CN1557718A - 纳米管定向排列的氧化锌纳米材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种纳米管定向排列的氧化锌纳米材料的制备方法，首先将锌盐、氨水、硫脲和铵盐按一定比例溶于去离子水，制备成薄膜生长反应液，然后将处理过的基片浸入制备好的薄膜生长反应液中，在预超声35～40分钟后，升温至94～97℃，反应45～60分钟即可获得致密的具有定向排列的纳米管定向排列的氧化锌纳米材料。本发明方法操作简单、成本低，生产周期短，制备的纳米管定向排列的氧化锌纳米材料由定向排列的纳米管组成，纳米管平均直径为500nm，厚度100nm，长度6μm。

Description

纳米管定向排列的氧化锌纳米材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种氧化锌纳米材料的制备方法，尤其涉及一种纳米管定向排列的氧化锌纳米材料制备方法，采用化学溶液生长法制备纳米管定向排列的氧化锌纳米材料。
背景技术
纳米材料的结构和形貌对纳米材料的性能和应用有很大的影响，制备出特定结构和形貌的纳米晶体材料对于开发纳米材料功能的新领域有重要的意义。在纳米材料众多的形貌中(纳米球、纳米棒、纳米线、纳米带、纳米纤维、纳米管)，纳米管因其独特的结构成为研究的焦点。自从1991年碳纳米管问世以来，大量的单质(硅、锗、铜、锑等)和化合物(氧化钒、氧化锌、二氧化硅、二氧化钛、氮化镓、氮化硼、氮化铝、碳化硅、二硫化钼等)的纳米管先后被成功的制备出来。在这些管状纳米材料之中，氧化锌由于具有良好的光、电、磁性能而在紫外吸收材料，光催化材料，变阻器、电极材料、太阳能电池等功能性的纳米材料和器件上有广泛的应用，因而备受重视。氧化锌纳米管的出现，为氧化锌纳米材料的功能开发带来了新的生命。但是目前氧化锌纳米材料的研究有两个不足之处，一个是制备方法要求高。目前已经报道的氧化锌纳米管的制备方法只有气相法和溶剂热法两种。而这两种方法需要高温、高压或高真空等极端苛刻的条件，这些条件给材料制备的成本和效率带来了非常不利的影响，因而需要加以改进或者取代。另外一个不足之处在于目前制备出的氧化锌纳米管材料都是粉末状无规分散的，这样对于纳米器件的应用还有一定的距离。而将管状的纳米材料按照一定的方式排列到半导体材料上将对纳米器件的应用有着重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种操作简单，反应温度低、成本低、生产效率高的纳米管定向排列的氧化锌纳米材料的制备方法。
为实现这样的目的，本发明的技术方案中，采用化学溶液法制备纳米管定向排列的氧化锌纳米材料。将处理过的基片浸入制备好的锌盐、氨水、硫脲和铵盐混合溶液中，在预超声35～40分钟后，升温至94～97℃，反应45～60分钟即可获得致密的具有定向排列的氧化锌纳米管材料。制备的纳米管定向排列的氧化锌纳米材料由定向排列的纳米管组成，纳米管的平均直径为500nm，厚度100nm，长度6μm。
本发明的制备方法包括如下具体步骤：
①薄膜生长反应液的制备：将锌盐、氨水、硫脲和铵盐按一定比例溶于去离子水，制备成薄膜生长反应液。每100ml反应液中含锌盐0.01mol、25％(质量比)氨水5ml、硫脲0.01mol和铵盐0.002mol。
本发明所说的锌盐为六水合硝酸锌；铵盐为氯化铵。
②基片的预处理：首先将基片浸入到沸腾的98％的浓硫酸中5～10小时，然后浸入到丙酮中超声30～60分钟，接下来用大量的去离子水冲洗，最后将基片在真空烘箱中晾干，待用。
本发明所说的基片是玻璃片或石英基片。
③纳米管定向排列的氧化锌纳米材料的合成：在反应前，首先将基片浸润到上述制备好的薄膜生长反应溶液中；然后将反应溶液置于超声器中，超声35-40分钟；再将反应体系升温至94～97℃，升温速率10～20度/分，在94～97℃下反应45～60分钟。反应结束后用冰水快速冷却，然后将基片放于去离子水中超声1～2分钟，用大量去离子水冲洗，经过多次洗涤后自然晾干即可获得纳米管定向排列的氧化锌纳米材料。
本发明的优良效果是：
①由于采用了氨水和铵盐的缓冲溶液作为反应液，使得在氧化锌纳米管晶体生长的过程中反应溶液的的PH值在一定程度上保持稳定，这为纳米管排列的均匀生长提供了良好的生长化境，因而制备的氧化锌纳米管均匀性好。
②由于本专利采用的化学溶液法反应温度低，只有94～97℃，反应时间短，最短只需45分钟，反应原料便宜，只需要常用的锌盐、氨水和铵盐，因而本发明方法操作简单、成本低，效率高，制备的纳米管定向排列的氧化锌纳米材料由直径为500纳米，厚度为100纳米、长度6微米的六方棱柱状的纳米管定向排列组成。
附图说明
图1为本发明实施例1所得到的纳米管定向排列的氧化锌纳米材料的X-射线衍射图。
图2为本发明实施例1所得到的纳米管定向排列的氧化锌纳米材料的能谱图(EDS)。
图3为本发明实施例1所得到的纳米管定向排列的氧化锌纳米材料的扫描电子显微镜照片，其中a图是低倍放大照片，b图是高倍放大照片。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
实施例1
①在一个100mL的四氟乙烯塑料瓶中，将0.01mol硝酸锌、0.01mol硫脲、0.002mol氯化铵溶于95mL去离子水中，搅拌至全部溶解后加入5ml 25％的氨水，加入的同时继续搅拌，溶液澄清后便制备成氧化锌薄膜生长的反应液。
②将长50mm宽20mm的石英片浸入到沸腾的浓硫酸中，浸泡10小时后再浸入丙酮溶液中，超声30分钟，再用大量的去离子水冲洗，最后放入真空烘箱中干燥。
③将按照步骤②处理的石英基片浸入到按照①所配置的反应液中，超声35分钟，然后将反应瓶置于油浴锅中，按照10度/分的速度将反应温度升至95℃，保持45分钟。然后将石英基片浸入到冰水域中冷却。冷却后将石英基片浸入到去离子水中超声2分钟，再用大量去离子水冲洗。最后将石英基片室温下晾干，即得到纳米管定向排列的氧化锌纳米材料。
所得到纳米管定向排列的氧化锌纳米材料的X-射线衍射谱图如图1。由图1可见所制备的材料为纯的氧化锌，没有其它杂质，晶形为六方晶形。为了进一步证明产物的纯度，对产物进行了扫描电镜的元素EDS分析，图2便是产物的EDS图，由图可知，产物只有锌和氧两种元素，没有其它硫等元素的杂质。扫描电子显微镜照片如图3，其中a图是所制备的纳米材料的正面电镜图片，b图是a图的放大图片。由图可见所制备的氧化锌材料由六方棱柱状的纳米管组成，氧化锌纳米管的直径约为500纳米，厚度为100纳米，长度约6微米，长径比约为12。
实施例2
①在一个100mL的四氟乙烯塑料瓶中，将0.01mol硝酸锌、0.01mol硫脲、0.002mol氯化铵溶于95mL去离子水中，搅拌至全部溶解后加入5ml 25％的氨水，加入的同时继续搅拌，溶液澄清后便制备成氧化锌薄膜生长的反应液。
②将长50mm宽20mm的玻璃片浸入到沸腾的浓硫酸中，浸泡10小时后再浸入丙酮溶液中，超声60分钟，再用大量的去离子水冲洗，最后放入真空烘箱中干燥。
③将按照步骤②处理的玻璃基片浸入到按照①所配置的反应液中，超声40分钟，然后将反应瓶置于油浴锅中，按照20度/分的速度将反应温度升至97℃，保持50分钟。然后将玻璃基片浸入到冰水域中冷却。冷却后将玻璃基片浸入到去离子水中超声1分钟，再用大量去离子水冲洗。最后将玻璃基片室温下晾干，即得到纳米管定向排列的氧化锌纳米材料。
实施例3
①在一个100mL的四氟乙烯塑料瓶中，将0.01mol硝酸锌、0.01mol硫脲、0.002mol氯化铵溶于95mL去离子水中，搅拌至全部溶解后加入5ml 25％的氨水，加入的同时继续搅拌，溶液澄清后便制备成纳米管定向排列的氧化锌纳米材料生长的反应液。
②将长50mm宽20mm的石英片浸入到沸腾的浓硫酸中，浸泡8小时后再浸入丙酮溶液中，超声45分钟，再用大量的去离子水冲洗，最后放入真空烘箱中干燥。
③将按照步骤②处理的石英基片浸入到按照①所配置的反应液中，超声38分钟，然后将反应瓶置于油浴锅中，按照15度/分的速度将反应温度升至94℃，保持60分钟。然后将石英基片浸入到冰水域中冷却。冷却后将石英基片浸入到去离子水中超声1分钟，再用大量去离子水冲洗。最后将石英基片室温下晾干，即得到纳米管定向排列的氧化锌纳米材料。

Claims (3)

1、一种纳米管定向排列的氧化锌纳米材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①薄膜生长反应液的制备：将锌盐、硫脲、氨水和铵盐溶于去离子水，制备成薄膜生长反应液，每100ml反应液中含锌盐0.01mol、质量比为25％的氨水5ml、硫脲0.01mol和铵盐0.002mol；
②基片的预处理：将基片浸入到沸腾的98％的浓硫酸中5～10小时，然后浸入到丙酮中超声30～60分钟，用去离子水冲洗后将基片在真空烘箱中晾干，待用；
③纳米管定向排列的氧化锌纳米材料的合成：反应前先将基片浸润到上述制备好的薄膜生长反应溶液中，然后将反应溶液置于超声器中，超声35-40分钟，再将反应体系升温至94～97℃，升温速率10～20度/分，在94～97℃下反应45～60分钟，反应结束后快速冷却，然后将基片放于去离子水中超声1～2分钟，用去离子水洗涤后自然晾干，即可获得六方棱柱状的纳米管定向排列的氧化锌纳米材料。
2、如权利要求1的纳米管定向排列的氧化锌纳米材料的制备方法，其特征在于所述的锌盐为六水合硝酸锌，铵盐为氯化铵。
3、如权利要求1的纳米管定向排列的氧化锌纳米材料的制备方法，其特征在于所述的基片是玻璃片或是石英基片。
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