m².g^-1。经透射电经分析片状晶体的厚度为30～60nm。SEM(扫描电镜)分析可以观察到在010面上的正六边型的120度夹角(见图2)。本发明具有在开放体系中易于控制、低成本的特点。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的片状ZnO的SEM图。

图2是本发明实施例2片状纳米氧化锌单晶的照片；(SEM)×1650。

具体实施方式

实施例1：

称取重量的百分比为12.2％的乙醇溶入67％的水中，取19.8％的Zn(NO₃)₂溶入上述溶液中，搅拌。当体系温度升至50℃时，加入1％的CO(NH₂)₂溶液，等温度升至70℃时，恒温，并减慢搅拌速度。恒温反应2.5h后，停止搅拌，从水浴锅中取出，待其稍冷却后抽率，沉淀用蒸馏水洗涤多次。滤饼自然风干后在200℃下在干燥箱恒温2h得纯净氧化锌单晶。

实施例2：

将重量的百分比为0.96％的碱式碳酸锌放入容器中，用2.5％的浓硝酸、2.5％的浓盐酸溶解，搅拌过滤，取其滤液。在装有滤液的容器中加入由39％乙醇和49.1％的水组成的水溶液中，再加入5.94％的尿素，搅拌，加热升温，在80-83℃温度下，恒温反应3.0h，过滤、蒸馏水洗涤，得到前驱物。将前驱物置于80℃烘箱中，将干燥后的前驱物置于马弗炉中，煅烧3h得纯净氧化锌单晶。

实施例3：

将重量的百分比为10％的碳酸锌放入容器中，用2.5％的浓硝酸溶解，搅拌过滤，取其滤液。在装有滤液的容器中加入由30％乙醇和54.5％的水组成的水溶液中，再加入3％的尿素，搅拌，加热升温，在80-83℃温度下，恒温反应3.0h，过滤、蒸馏水洗涤，得到前驱物。将前驱物置于80℃烘箱中，将干燥后的前驱物置于马弗炉中，煅烧3h得纯净氧化锌单晶。

Claims (1)

1.片状纳米氧化锌单晶的制备方法，其特征是由如下步骤实现：

1).原料的准备：

锌盐、尿素、乙醇和水，其各组份所占总重量的百分比为：

锌盐0.9-19.8，                              乙醇10-40，

水39.4-67，                                 尿素0.3-5.94，

硝酸或/和盐酸0-5，

所述的锌盐为硝酸锌或碳酸锌或碱式碳酸锌；

2).锌盐为碳酸锌或碱式碳酸锌时，首先将锌盐放入容器中，分别用浓硝酸或/和浓盐酸溶解，硝酸和盐酸混合时二者为任意配比；搅拌过滤，取其滤液；将上述滤液与乙醇-水溶液混合，再加入尿素，搅拌均匀；

锌盐为硝酸锌时，直接加入水，搅拌过滤，取其滤液；将上述滤液与乙醇-水溶液混合，再加入尿素，搅拌均匀；

3).加热升温，在70-85℃温度下，恒温反应0.5-3.0h，过滤、蒸馏水洗涤，得到前驱物；

4).将前驱物置于75-85℃烘箱中，将干燥后的前驱物置于马弗炉中，煅烧温度为100-600℃，时间为2.0-3.5h，得产品。