專利名稱：一種具有吸波性能的摻鑭氧化鋅微球的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋅的制備方法，尤其是一種具有吸波性能的摻鑭納微米氧化鋅微球及其制備方法。
背景技術：
近年來，ZnO作為一種重要的II-VI族直接寬禁帶半導體氧化物材料，因其3. 37eV 的禁帶寬度以及較大的激子束縛能(高達60meV)，引起了人們越來越多的關注。而納米結構的SiO由于其特有的表面效應、體積效應、量子效應和介電限域效應等，在催化、光學等技術領域受到廣泛研究。將納米結構的ZnO作為一種新型的吸波材料進行研究，相關的報道相對較少。納米結構的ZnO在電磁波段、可見光波段和紅外波段都有很強吸收能力，可以達到逃避雷達、 紅外隱身的作用；同時，納米ZnO具有很高的化學穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性，使其能夠滿足武器系統對隱身材料苛刻的環(huán)境要求。可以說，納米結構的ZnO憑借質量輕、厚度薄、顏色淺、吸波能力強等優(yōu)點，作為一種有發(fā)展前途的新型軍用雷達波吸收劑，能有效地吸收入射雷達波并能使其散射衰減的功能材料，對于我國國防技術的發(fā)展具有重大而深遠的意義。雖然納米結構的ZnO有著眾多作為吸波材料的獨特優(yōu)勢，但單一的ZnO材料仍舊難以達到多波段、寬頻帶的吸收效果，而摻雜是拓寬頻帶、增加頻段的有效途徑之一。稀土元素因在光、電、磁等方面具有獨特的性質被譽為新材料的寶庫，將稀土元素獨特的電、磁、 光性質廣泛應用于吸波材料中，有望顯著提高吸波材料的性能。此外，眾多的研究表明，納米aio的形貌結構對于其各種性能有重要影響，特別是具有高對稱性、球形結構的納米ZnO往往具有比諸如納米線、納米帶、納米片等更優(yōu)異的性能，一直是納米ZnO材料的制備熱點。然而，對于摻雜稀土元素的納米ZnO材料以及具有球形結構的納米ZnO材料的研究主要集中于氣敏和壓敏等方面，而上述材料在吸波材料方面的應用研究鮮有報道，特別是將二者結合，即在高對稱性納米微球aio中摻雜稀土元素更是尚未見報道。而本發(fā)明的目的在于將稀土元素鑭摻入ZnO微球，通過稀土元素摻雜及形貌控制，提高SiO的吸波性能，獲得一種高性能的摻鑭氧化鋅微球吸波材料。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于通過控制摻雜濃度、反應時間、反應溫度、溶液堿度等反應條件，提供一種高性能的摻鑭氧化鋅微球吸波材料及其制備方法。本發(fā)明所采用的技術方案如下一種摻鑭納微米氧化鋅微球的制備方法，其包括如下步驟步驟一、將0. 5 lmol/L乙酸鋅和4-6mol/L氫氧化鈉溶液等體積混合后，超聲震蕩lOmin，制備成前軀體，然后加入硝酸鑭及前軀體體積10倍的蒸餾水，并且鑭與鋅的元素摩爾比為La/Si = 0. 3-0. 7，隨后再超聲震蕩IOmin ；步驟二、將所得的懸浮液注入具有聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中，放入恒溫干燥箱中，在165-170°C溫度下進行水熱晶化，反應進行18-21h后，從反應釜中取出，室溫冷卻；步驟三、移除反應釜中的上清液，將液固混合物離心分離，用去離子水和無水乙醇各洗滌兩次，將洗滌后粉末倒入表面皿中，置于真空度為0. 04-0. OSMPa的真空干燥箱中于90-100°C干燥2_4h得到干粉；步驟四、將干粉在 680-720°C煅燒3- ，最后得到摻鑭納米結構的氧化鋅微球。氫氧化鈉的濃度對于摻鑭納微米氧化鋅微球形成的影響，主要體現在體系反應速度和組成氧化鋅微球分支的極性生長兩個方面一是堿度的提高利于反應的快速進行，從而避免反應時間過長而導致的球形結構解體；二是堿度的提高使氧化鋅晶體生長傾向于極性生長，不利于球形結構的形成。可見，氫氧化鈉濃度對于摻鑭氧化鋅微球形成的影響存在一定矛盾，過大過小都不合適。申請人經大量實驗研究認為，氫氧化鈉的濃度為4-6mol/L 時，反應效果較好，特別優(yōu)選的是氫氧化鈉的濃度為5mol/L。反應時間對于摻鑭納微米氧化鋅微球形成的影響，主要是需要一定的反應時間以使反應充分進行并形成摻鑭納微米氧化鋅微球，但反應時間又不宜過長，過長的反應時間會使得具有極性生長傾向的氧化鋅發(fā)生解體而破壞微球形貌。申請人經大量實驗研究認為，反應時間為18-21h時，反應效果較好，特別優(yōu)選的是反應時間為19h。反應溫度對于摻鑭納微米氧化鋅微球形成的影響與堿度近似，主要體現為溫度對于反應速度和極性生長兩個方面的影響一方面溫度的提高利于反應的快速進行，在較短時間內生成完美形貌的微球從而避免反應時間過長而導致的球形結構解體；另一方面是溫度的提高加劇了極性生長趨勢，不利于球形結構的形成?？梢?，反應溫度也是過大過小都不合適。申請人經大量實驗研究認為，反應溫度為165-170°C時，反應效果較好，特別優(yōu)選的是反應溫度為168 °C。鑭摻雜濃度對于摻鑭納微米氧化鋅微球形成的影響，其效果是單一的，即La3+的摻雜濃度越低，對于氧化鋅微球形貌的影響越小，反之摻雜濃度越高，對形貌破壞越嚴重， 當La的摻雜濃度與Si的原子比達到0. 8左右時，氧化鋅微球出現解體，而達到1. 0時，微球形貌嚴重破壞而成為棒狀單體。然而，為了滿足提高氧化鋅吸波性能的要求，必須使得La 的摻雜達到一定濃度。申請人經大量實驗研究認為，La的摻雜濃度為鑭與鋅的元素摩爾比 La/Zn = 0. 3-0. 7時，反應效果及性能均較好，特別優(yōu)選的是鑭與鋅的元素摩爾比La/Zn = 0. 5。上述內容可知，在制備過程中，以上參數對于反應的影響存在緊密相互聯系，可以說是這些參數綜合作用的結果，申請人僅僅是為了清楚起見而針對每一個參數進行單獨闡釋。本發(fā)明的有益效果是，首先，通過控制摻雜濃度、反應時間、反應溫度、溶液堿度等反應條件，創(chuàng)新性地制備出了具有完美球形形貌的、摻鑭的納米結構氧化鋅微球；第二，摻鑭納米結構氧化鋅微球性能優(yōu)異，特別是具有良好的吸波性能，作為新型吸波材料具有廣泛的應用前景和重要的戰(zhàn)略意義；第三，制備原料常規(guī)易得，制備方法簡單易行，制備參數便于控制。


圖1是本發(fā)明具體實施方式
中摻鑭納米結構氧化鋅微球的SEM典型圖像；圖2是本發(fā)明具體實施方式
中摻鑭納米結構氧化鋅微球的XRD衍射圖譜；
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圖3是本發(fā)明具體實施方式
中摻鑭納米結構氧化鋅微球的頻率-反射率曲線。
具體實施例方式下面結合附圖1-3及具體的實施方式對本發(fā)明做進一步詳細描述一種摻鑭納米結構氧化鋅微球的制備方法，其包括如下步驟步驟一、將lmol/L 乙酸鋅和6mol/L氫氧化鈉溶液等體積混合后，再加入10倍的溶液體積的蒸餾水，超聲震蕩 lOmin，然后加入硝酸鑭，鑭與鋅的元素摩爾比為La/Zn = 0. 5，隨后再超聲震蕩IOmin ；步驟二、將所得的懸浮液注入具有聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中，放入恒溫干燥箱中，在 168°C溫度下進行水熱晶化，反應進行19h后，從反應釜中取出；步驟三、在室溫下冷卻后， 移除上清液，將固體粉末離心分離，用去離子水洗滌三次，將洗滌后粉末倒入表面皿中，置于真空度為0. 06MPa的真空干燥箱中于98°C干燥汕得到干粉；步驟四、將干粉在700°C煅燒4h，最后得到如圖1所示的具有完美球形形貌的摻鑭納微米氧化鋅微球。圖2為純ZnO和摻鑭納米結構氧化鋅微球的XRD疊加圖譜。與標準圖譜對照可知，樣品均為六方晶系纖鋅礦結構。在疊加譜圖上沒有出現稀土氧化物的衍射峰，衍射峰較為尖銳，表明La3+已進入SiO的晶體缺陷中，形成固溶體，結晶良好，摻雜并沒有影響晶體構型。摻鑭納米結構氧化鋅微球的反射率隨頻率變化的曲線如圖3所示，在測定頻率范圍內，反射率存在極值，最小為-20dB，從9. IGHz到11.6GHz反射率均小于_10dB，小于-IOdB吸收頻寬為2. 5GHz。
權利要求
1.一種摻鑭納微米氧化鋅微球的制備方法，其包括如下步驟步驟一、將0. 5 lmol/ L乙酸鋅和4-6mol/L氫氧化鈉溶液等體積混合后，超聲震蕩約lOmin，制備成前軀體，然后加入硝酸鑭及前軀體體積約10倍的蒸餾水，并且鑭與鋅的元素摩爾比為La/Si = 0. 3-0. 7， 隨后再超聲震蕩約IOmin ；步驟二、將所得的懸浮液注入具有聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中，放入恒溫干燥箱中，在165-170°C溫度下進行水熱晶化，反應進行18-21h后，從反應釜中取出，室溫冷卻；步驟三、移除反應釜中的上清液，將液固混合物離心分離，用去離子水和無水乙醇各洗滌兩次，將洗滌后粉末倒入表面皿中，置于真空度為0. 04-0. OSMPa的真空干燥箱中于90-100°C干燥2-4h得到干粉；步驟四、將干粉在680-720°C煅燒3_5h，最后得到摻鑭納米結構的氧化鋅微球。
2.根據權利要求1所述的制備方法制得的一種摻鑭氧化鋅微球。
3.權利要求2所述的一種摻鑭氧化鋅微球在吸波材料中的應用。
4.一種吸波材料，其主要由權利要求2所述的摻鑭氧化鋅微球構成。
5.根據權利要求4所述的一種吸波材料，其特征在于吸波頻段在9.IGHz至11. 6GHz 時，反射率均小于約-10dB。
6.根據權利要求5所述的一種吸波材料，其特征在于吸波頻段為8-12GHZ時，其電磁波衰減最大為約20dB。
全文摘要
一種吸波性能優(yōu)異的摻鑭納米結構的氧化鋅微球及其制備方法，其優(yōu)點在于首先，通過控制摻雜濃度、反應時間、反應溫度、溶液堿度等反應條件，創(chuàng)新性的制備出了具有完美球形形貌的、摻鑭的納微米氧化鋅微球；第二，摻鑭納微米氧化鋅微球性能優(yōu)異，特別是具有良好的吸波性能，作為新型吸波材料具有廣泛的應用前景和重要的戰(zhàn)略意義；第三，制備原料常規(guī)易得，制備方法簡單易行，制備參數便于控制。
文檔編號C01G9/02GK102502780SQ20111030509
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月11日 優(yōu)先權日2011年10月11日
發(fā)明者尚龍安, 張艷輝, 王志鋒 申請人:浙江大學寧波理工學院