專利名稱：單分散無團(tuán)聚及強(qiáng)紫外吸收的納米氧化鋅的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單分散無團(tuán)聚及強(qiáng)紫外吸收的納米氧化鋅的制備方法，具體涉及采用化學(xué)溶液法制備具有單分散、無團(tuán)聚、強(qiáng)紫外吸收特性的氧化鋅納米晶體，屬于無機(jī)納米材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米氧化鋅是一種良好的半導(dǎo)體材料，它由于具有較大的能隙寬度(和氮化鎵相似)而具有良好的發(fā)光、光電轉(zhuǎn)換、紫外吸收等性能，廣泛應(yīng)用于發(fā)光材料、光電轉(zhuǎn)換材料、橡膠、陶瓷、涂料、日用化工材料，可以用來制造氣敏材料、發(fā)光電極、橡膠添加劑、氣體傳感器、紫外線遮蔽材料、變壓器和多種光學(xué)裝置。2001年，權(quán)威雜質(zhì)Science上報道了室溫下納米氧化鋅可產(chǎn)生激射現(xiàn)象而引起人們的廣泛關(guān)注，使其成為納米材料研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。近年來關(guān)于納米氧化鋅材料的制備方法報道較多，包括氣相合成法，例如化學(xué)氣相沉積(CVD)、磁控濺射法、噴霧熱解法、脈沖激光沉積法(PLD)、原子層外延生長法以及分子束外延法等，溶液合成法，包括溶膠凝膠法、水解法、水熱法、反相乳液法、沉淀法和電化學(xué)沉積法。相比較之下，氣相方法中存在反應(yīng)溫度高、設(shè)備復(fù)雜、成本高、效率低等缺點(diǎn)。而溶液合成法簡單方便、成本低、效率高。但是目前采用的溶液方法制備納米氧化鋅存在著粒徑不均勻和易團(tuán)聚的缺點(diǎn)，而這些缺點(diǎn)對納米氧化鋅的光、電等性能有很大的影響，因而難以滿足科研和市場的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種粒徑均勻、無團(tuán)聚的、操作簡單，反應(yīng)溫度低、成本低、生產(chǎn)效率高的氧化鋅納米晶體的制備方法。
為實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案中，采用聚乙烯吡咯烷酮輔助的化學(xué)溶液法制備納米氧化鋅晶體。聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是日化工業(yè)的重要原料。作為一種新型高分子表面活性劑，它具有優(yōu)良的溶解性、生物相容性、低毒性、成膜性及高分子表面活性、膠體保護(hù)能力和與許多化合物的復(fù)合能力，因而成為制備納米材料的優(yōu)良的保護(hù)劑。本發(fā)明技術(shù)中，首先將鋅鹽和氨源分別按照一定的濃度和比例溶解于甲醇溶液中，再加入一定比例的PVP，在溶液澄清后倒入四氟乙烯反應(yīng)器中，密閉，升溫至95-100℃，反應(yīng)3-4小時即可獲得納米氧化鋅晶體。制備的納米氧化鋅晶體的尺寸為13-17納米，粒徑均勻并且沒有團(tuán)聚，并且具有優(yōu)良的紫外光吸收特性，經(jīng)過室溫放置一年，所制備的納米氧化鋅仍然沒有團(tuán)聚。
本發(fā)明的制備方法包括如下具體步驟①反應(yīng)溶液的制備鋅鹽和氨源分別按照1∶1.5的摩爾濃度比例溶解于甲醇溶液中，再加入一定濃度的聚乙烯吡咯烷酮PVP，攪拌至溶液澄清，即可制備成反應(yīng)溶液。
本發(fā)明所說的鋅鹽為六水合硝酸鋅；氨源為六次亞甲基四氨(HMT，俗稱烏洛托品)。
本發(fā)明所說的各個原料用量的比例為鋅鹽、氨源、聚乙烯吡咯烷酮、甲醇用量的比例為0.0005摩爾∶0.00075摩爾∶0.5克∶100毫升。
②納米氧化鋅的合成將上述制備好的氧化鋅納米晶的生長反應(yīng)溶液倒入四氟乙烯反應(yīng)器中，密閉，升溫至95-100℃，反應(yīng)3-4小時，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至常溫，離心分離，經(jīng)過多次洗滌后自然晾干即可獲得納米氧化鋅晶體。
本發(fā)明的優(yōu)良效果是①產(chǎn)物納米氧化鋅的粒徑均勻，并且沒有團(tuán)聚。
②產(chǎn)物納米氧化鋅具有優(yōu)良的紫外光吸收特性，相對比于沒有添加PVP所制備的納米氧化鋅，其紫外吸收強(qiáng)度提高了4倍。
③PVP是一種常用的化工原料，來源豐富、成本低。
④由于HMT是一種受熱緩慢分解的氨源，可以均勻的和硝酸鋅反應(yīng)，因而可以均勻生成納米氧化鋅晶體。
⑤甲醇是一種底沸點(diǎn)的溶劑，在較低的溫度下具有較高的蒸汽壓，使得反應(yīng)溶液粘度降低，為獲得粒徑較小的納米晶體提供了條件。
⑥由于本發(fā)明采用的化學(xué)溶液法反應(yīng)溫度低，只有95～100℃，反應(yīng)時間短，最短只需3小時，反應(yīng)原料便宜，溶劑甲醇可回收再利用，反應(yīng)體系密閉，不會造成污染，因而本發(fā)明方法操作簡單、成本低，效率高，制備的納米氧化鋅晶體粒徑分布均勻，沒有團(tuán)聚，并且具有優(yōu)良的紫外光吸收特性，為氧化鋅納米材料的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明實施例1所得到的納米氧化鋅粉末的X-射線衍射圖。
圖2為本發(fā)明實施例1所得到的納米氧化鋅透射電子顯微鏡照片。
圖2中，a大面積透射電鏡圖片，b為放大透射電鏡圖片，c為電子衍射圖片。
圖3為本發(fā)明包括實施例1在內(nèi)的在不同PVP濃度下所得到的納米氧化鋅材料的紫外-可見光譜吸收圖。
具體實施例方式
下面的實施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
實施例1①反應(yīng)溶液的制備將0.0005mol硝酸鋅、0.00075mol六次亞甲基四氨溶解于100ml甲醇溶液中，再加入0.5克PVP，攪拌至溶液澄清，即可制備成反應(yīng)溶液。
②納米氧化鋅的合成將上述制備好的氧化鋅納米晶的生長反應(yīng)溶液倒入四氟乙烯反應(yīng)器中，密閉，升溫至100℃，反應(yīng)3小時，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至常溫，取出樣品用離心分離，經(jīng)過多次洗滌后自然晾干即可獲得納米氧化鋅晶體。
所得到氧化鋅薄膜的X-射線衍射譜圖如圖1，由圖1可見所制備的氧化鋅為六方晶形(36-1451)。根據(jù)Scherrer公式計算的氧化鋅晶體的粒徑為15納米。透射電子顯微鏡照片如圖2a，b，由圖可見所制備的氧化鋅的粒徑約為15(13-17之間)納米，和XRD一致。所制備的氧化鋅晶體粒徑分布均勻、分散性好、沒有團(tuán)聚。圖2c是所制備的納米氧化鋅晶體的電子衍射照片，由圖中亮點(diǎn)可知，所制備的納米氧化鋅為單晶。所制得的納米氧化鋅的紫外-可見光吸收光譜如圖3曲線c。由圖可見，所制備的納米氧化鋅在紫外區(qū)有很好的吸收性，可見光區(qū)有很好的透過性。圖3曲線a、b和d分別是在不同PVP濃度(0％、0.25％、2％)獲得的納米氧化鋅的紫外-可見光吸收光譜，由圖可見，在PVP濃度為0.5％時，所獲得的納米氧化鋅材料具有最好的紫外吸收性能。
實施例2①反應(yīng)溶液的制備將0.0005mol硝酸鋅、0.00075mol六次亞甲基四氨溶解于100ml甲醇溶液中，再加入0.5克PVP，攪拌至溶液澄清，即可制備成反應(yīng)溶液。
②納米氧化鋅的合成將上述制備好的氧化鋅納米晶的生長反應(yīng)溶液倒入四氟乙烯反應(yīng)器中，密閉，升溫至98℃，反應(yīng)3.5小時，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至常溫，取出樣品用離心分離，經(jīng)過多次洗滌后自然晾干即可獲得納米氧化鋅晶體。
實施例3①反應(yīng)溶液的制備將0.0005mol硝酸鋅、0.00075mol六次亞甲基四氨溶解于100ml甲醇溶液中，再加入0.5克PVP，攪拌至溶液澄清，即可制備成反應(yīng)溶液。
②納米氧化鋅的合成將上述制備好的氧化鋅納米晶的生長反應(yīng)溶液倒入四氟乙烯反應(yīng)器中，密閉，升溫至97℃，反應(yīng)4小時，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至常溫，取出樣品用離心分離，經(jīng)過多次洗滌后自然晾干即可獲得納米氧化鋅晶體。
權(quán)利要求
1.一種單分散無團(tuán)聚及強(qiáng)紫外吸收的納米氧化鋅的制備方法，其特征在于首先將六水合硝酸鋅和六次亞甲基四氨分別溶解于甲醇溶液中，再加入聚乙烯吡咯烷酮，攪拌至溶液澄清制備成氧化鋅納米晶的生長反應(yīng)溶液，將上述反應(yīng)溶液倒入四氟乙烯反應(yīng)器中，密閉，升溫至95-100℃，反應(yīng)3-4小時，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至常溫，離心分離，洗滌后晾干即可獲得粒徑為13-17納米的氧化鋅晶體，其中六水合硝酸鋅、六次亞甲基四氨、聚乙烯吡咯烷酮、甲醇用量的比例為0.0005摩爾∶0.00075摩爾∶0.5克∶100毫升。
全文摘要
一種單分散無團(tuán)聚及強(qiáng)紫外吸收的納米氧化鋅的制備方法，首先將鋅鹽六水合硝酸鋅和氨源六次亞甲基四氨分別按照1∶1.5的摩爾濃度比例溶解于甲醇溶液中，再加入一定比例的聚乙烯吡咯烷酮，攪拌至溶液澄清制備成氧化鋅納米晶的生長反應(yīng)溶液，將上述反應(yīng)溶液倒入四氟乙烯反應(yīng)器中，密閉升溫至95℃－100℃反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻，離心分離，洗滌后晾干即可獲得粒徑為15納米的氧化鋅晶體。本發(fā)明方法操作簡單、成本低，生產(chǎn)周期短，制備的納米氧化鋅晶體粒徑均勻并且沒有團(tuán)聚，并且具有優(yōu)良的紫外光吸收特性。
文檔編號C01G9/00GK1562762SQ200410017850
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月22日
發(fā)明者王卓, 錢雪峰, 朱子康, 印杰 申請人:上海交通大學(xué)