CN1491895A - 纳米氧化锌材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米氧化锌材料的制备方法，该方法为表面修饰前驱体法，即在碳酸氢氨和氯化锌组成的前驱体中加入微量的阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(C₁₂H₂₅NaO₄S)修饰，可以得到疏松的线状前驱体，然后再对线状前驱体煅烧，便可得到分散性好、而且线性分布均匀的纳米氧化锌材料，比现有的其它制备纳米氧化锌材料的方法都简单、易操作而且价廉，适合于工业化生产。

Description

纳米氧化锌材料的制备方法

技术领域

本发明涉及半导体低维纳米材料的制备方法，具体是指纳米氧化锌材料的制备方法。

背景技术

氧化锌(ZnO)是一种直接带隙宽禁带(Eg＝3.37eV)半导体材料，室温下有较大的激子束缚能(60meV)，比室温热离化能(26meV)大，因而能保证其在室温下发射紫外激光。因此，与其它几种宽禁带发光材料如ZnSe(激子束缚能22meV)、ZnS(40meV)和GaN(25meV)相比，ZnO是一种适用于室温或更高温度下的紫外光发射材料，且具有巨大的应用潜力，如发光二极管、激光二极管等蓝光或紫外光电器件。

与体材料相比，纳米ZnO有其特殊的性质，由于材料的尺寸小、比表面积大，表面键态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等原因，导致表面的活性位置增多，形成了凸凹不平的原子台阶，加大了反应接触面，这使得纳米氧化锌成为一种很有前途的催化剂。纳米氧化锌也是少数几种易实现量子尺寸效应的氧化物半导体之一，利用其半导体性质可作放电击穿记录纸，它是在低压电子射线下唯一可发光的物质，用于荧光灯可以延长灯管使用寿命，利用它的压电性能可制造压电音义、振子表面波滤器等。同时纳米氧化锌在太阳能转换、变阻器、陶瓷、气敏元件、隐身材料等领域也得到了广泛应用。因此，目前关于纳米ZnO一维材料的制备引起了人们极大的兴趣。

目前，纳米ZnO材料的制备方法主要有模板法、气-液-固法、化学气相沉积法(CVD)等。这些方法虽然可以得到分散性好的、较纯的纳米ZnO材料，但是由于其对设备和原料要求高、产量低，生产成本高，因此不适合工业化生产。

发明内容

为解决已有纳米ZnO材料制备方法中存在的问题，本发明的目的是提出一种生产成本低和对原料要求不高的、适合于工业化生产的制备方法。

本发明的制备方法为表面修饰前驱体法，该方法是先制备出线状前驱体，然后再对线状前驱体煅烧，便可得到分散性好、线性分布均匀且由球颗粒有序排列的纳米ZnO材料。

我们发现在制备前驱体时，加入微量的阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(C₁₂H₂₅NaO₄S)修饰，可以得到疏松的线状前驱体，煅烧线状前驱体可以得到不仅分散性好，而且线性分布均匀的纳米ZnO，比现有的其它制备纳米ZnO材料的方法都简单、易操作而且价廉，适合工业化生产。

线状纳米ZnO材料的制备过程为：

1.在室温下，将化学纯碳酸氢氨(NH₄HCO₃)溶于蒸馏水中，使其浓度为1.6-2.4mol/L；再加入阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(C₁₂H₂₅NaO₄S)，使其浓度为1×10^-4mol/L；在不断搅拌下慢慢加入分析纯氯化锌(ZnCl₂)，使其浓度为0.8-1.2mol/L，最后得到白色沉淀物。

2.将上述白色沉淀物用95％乙醇连续抽滤洗涤三次，然后将沉淀物在40-60℃烘箱中烘烤3-4小时，以除去溶剂，得到线状前驱体。

3.将烘干的线状前驱体置于管式炉中，空气气氛下，将管式炉升温至240-260℃，保温煅烧0.81-1.2小时得到线状纳米ZnO材料。

鹅卵石状纳米ZnO材料的制备过程为：

重复上述步骤1和2，得到线状前驱体，将烘干的线状前驱体置于管式炉中，空气气氛下，将管式炉升温至580-620℃，保温0.81-1.2小时即可得到鹅卵石状纳米ZnO材料。

本发明方法制备的纳米氧化锌材料具有如下优点：

1.制备的纳米材料分散性好，均匀性好，形貌单一，结晶性良好。

2.不需要复杂的仪器设备，节省能源，且成本低，易于工业化生产。

附图说明

图1.本发明的线状氧化锌前驱体的透射电镜(TEM)照片。

图2.本发明的线状纳米氧化锌材料的透射电镜(TEM)照片。

图3.本发明的线状纳米氧化锌材料的X射线衍射(XRD)测试结果。

图4.本发明的鹅卵石状纳米氧化锌的透射电镜(TEM)照片。

具体实施方式

下面我们通过实施例对本发明作进一步描述：

1.清洗所用的器皿：

将制备材料所用的烧杯、量筒、玻璃棒、容量瓶、瓷舟等先用稀盐酸清洗一次，然后用自来水冲洗，再用蒸馏水洗3次。将洗好的器皿在50℃的温度下烘烤4小时后备用。

2.前驱体的制备

在室温下，将化学纯碳酸氢氨(NH₄HCO₃)8.0克溶解在100毫升蒸馏水中，加入5毫升1×10^-4mol/L的阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(C₁₂H₂₅NaO₄S)水溶液，然后在不断搅拌下慢慢加入6.84克氯化锌(ZnCl₂)，得到白色沉淀物。

然后用95％乙醇对上述白色沉淀物抽滤洗涤三次，将抽滤洗涤后的白色沉淀物置于40-60℃的烘箱中烘3-4小时，得到线状前驱体，见图1。

3.线状纳米氧化锌材料的制备

取一定量的线状前驱体放入清洗过且烘干了的瓷舟中，置于管式炉中，在空气气氛下，将管式炉升温至250℃，然后保温煅烧1小时，得到线状纳米氧化锌材料，见图2。本发明的线状纳米氧化锌材料取向是沿[101]方向，见图3。

图4为将管式炉温度升高至600℃，保温1小时后得到的鹅卵石状纳米氧化锌材料。

Claims (1)

1.一种纳米氧化锌材料的制备方法，其特征在于该制备方法依次包括如下步骤：

A.在室温下，将化学纯碳酸氢氨(NH₄HCO₃)溶于蒸馏水中，使其浓度为1.6-2.4mol/L；再加入阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(C₁₂H₂₅NaO₄S)，使其浓度为1×10^-4mol/L；在不断搅拌下慢慢加入分析纯氯化锌(ZnCl₂)，使其浓度为0.8-1.2mol/L，最后得到白色沉淀物；

B.将上述白色沉淀物用95％乙醇连续抽滤洗涤三次，然后将沉淀物放在40-60℃烘箱中烘烤3-4小时，以除去溶剂，得到线状前驱体；

C.将烘干的线状前驱体置于管式炉中，在空气气氛下，将管式炉升温至240-260℃，保温煅烧0.8-1.2小时得到线状纳米氧化锌；

D.如果要想得到鹅卵石状纳米氧化锌，则在A、B步骤后，将置于管式炉中线状前驱体温度升高至580-682℃，保温0.8-1.2小时即可。

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