專利名稱：粒徑和紫外吸收波長可控的氧化鋅納米晶的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種粒徑和紫外吸收波長可控的氧化鋅納米晶的制備方法，具體涉及采用化學溶液法制備不同粒徑和紫外吸收波長的氧化鋅納米晶體。屬于無機納米材料制備技術領域。
背景技術：
納米氧化鋅是一種良好的半導體材料，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、變壓器和多種光學裝置。2001年，權威雜質(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注，使其成為納米材料研究領域中的熱點。近年來關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、沉淀法和電化學沉積法。相比較之下，氣相方法中存在反應溫度高、設備復雜、成本高、效率低等缺點。而液相法簡單方便、成本低。但是目前納米氧化鋅的各種制備方法只能制備大小單一的晶體，而尺寸對納米氧化鋅的光、電性能有很大的影響，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)有技術的不足，提供一種粒徑和紫外吸收波長可控、操作簡單，反應溫度低、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)明的技術方案中，采用化學溶液法制備納米氧化鋅晶體。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，在溶液澄清后倒入四氟乙烯反應器中，密閉，升溫至90-100℃，反應2～3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根據(jù)反應條件的不同從15納米到40納米不等。
本發(fā)明的制備方法包括如下具體步驟①反應溶液的制備鋅鹽和氨源分別按照一定的濃度和比例(摩爾濃度比為1∶1.5)溶解于甲醇溶液中，攪拌至溶液澄清，即可制備成反應溶液。
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)明所說的鋅鹽的濃度可以分別為0.0025M、0.005M、0.0075M、0.01M、0.02M或0.05M。
本發(fā)明所說的氨源的濃度可以分別對應為0.0037M、0.0075M、0.001M、0.015M、0.03M或0.075M。
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溶液倒入四氟乙烯反應器中，密閉，升溫至90-100℃，反應2～3小時，反應結束后自然冷卻至常溫，取出樣品用大量去離子水沖洗，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可以簡單的由反應物(六水合硝酸鋅和烏洛托品)的濃度加以控制。
②無需添加表面活性劑或者聚合物，避免了后處理的麻煩過程，從而降低了成本。
③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，因而可以均勻生成納米氧化鋅晶體。
④甲醇是一種底沸點的溶劑，在較低的溫度下具有較高的蒸汽壓，使得反應溶液粘度降低，為獲得粒徑較小的納米晶體提供了條件。
⑤由于本發(fā)明采用的化學溶液法反應溫度低，只有90～100℃，反應時間短，最短只需2～3小時，反應原料便宜，只需要常用的鋅鹽和烏洛托品，溶劑甲醇可回收再利用，反應體系密閉，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均是單晶，粒徑從15納米到40納米可控，紫外吸收波長從345納米到375納米可控。


圖1為本發(fā)明實施例所得到的在不同反應物濃度下獲得的納米氧化鋅粉末的X-射線衍射圖。
圖2為本發(fā)明實施例所得到的納米氧化鋅透射電子顯微鏡照片。
其中，a-f圖所對應的反應物的濃度不同a對應的反應物濃度為0.0025M，b為a圖的放大照片，c為b圖對應的的電子衍射圖，d對應的反應物濃度為0.005M，e對應的反應物濃度為0.02M，f對應的反應物濃度為0.05M.。
圖3為本發(fā)明實施例1到實施例3的所有反應物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
以下結合具體的實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步描述。下面的實施例是對本發(fā)明的進一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
實施例1①反應溶液的制備將0.00025mol硝酸鋅、0.00037mol六次亞甲基四氨溶解于100ml甲醇溶液中，攪拌至溶液澄清，即可制備成反應溶液。
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溶液倒入四氟乙烯反應器中，密閉，升溫至90℃，反應3小時，反應結束后自然冷卻至常溫，取出樣品用大量去離子水沖洗，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曲線a，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和c，由圖2可見所制備的氧化鋅為類球形顆粒狀，粒徑平均為15nm，與X射線衍射計算結果一致。所制得的納米氧化鋅的紫外-可見光吸收光譜如圖3曲線a，納米氧化鋅在345納米處有強吸收，而在可見光范圍具有很好的透光性。
實施例2①反應溶液的制備將0.002mol硝酸鋅、0.003mol六次亞甲基四氨溶解于100ml甲醇溶液中，攪拌至溶液澄清，即可制備成反應溶液。
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溶液倒入四氟乙烯反應器中，密閉，升溫至95℃，反應2.5小時，反應結束后自然冷卻至常溫，取出樣品用大量去離子水沖洗，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曲線b，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21納米。透射電子顯微鏡照片如圖2d，由圖2可見所制備的氧化鋅的大小與c相差不大，這是由于粒徑變化不大，難以從圖片上加以分辨。所制得的納米氧化鋅的紫外-可見光吸收光譜如圖3曲線e，納米氧化鋅的紫外吸收紅移至360納米，說明納米晶體的粒徑有所增大(對比于實施例1)。
實施例3①反應溶液的制備將0.005mol硝酸鋅、0.0075mol六次亞甲基四氨溶解于100ml甲醇溶液中，攪拌至溶液澄清，即可制備成反應溶液。
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溶液倒入四氟乙烯反應器中，密閉，升溫至100℃，反應2小時，反應結束后自然冷卻至常溫，取出樣品用大量去離子水沖洗，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曲線c，根據(jù)Scherrer公式計算的氧化鋅晶體的粒徑為40納米，說明所合成的納米氧化鋅的粒徑比實例1和2有了較大的增大。透射電子顯微鏡照片如圖2f，由圖2可見所制備的氧化鋅的粒徑約為40納米，和XRD一致。所制得的納米氧化鋅的紫外-可見光吸收光譜如圖3曲線e，納米氧化鋅吸收紅移至375納米，說明納米晶體的粒徑有所進一步增大(對比于實施例1和實施例2)。
權利要求
1.一種粒徑和紫外吸收波長可控的氧化鋅納米晶的制備方法，其特征在于取摩爾比為1∶1.5的六水合硝酸鋅和六次亞甲基四氨，分別溶解于甲醇溶液中，攪拌至溶液澄清，即制備成氧化鋅納米晶的生長反應溶液，將制備好的反應溶液倒入四氟乙烯反應器中，密閉，升溫至90-100℃，反應2～3小時，反應結束后冷卻至常溫，取出樣品用大量去離子水沖洗，洗滌后晾干即可獲得粒徑為15～40納米的氧化鋅晶體。
2.如權利要求1所述的納米氧化鋅晶體的制備方法，其特征在于所述的六水合硝酸鋅的濃度為0.0025M、0.005M、0.0075M、0.01M、0.02M或0.05M，六次亞甲基四氨的濃度對應為0.0037M、0.0075M、0.001M、0.015M、0.03M或0.075M。
全文摘要
一種粒徑和紫外吸收波長可控的氧化鋅納米晶的制備方法，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，在溶液澄清后倒入四氟乙烯反應器中，密閉，升溫至90℃－100℃，反應2～3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根據(jù)反應條件的不同從15納米到40納米不等。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的粒徑小，并且可以簡單的由反應物的濃度控制，反應中無需添加表面活性劑或者聚合物，避免了后處理的麻煩過程，從而降低了成本。
文檔編號C01G9/00GK1562763SQ20041001785
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月22日 優(yōu)先權日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