專利名稱：摻鋁氧化鋅一維納米棒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電功能材料領(lǐng)域，特別涉及一種摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備方法及摻鋁氧化鋅一維納米棒。
背景技術(shù)：
一維納米材料一般指在兩個維度上處于納米尺度，長徑比大于1，具有各項異性結(jié)構(gòu)的材料，主要有納米棒和納米線。由于一維納米結(jié)構(gòu)在徑向尺度一般不小于在特征長度，如波爾半徑，聲子平均自由程和激子擴散長度等，因此具有獨特的物理性質(zhì)。另外，一維納米結(jié)構(gòu)本身具有的巨大比表面，使其具有體型材料所沒有的高化學(xué)反應(yīng)活性。同時，大長徑比使得一維納米結(jié)構(gòu)在傳導(dǎo)量子粒子時具有較大優(yōu)勢，在傳導(dǎo)過程受到阻力較小，如在顆粒與顆粒之間電子傳導(dǎo)時會受到晶界的影響，采取跳躍傳輸機制，需要擁有越過晶界能壘的能量才可以有效傳輸。正因一維納米結(jié)構(gòu)材料具有這些優(yōu)異的物理和化學(xué)特性，所以在便攜式電子設(shè)備、太陽能電池和發(fā)光設(shè)備等有廣闊的應(yīng)用前景。一維納米結(jié)構(gòu)的ZnO由于具有較高的激子束縛能(60meV)和帶隙寬度(3.37eV),在發(fā)光二極管和紫外激光器等器件中有廣泛應(yīng)用，被認(rèn)為是一種很有應(yīng)用前景的材料。而在光伏應(yīng)用中，ZnO很容易通過溶液法制備出納米棒/納米管陣列，能給載流子提供直接的傳輸通道，降低載流子在傳輸過程的損耗，可以提供其光電轉(zhuǎn)換效率，特別是在固態(tài)光伏電池中有重要的應(yīng)用前景。但是，由于本征ZnO的電導(dǎo)率較低，影響其在導(dǎo)電方面的應(yīng)用，特別是在透明導(dǎo)電氧化物應(yīng)用中人們往往通過摻雜的方式提高ZnO的電導(dǎo)率。鋁、銦和鎵等高價金屬通過一定的方法已經(jīng)能夠成功摻入氧化鋅晶格中，相對于銦和鎵兩者稀貴金屬，鋁在地殼中蘊含量是銦105 106倍，銦的價格則是鋁的250倍，因此，鋁摻雜的氧化鋅(AZO)是人們最關(guān)注的 一種摻雜氧化物。鋁摻雜氧化鋅具有與錫摻雜氧化銦相比擬的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，卻在氫等離子體氣氛中又具有后者所沒有的穩(wěn)定性，并且無毒，對環(huán)境友好，所以，鋁摻雜氧化鋅被譽為最有希望替代錫摻雜氧化銦的化合物。目前人們更多關(guān)注的是利用磁控濺射、物理氣相沉積、噴霧熱解法和Sol-Gel法等制備AZO薄膜，而對AZO粉體制備的研究和發(fā)明還比較少。AZO導(dǎo)電粉體不僅可以通過涂膜技術(shù)制備成透明導(dǎo)電膜，應(yīng)用在太陽能電池和電子元器件當(dāng)中，同時也可以充當(dāng)漿料、涂料、塑料和高分子等的填料及添加齊U，改善和增進(jìn)它們的性能，如低電阻導(dǎo)電粉體添加到材料當(dāng)中，可抗靜電和起到電磁屏蔽等作用。目前，一維納米結(jié)構(gòu)的鋁摻雜氧化鋅的合成一般采用氣相沉積、靜電紡絲技術(shù)和S-L-G生長，這些方法成本高，耗能大，同時S-L-G生長需要用到貴金屬作催化劑，產(chǎn)物最后都會含有催化劑，很難除去，因此，尋求一種低耗能、簡單和成本低廉的方法合成一維納米結(jié)構(gòu)的AZO粉體對于擴大其實際應(yīng)用有很大的幫助。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，有必要提供一種能耗較低、較為簡單及成本較為低廉的摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備方法及摻鋁氧化鋅一維納米棒。一種摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備方法，包括如下步驟:將鋅鹽溶解于第一有機溶劑中，配制成濃度為0.05mol/L lmol/L的鋅鹽的有機溶液；按照鋁與鋅的摩爾比為0.1:100 5:100，將可溶性鋁鹽加入到所述鋅鹽的有機溶液中，得到混合溶液；將強堿溶解于第二有機溶劑中，配制成濃度為0.lmol/L 2mol/L的強堿的有機溶液；在攪拌的條件下，將所述強堿的有機溶液滴加到所述混合溶液中，持續(xù)攪拌直至所述混合溶液變?yōu)槌吻迦芤汉笸Ｖ沟渭?，將所述澄清溶液置于高壓反?yīng)釜中于120°C 180°C保溫反應(yīng)20小時 36小時后，經(jīng)冷卻、離心、清洗及干燥，得到摻鋁氧化鋅一維納米棒；所述摻鋁氧化鋅一維納米棒的長度為100納米 2微米，直徑為15納米 50納米。在其中一個實施例中，所述鋅鹽為二水合醋酸鋅、九水合硝酸鋅或丙酸鋅。在其中一個實施例中，所述可溶性鋁鹽為九水合硝酸鋁或硫酸鋁。在其中一個實施例中，所述強堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。在其中一個實施例中，所述第一有機溶劑及所述第二有機溶劑分別選自乙醇、甲醇及異丙醇中的一種。在其中一個實施例中，所述清洗的步驟為:依次使用去離子水及無水乙醇進(jìn)行清洗。在其中一個實施例中，所述干燥的條件為:50°C 100°C干燥12小時 24小時。一種摻鋁氧化鋅一維納米棒，所述摻鋁氧化鋅一維納米棒的長度為100納米 2微米，直徑為15納米 50納米，且所述摻鋁氧化鋅一維納米棒中所述鋁與所述鋅的摩爾比為 0.1:100 5:100。上述摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備方法，通過按照上述步驟并結(jié)合溶劑熱合成法在高壓反應(yīng)釜中于120°C 180°C保溫反應(yīng)20小時 36小時制備摻鋁氧化鋅一維納米棒，使用的試劑少且無毒，且合成溫度只要120°C 180°C，無需高溫?zé)Y(jié)就能夠得到高結(jié)晶的摻鋁氧化鋅一維納米棒，降低了能耗；且制備過程中無需催化劑，可以省去催化劑的去除步驟，且避免了貴金屬做催化劑的使用，使得該制備方法簡單，成本較為低廉。


圖1為一實施方式的摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備方法流程圖；圖2為實施例1制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒的掃描電鏡圖(SEM)；圖3為實施例2制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒的掃描電鏡圖(SEM)；圖4為實施例3制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒的掃描電鏡圖(SEM)；

圖5為實施例4制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒的掃描電鏡圖(SEM)；圖6為實施例5制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒的掃描電鏡圖(SEM)；圖7為實施例6制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒的掃描電鏡圖(SEM)；圖8為實施例1 實施例6制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒與對比例I制備的沒有摻雜鋁的氧化鋅的X射線衍射分析圖(XRD);
圖9為實施例1 實施例6制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒與對比例I制備的沒有摻雜鋁的氧化鋅的紫外-可見光光譜圖；圖10為實施例1 實施例6制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒與對比例I制備的沒有摻雜鋁的氧化鋅的體積電阻率數(shù)據(jù)圖。
具體實施例方式下面主要結(jié)合附圖及具體實施例對摻鋁氧化鋅一維納米棒及其制備方法的作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖1所示，一實施方式的摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備方法，包括如下步驟:步驟SllO:將鋅鹽溶解于第一有機溶劑中，配制成濃度為0.05mol/L lmol/L的鋅鹽的有機溶液。鋅鹽可以為本領(lǐng)域常用的鋅鹽，優(yōu)選為二水合醋酸鋅、九水合硝酸鋅或丙酸鋅。第一有機溶劑可以為本領(lǐng)域常用的有機溶劑，例如醇類，優(yōu)選為乙醇、甲醇及異丙醇中的一種。優(yōu)選的，將鋅鹽溶解于第一有機溶劑中的方法為:超聲處理。采用超聲溶解鋅鹽可以加速鋅鹽的溶解。鋅鹽的有機溶液的濃度為0.05mol/L lmol/L可以防止?jié)舛冗^高而導(dǎo)致產(chǎn)物生長過快，或者避免由于濃度過低而導(dǎo)致產(chǎn)物無法成核生長，該濃度范圍有利于控制產(chǎn)物的形貌。步驟S120:按照鋁與鋅的摩爾比為0.1:100 5:100，將可溶性鋁鹽加入到鋅鹽的有機溶液中，得到混合溶液。采用鋁與鋅的摩爾比為0.1:100 5:100是為了得到具有最優(yōu)摻雜比例的摻鋁氧化鋅一維納米棒。由于鋅鹽在有機溶劑中溶解較慢，通過先將鋅鹽溶解在第一有機溶劑中配制成鋅鹽的有機溶液，可以先將鋅鹽完全溶解，而可溶性鋁鹽相對較少，溶解較快，因此，后將可溶性鋁鹽加入到鋅鹽的有機溶液中形成混合溶液，有利于鋅鋁混合均勻，使得摻雜更加均勻?？扇苄凿X鹽可以為本領(lǐng)域常用的可溶性鋁鹽，優(yōu)選為九水合硝酸鋁或硫酸鋁。步驟S130:將強堿溶解于第二有機溶劑中，配制成濃度為0.lmol/L 2mol/L的強堿的有機溶液。強堿可以為本領(lǐng)域常用的強堿，優(yōu)選為氫氧化鈉或氫氧化鉀。強堿的有機溶液的濃度為0.lmol/L 2mol/L有利于反應(yīng)的進(jìn)行，濃度過小不利于強堿的有機溶液滴加到混合溶液中而形成均一的溶液，濃度過大使得產(chǎn)物不能成核生長。第二有機溶劑可以為本領(lǐng)域常用的有機溶劑，例如醇類，優(yōu)選為乙醇、甲醇及異丙醇中的一種。優(yōu)選的，將強堿溶解于第二有機溶劑中的方法是:超聲處理?？梢岳斫猓襟ES130還可以在步驟SllO及步驟S120中的任何一個步驟之前或是之后。

步驟S140:在攪拌的條件下，將強堿的有機溶液滴加到混合溶液中，持續(xù)攪拌直至混合溶液變?yōu)槌吻迦芤汉笸Ｖ沟渭?，將澄清溶液置于高壓反?yīng)釜中于120°C 180°C保溫反應(yīng)20小時 36小時后，經(jīng)冷卻、離心、清洗及干燥，得到摻鋁氧化鋅一維納米棒；摻鋁氧化鋅一維納米棒的長度為100納米 2微米，直徑為15納米 50納米。由于反應(yīng)過程中采用的是有機體系，通過加入強堿的有機溶液可以起到控制摻鋁氧化鋅一維納米棒溶解-成核生長的平衡作用，使得生成的摻鋁氧化鋅一維納米棒尺寸較小。采用先將強堿溶解于第二有機溶劑中形成強堿的有機溶液，然后滴加到混合溶液中，可以使得生成的摻鋁氧化鋅一維納米棒均沿001晶面方向生長，避免了采用強堿的水溶液引起的反應(yīng)機理的改變，而造成生成的摻鋁氧化鋅一維納米棒不僅僅沿001晶面方向生長；且采用將強堿的有機溶液滴加到混合溶液中有利于混合均勻。在具體的實施例中，當(dāng)將強堿的有機溶劑滴加到混合溶液中，強堿與混合溶液中的鋅/鋁反應(yīng)形成鋅/鋁氫氧化物，然后混合溶液與強堿完全反應(yīng)時，形成的氫氧化物在堿性的條件下溶解，形成了鋁 摻雜的鋅酸鹽，從而使溶液變?yōu)槌吻迦芤?。在具體的實施例中，高壓反應(yīng)釜具有聚四氟乙烯內(nèi)膽和不銹鋼的外膽，澄清溶液置于該聚四氟乙烯內(nèi)膽中。優(yōu)選的，清洗的步驟為:依次使用去離子水及無水乙醇進(jìn)行清洗。在具體的實施例中，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無水乙醇清洗多次，從而去除產(chǎn)物中的雜質(zhì)，例如鈉離子或鉀離子等雜質(zhì)離子和有機物。優(yōu)選的，干燥條件為:50°C 100°C干燥12小時 24小時。上述摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備方法，通過按照上述步驟先將強堿的有機溶液滴加到具有鋅、鋁的混合溶液中，使鋅、鋁在堿性體系中形成鋁摻雜的鋅酸鹽，然后在高壓反應(yīng)釜中于120°C 180°C保溫反應(yīng)20小時 36小時，使其分解，結(jié)晶得到摻鋁氧化鋅一維納米棒，上述方法簡單方便，且產(chǎn)物的形貌易控制，結(jié)晶性好；且上述制備方法過程中使用的試劑少且無毒，且合成溫度只要120°C 180°C，無需高溫?zé)Y(jié)就能夠得到高結(jié)晶的摻鋁氧化鋅一維納米棒，降低了能耗；且制備過程中無需催化劑，可以省去催化劑的去除步驟，且避免了貴金屬做催化劑的使用，使得該制備方法簡單，成本較為低廉。且上述制備方法中所使用的材料均來源豐富，進(jìn)一步降低了成本。一實施方式的摻鋁氧化鋅一維納米棒，摻鋁氧化鋅一維納米棒的長度為100納米 2微米，直徑為15納米 50納米，且摻鋁氧化鋅一維納米棒中鋁與鋅的摩爾比為
0.1:100 5:100。該摻鋁氧化鋅一維納米棒按照上述摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備方法制備得到。上述摻鋁氧化鋅一維納米棒具有較大的長徑比，且長度可調(diào)，使得其使用范圍更廣，例如在染料敏化電池中，需要微米級別的納米棒轉(zhuǎn)換效率較好，而在催化及雜合太陽能電池中，因納米級別的納米棒能提供較大的比表面，效果較好。而傳統(tǒng)的摻鋁氧化鋅大部分呈球狀，納米顆粒在電子導(dǎo)通方面由于采用顆粒-顆粒躍遷，需要克服大量的能壘，不利于電子傳輸，而上述摻鋁氧化鋅一維納米棒在電子器件中相對具有較好的效果。以下為具體實施例部分:實施例1本實施例的摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備步驟如下:(I)將0.5488g 二水合醋酸鋅超聲溶解于25毫升的乙醇中，配制成濃度為0.1mol/L的醋酸鋅的乙醇溶液。(2)按照鋁與鋅的摩爾比為0.5:100，將0.0047g九水合硝酸鋁加入到醋酸鋅的乙
醇溶液中，得到混合溶液。(3)將Ig氫氧化鈉超聲溶解于50ml的乙醇中，配制濃度為0.5mol/L的氫氧化鈉的乙醇溶液。(4)在攪拌的條件下，將上述氫氧化鈉的乙醇溶液加入到混合溶液中，持續(xù)攪拌直至混合溶液變?yōu)槌吻迦芤汉笸Ｖ沟渭?，將澄清溶液置于聚四氟乙烯?nèi)膽中，然后將聚四氟乙烯內(nèi)膽置于不銹鋼的高壓反應(yīng)釜外膽中，置于160°C保溫反應(yīng)20小時后，自然冷卻至室溫，去除聚四氟乙烯內(nèi)膽，將反應(yīng)液沉淀，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無水乙醇清洗多次，從而去除產(chǎn)物中的雜質(zhì)，最后將產(chǎn)物置于80°C干燥24小時，得到本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒。將本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒分別分散在乙醇中，濃度為10mg/ml，滴在硅片上，得到本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒的掃描電鏡圖(SEM)，見圖2，從圖2中可以看出納米棒長約2微米，直徑在50納米左右。實施例2本實施例的摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備步驟如下:(I)將0.5488g 二水合醋酸鋅超聲溶解于25毫升的乙醇中，配制成濃度為0.1mol/L的醋酸鋅的乙醇溶液。(2)按照鋁與鋅的摩爾比為1:100，將0.0094g九水合硝酸鋁加入到醋酸鋅的乙醇溶液中，得到混合溶液 。(3)將Ig氫氧化鈉超聲溶解于50ml的乙醇中，配制濃度為0.5mol/L的氫氧化鈉的乙醇溶液。(4)在攪拌的條件下，將上述氫氧化鈉的乙醇溶液加入到混合溶液中，持續(xù)攪拌直至混合溶液變?yōu)槌吻迦芤汉笸Ｖ沟渭?，將澄清溶液置于聚四氟乙烯?nèi)膽中，然后將聚四氟乙烯內(nèi)膽置于不銹鋼的高壓反應(yīng)釜外膽中，置于160°C保溫反應(yīng)20小時后，自然冷卻至室溫，去除聚四氟乙烯內(nèi)膽，將反應(yīng)液沉淀，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無水乙醇清洗多次，從而去除產(chǎn)物中的雜質(zhì)，最后將產(chǎn)物置于80°C干燥24小時，得到本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒。將本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒分別分散在乙醇中，濃度為10mg/ml，滴在硅片上，得到本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒的掃描電鏡圖(SEM)，見圖3，從圖3中可以看出中可以看出納米棒長約為200納米，直徑在25納米左右。實施例3本實施例的摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備步驟如下:(I)將0.5488g 二水合醋酸鋅超聲溶解于25毫升的乙醇中，配制成濃度為0.1mol/L的醋酸鋅的乙醇溶液。(2)按照鋁與鋅的摩爾比為1.5:100，將0.0141g九水合硝酸鋁加入到醋酸鋅的乙
醇溶液中，得到混合溶液。(3)將Ig氫氧化鈉超聲溶解于50ml的乙醇中，配制濃度為0.5mol/L的氫氧化鈉的乙醇溶液。
(4)在攪拌的條件下，將上述氫氧化鈉的乙醇溶液加入到混合溶液中，持續(xù)攪拌直至混合溶液變?yōu)槌吻迦芤汉笸Ｖ沟渭樱瑢⒊吻迦芤褐糜诰鬯姆蚁﹥?nèi)膽中，然后將聚四氟乙烯內(nèi)膽置于不銹鋼的高壓反應(yīng)釜外膽中，置于160°C保溫反應(yīng)20小時后，自然冷卻至室溫，去除聚四氟乙烯內(nèi)膽，將反應(yīng)液沉淀，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無水乙醇清洗多次，從而去除產(chǎn)物中的雜質(zhì)，最后將產(chǎn)物置于80°C干燥24小時，得到本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒。將本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒分別分散在乙醇中，濃度為10mg/ml，滴在硅片上，得到本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒的掃描電鏡圖(SEM)，見圖4，從圖4中可以看出納米棒長約400納米，直徑在20納米左右。實施例4本實施例的摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備步驟如下:(I)將0.5488g 二水合醋酸鋅超聲溶解于25毫升的乙醇中，配制成濃度為0.1mol/L的醋酸鋅的乙醇溶液。(2)按照鋁與鋅的摩爾比為2:100，將0.0188g九水合硝酸鋁加入到醋酸鋅的乙醇溶液中，得到混合溶液。(3)將Ig氫氧化鈉超聲溶解于50ml的乙醇中，配制濃度為0.5mol/L的氫氧化鈉的乙醇溶液。(4)在攪拌的條件下，將上述氫氧化鈉的乙醇溶液加入到混合溶液中，持續(xù)攪拌直至混合溶液變?yōu)槌吻迦芤汉笸Ｖ沟渭?，將澄清溶液置于聚四氟乙烯?nèi)膽中，然后將聚四氟乙烯內(nèi)膽置于不銹鋼的高壓反應(yīng)釜外膽中，置于160°C保溫反應(yīng)20小時后，自然冷卻至室溫，去除聚四氟乙烯內(nèi)膽，將反應(yīng)液沉淀，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無水乙醇清洗多次，從而去除產(chǎn)物中的雜質(zhì)，最后將產(chǎn)物置于80°C干燥24小時，得到本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒。將本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒分別分散在乙醇中，濃度為10mg/ml，滴在硅片上，得到本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒的掃描電鏡圖(SEM)，見圖5，從圖5中可以看出納米棒長約180納米，直徑在20納米左右。實施例5本實施例的摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備步驟如下:(I)將0.5488g醋酸鋅超聲溶解于25毫升的乙醇中，配制成濃度為0.lmol/L的醋酸鋅的乙醇溶液。(2)按照鋁與鋅的摩爾比為3:100，將0.0282g九水合硝酸鋁加入到醋酸鋅的乙醇溶液中，得到混合溶液。(3)將Ig氫氧化鈉超聲溶解于50ml的乙醇中，配制濃度為0.5mol/L的氫氧化鈉的乙醇溶液。(4)在攪拌的條件下，將上述氫氧化鈉的乙醇溶液加入到混合溶液中，持續(xù)攪拌直至混合溶液變?yōu)槌吻迦芤汉笸Ｖ沟渭?，將澄清溶液置于聚四氟乙烯?nèi)膽中，然后將聚四氟乙烯內(nèi)膽置于不銹鋼的高壓反應(yīng)釜外膽中，置于160°C保溫反應(yīng)20小時后，自然冷卻至室溫，去除聚四氟乙烯內(nèi)膽，將反應(yīng)液沉淀，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無水乙醇清洗多次，從而去除產(chǎn)物中的雜質(zhì) ，最后將產(chǎn)物置于80°C干燥24小時，得到本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒。將本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒分別分散在乙醇中，濃度為10mg/ml，滴在硅片上，得到本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒的掃描電鏡圖(SEM)，見圖6，從圖6中可以看出納米棒長約為150納米，直徑在20納米左右。實施例6本實施例的摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備步驟如下:(I)將0.5488g醋酸鋅超聲溶解于25毫升的乙醇中，配制成濃度為0.lmol/L的醋酸鋅的乙醇溶液。(2)按照鋁與鋅的摩爾比為4:100，將0.0376g九水合硝酸鋁加入到醋酸鋅的乙醇溶液中，得到混合溶液。(3)將Ig氫氧化鈉超聲溶解于50ml的乙醇中，配制濃度為0.5mol/L的氫氧化鈉的乙醇溶液。(4)在攪拌的條件下，將上述氫氧化鈉的乙醇溶液加入到混合溶液中，持續(xù)攪拌直至混合溶液變?yōu)槌吻迦芤汉笸Ｖ沟渭?，將澄清溶液置于聚四氟乙烯?nèi)膽中，然后將聚四氟乙烯內(nèi)膽置于不銹鋼的高壓反應(yīng)釜外膽中，置于160°C保溫反應(yīng)20小時后，自然冷卻至室溫，去除聚四氟乙烯內(nèi)膽，將反應(yīng)液沉淀，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無水乙醇清洗多次，從而去除產(chǎn)物中的雜質(zhì)，最后將產(chǎn)物置于80°C干燥24小時，得到本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒。將本實施 例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒分別分散在乙醇中，濃度為10mg/ml，滴在硅片上，得到本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒的掃描電鏡圖(SEM)，見圖7，從圖7中可以看出納米棒長約為100納米，直徑在15納米左右。實施例7本實施例的摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備步驟如下:(I)將0.5950g硝酸鋅超聲溶解于20毫升的乙醇中，配制成濃度為0.lmol/L的硝酸鋅的乙醇溶液。(2)按照鋁與鋅的摩爾比為0.1:100，將0.0OOSg九水合硝酸鋁加入到硝酸鋅的乙
醇溶液中，得到混合溶液。(3)將1.12g氫氧化鉀超聲溶解于40ml的乙醇中，配制濃度為0.5mol/L的氫氧化鉀的乙醇溶液。(4)在攪拌的條件下，將上述氫氧化鉀的乙醇溶液加入到混合溶液中，持續(xù)攪拌直至混合溶液變?yōu)槌吻迦芤汉笸Ｖ沟渭?，將澄清溶液置于聚四氟乙烯?nèi)膽中，然后將聚四氟乙烯內(nèi)膽置于不銹鋼的高壓反應(yīng)釜外膽中，置于180°C保溫反應(yīng)24小時后，自然冷卻至室溫，去除聚四氟乙烯內(nèi)膽，將反應(yīng)液沉淀，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無水乙醇清洗多次，從而去除產(chǎn)物中的雜質(zhì)，最后將產(chǎn)物置于80°C干燥12小時，得到本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒。實施例8本實施例的摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備步驟如下:(I)將5.950g硝酸鋅超聲溶解于20毫升的甲醇中，配制成濃度為lmol/L的硝酸鋅的甲醇溶液。
(2)按照鋁與鋅的摩爾比為2:100，將0.1501g九水合硝酸鋁加入到硝酸鋅的甲醇溶液中，得到混合溶液。(3)將4.48g氫氧化鉀超聲溶解于40ml的甲醇中，配制濃度為2mol/L的氫氧化鉀的甲醇溶液。(4)在攪拌的條件下，將上述氫氧化鉀的甲醇溶液加入到混合溶液中，持續(xù)攪拌直至混合溶液變?yōu)槌吻迦芤?后停止滴加，將澄清溶液置于聚四氟乙烯內(nèi)膽中，然后將聚四氟乙烯內(nèi)膽置于不銹鋼的高壓反應(yīng)釜外膽中，置于180°C保溫反應(yīng)24小時后，自然冷卻至室溫，去除聚四氟乙烯內(nèi)膽，將反應(yīng)液沉淀，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無水乙醇清洗多次，從而去除產(chǎn)物中的雜質(zhì)，最后將產(chǎn)物置于80°C干燥24小時，得到本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒。實施例9本實施例的摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備步驟如下:(I)將0.5950g硝酸鋅超聲溶解于20毫升的乙醇中，配制成濃度為0.lmol/L的硝酸鋅的乙醇溶液。(2)按照鋁與鋅的摩爾比為2:100，將0.0150g九水合硝酸鋁加入到硝酸鋅的乙醇
溶液中，得到混合溶液。(3)將1.12g氫氧化鉀超聲溶解于40ml的乙醇中，配制濃度為0.5mol/L的氫氧化鉀的乙醇溶液。(4)在攪拌的條件下，將上述氫氧化鉀的乙醇溶液加入到混合溶液中，持續(xù)攪拌直至混合溶液變?yōu)槌吻迦芤汉笸Ｖ沟渭?，將澄清溶液置于聚四氟乙烯?nèi)膽中，然后將聚四氟乙烯內(nèi)膽置于不銹鋼的高壓反應(yīng)釜外膽中，置于180°C保溫反應(yīng)20小時后，自然冷卻至室溫，去除聚四氟乙烯內(nèi)膽，將反應(yīng)液沉淀，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無水乙醇清洗多次，從而去除產(chǎn)物中的雜質(zhì)，最后將產(chǎn)物置于80°C干燥24小時，得到本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒。實施例10本實施例的摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備步驟如下:(I)將0.2644g丙酸鋅超聲溶解于25毫升的異丙醇中，配制成濃度為0.05mol/L的丙酸鋅的異丙醇溶液。(2)按照鋁與鋅的摩爾比為5:100，將0.0234g硫酸鋁加入到丙酸鋅的異丙醇溶液中，得到混合溶液。(3)將0.5g氫氧化鈉超聲溶解于50ml的乙醇中，配制濃度為0.25mol/L的氫氧化鈉的異丙醇溶液。(4)在攪拌的條件下，將上述氫氧化鈉的異丙醇溶液加入到混合溶液中，持續(xù)攪拌直至混合溶液變?yōu)槌吻迦芤汉笸Ｖ沟渭?，將澄清溶液置于聚四氟乙烯?nèi)膽中，然后將聚四氟乙烯內(nèi)膽置于不銹鋼的高壓反應(yīng)釜外膽中，置于120°C保溫反應(yīng)36小時后，自然冷卻至室溫，去除聚四氟乙烯內(nèi)膽，將反應(yīng)液沉淀，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無水乙醇清洗多次，從而去除產(chǎn)物中的雜質(zhì)，最后將產(chǎn)物置于100°C干燥24小時，得到本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒。實施例11
本實施例的摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備步驟如下:(I)將0.2644g丙酸鋅超聲溶解于25毫升的異丙醇中，配制成濃度為0.05mol/L的丙酸鋅的異丙醇溶液。(2)按照鋁與鋅的摩爾比為2:100，將0.0094g硫酸鋁加入到丙酸鋅的異丙醇溶液中，得到混合溶液。(3)將0.280g氫氧化鉀超聲溶解于50ml的異丙醇中，配制濃度為0.lmol/L的氫氧化鉀的異丙醇溶液。(4)在攪拌的條件下，將上述氫氧化鉀的異丙醇溶液加入到混合溶液中，持續(xù)攪拌直至混合溶液變?yōu)槌吻迦芤汉笸Ｖ沟渭?，將澄清溶液置于聚四氟乙烯?nèi)膽中，然后將聚四氟乙烯內(nèi)膽置于不銹鋼的高壓反應(yīng)釜外膽中，置于120°C保溫反應(yīng)36小時后，自然冷卻至室溫，去除聚四氟乙烯內(nèi)膽，將反應(yīng)液沉淀，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無水乙醇清洗多次，從而去除產(chǎn)物中的雜質(zhì)，最后將產(chǎn)物置于100°C干燥24小時，得到本實施例制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒。對比例I沒有摻雜鋁的氧化鋅制備步驟如下:(I)將0.5488g 二水合醋酸鋅超聲溶解于25毫升的乙醇中，配制成濃度為0.1mol/L的醋酸鋅的乙醇溶液。(2)將Ig氫氧化鈉超聲溶解于50ml的乙醇中，配制濃度為0.5mol/L的氫氧化鈉的乙醇溶液。(3)在攪拌的條件下，將上`述氫氧化鈉的乙醇溶液加入到混合溶液中，持續(xù)攪拌直至混合溶液變?yōu)槌吻迦芤汉笸Ｖ沟渭?，將澄清溶液置于聚四氟乙烯?nèi)膽中，然后將聚四氟乙烯內(nèi)膽置于不銹鋼的高壓反應(yīng)釜外膽中，置于160°C保溫反應(yīng)20小時后，自然冷卻至室溫，去除聚四氟乙烯內(nèi)膽，將反應(yīng)液沉淀，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無水乙醇清洗多次，從而去除產(chǎn)物中的雜質(zhì)，最后將產(chǎn)物置于80°C干燥24小時，得到本實施例制備的氧化鋅一維納米棒圖8表示的是實施例1 實施例6制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒與對比例I的沒有摻雜鋁的氧化鋅的X射線衍射分析圖(XRD)。從圖8中可以看出，實施例1 實施例6制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒均為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，與對比例I物相結(jié)構(gòu)一致，并不存在氧化鋁等其他雜相，并且通過002峰位置隨著摻雜濃度升高存在向高角度位移，說明Al成功摻入ZnO晶格中。圖9表示的是實施例1 實施例6制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒與對比例I的沒有摻雜鋁的氧化鋅的紫外-可見光光譜圖，從圖9中可以看出，實施例1 實施例6制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒具有典型的氧化鋅紫外吸收，吸收峰位置在380nm處，以對比例I為基準(zhǔn)，隨著摻雜量的增加，吸收峰位置先紅移再藍(lán)移，與文獻(xiàn)報道關(guān)于氧化鋅摻雜帶隙變化規(guī)律一致，佐證了 Al成功摻入ZnO晶格當(dāng)中。圖10表示的是實施例1 實施例6制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒與對比例I的沒有摻雜鋁的氧化鋅的體積電阻率數(shù)據(jù)圖。通過分別取適量的實施例1 實施例6制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒及沒有摻雜鋁的氧化鋅置于一紐扣電池外殼，分別通過紅外壓片機進(jìn)行壓片，通過采用四探針法測試其表面電阻，通過表面電阻率算的體積電阻率。從圖10得知，實施例1 實施例6制備的摻鋁氧化鋅一維納米棒的體積電阻率分別為1.74 X IO6 Ω.cm、7.07X 104Ω.cm、8.20 X IO2 Ω.cm、1.17 X IO5 Ω.cm、2.91 X IO5 Ω.cm和1.03Χ106Ω.αιι，而對比例I沒有摻雜鋁的氧化鋅的體積電阻率為4.17Χ106Ω ^cm,其中鋁與鋅的摩爾比為1.5:100的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的體積電阻率降低了 4個數(shù)量級，說明了對于此方法而言，實施例3制備的Al摻雜量為1.5%的摻鋁氧化鋅一維納米棒具有最低的體積電阻率，為最優(yōu)摻雜比。以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā) 明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 將鋅鹽溶解于第一有機溶劑中，配制成濃度為0.05mol/L lmol/L的鋅鹽的有機溶液； 按照鋁與鋅的摩爾比為0.1:100 5:100，將可溶性鋁鹽加入到所述鋅鹽的有機溶液中，得到混合溶液； 將強堿溶解于第二有機溶劑中，配制成濃度為0.lmol/L 2mol/L的強堿的有機溶液； 在攪拌的條件下，將所述強堿的有機溶液滴加到所述混合溶液中，持續(xù)攪拌直至所述混合溶液變?yōu)槌吻迦芤汉笸Ｖ沟渭樱瑢⑺龀吻迦芤褐糜诟邏悍磻?yīng)釜中于120°C 180°C保溫反應(yīng)20小時 36小時后，經(jīng)冷卻、離心、清洗及干燥，得到摻鋁氧化鋅一維納米棒；所述摻鋁氧化鋅一維納米棒的長度為100納米 2微米，直徑為15納米 50納米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備方法，其特征在于，所述鋅鹽為二水合醋酸鋅、九水合硝酸鋅或丙酸鋅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備方法，其特征在于，所述可溶性鋁鹽為九水合硝酸鋁或硫酸鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備方法，其特征在于，所述強堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備方法，其特征在于，所述第一有機溶劑及所述第二有機溶劑分別選自乙醇、甲醇及異丙醇中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備方法，其特征在于，所述清洗的步驟為:依次使用去離子水及無水乙醇進(jìn)行清洗。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備方法，其特征在于，所述干燥的條件為:50°C 100°C干燥12小時 24小時。
8.一種摻鋁氧化鋅一維納米棒，其特征在于，所述摻鋁氧化鋅一維納米棒的長度為100納米 2微米，直徑為15納米 50納米，且所述 摻鋁氧化鋅一維納米棒中所述鋁與所述鋅的摩爾比為0.1:100 5:100。
全文摘要
一種摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備方法，包括如下步驟將鋅鹽溶解于第一有機溶劑中，配制成鋅鹽的有機溶液；按照鋁與鋅的摩爾比為0.1∶100～5∶100，將可溶性鋁鹽加入到鋅鹽的有機溶液中，得到混合溶液；將強堿溶解于第二有機溶劑中，配制成強堿的有機溶液；在攪拌的條件下，將強堿的有機溶液滴加到混合溶液中，持續(xù)攪拌直至混合溶液變?yōu)槌吻迦芤汉笸Ｖ沟渭?，將澄清溶液置于高壓反?yīng)釜中于120℃～180℃保溫反應(yīng)20小時～36小時后，經(jīng)冷卻、離心、清洗及干燥，得到摻鋁氧化鋅一維納米棒。上述摻鋁氧化鋅一維納米棒的制備方法能耗較低、較為簡單且成本較為低廉。此外，還涉及一種摻鋁氧化鋅一維納米棒。
文檔編號C01G9/02GK103159253SQ201310066998
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)明者陳銳強, 朱朋莉, 趙濤, 孫蓉 申請人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院