專利名稱：摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體及其制備方法
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導(dǎo)電粉體及其制備方法。
背景技術(shù)：
在過(guò)去幾十年，納米氧化鋅由于其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)倍受人們的關(guān)注。納米氧化鋅已在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，如太陽(yáng)能電池、催化、壓敏電阻、光電器件、氣敏元件和晶體管等。但是，單純的氧化鋅在使用過(guò)程中容易受空氣中的氧氣、二氧化碳、碳?xì)浠衔?、水蒸汽和硫化物等影響，其光學(xué)和電學(xué)性能會(huì)隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。研究表明，通過(guò)摻雜能提高氧化鋅在空氣中的穩(wěn)定性，使其能在各領(lǐng)域獲得更好的應(yīng)用。鋁、銦和鎵等高價(jià)金屬通過(guò)一定的方法已經(jīng)能夠成功摻入氧化鋅晶格中，相對(duì)于銦和鎵兩者稀貴金屬，鋁在地殼中蘊(yùn)含量是銦105 106倍，銦的價(jià)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(méi)有的穩(wěn)定性，并且無(wú)毒，對(duì)環(huán)境友好，所以，鋁摻雜氧化鋅被譽(yù)為最有希望替代錫摻雜氧化銦的化合物。在AZO的制備中，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(duì)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(guò)涂膜技術(shù)制備成透明導(dǎo)電膜，應(yīng)用在太陽(yáng)能電池和電子元器件當(dāng)中，同時(shí)也可以充當(dāng)漿料、涂料、塑料和高分子等的填料及添加劑，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AZO粉體形貌的合成基本上只有納米顆粒和納米棒/線。納米顆粒制備較多使用的方法是將鋅和摻雜元素的可溶性鹽的混合溶液和沉淀劑同時(shí)滴到水中，控制反應(yīng)條件(如調(diào)節(jié)PH值)，形成摻雜的堿式碳酸鋅，再通過(guò)在還原性氣氛中煅燒制備出AZO粉體，這種方法工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，但需要在還原性氣氛下高溫煅燒，顆粒易團(tuán)聚，形貌不可控，同時(shí)煅燒過(guò)程比較危險(xiǎn)，對(duì)設(shè)備要求較高，消耗大量的能量，成本高。納米棒/線的方法則使用靜電紡絲的方法，需要設(shè)備要求更高，消耗的能量更多。眾所周知，對(duì)于化學(xué)物質(zhì)，結(jié)構(gòu)決定性能，因此材料的形貌對(duì)其應(yīng)用有很大影響。人們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，氧化鋅復(fù)雜形貌由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)在催化及氣敏元件等領(lǐng)域具有簡(jiǎn)單形貌所不具備的優(yōu)異性能，譬如在催化應(yīng)用中提供巨大表面積的同時(shí)，又可以避免團(tuán)聚改善并延長(zhǎng)催化劑的性能。但其它形貌特別是復(fù)雜形貌的AZO目前還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，有必要提供一種形貌較為復(fù)雜的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體及其制備方法。一種摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體，所述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)，且所述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的顆粒直徑為I微米 10微米，所述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體中鋁與鋅的摩爾比為0.1:100^5:100.
一種摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備方法，包括如下步驟:
按照鋁與鋅的摩爾比為0.1:10(Γ5:100，將水溶性鋁鹽加入到濃度為0.5mol/L"3mol/L的鋅鹽的水溶液中，得到第一混合溶液；在溫度為0°C 10°C及不斷攪拌的條件下，將濃度為0.5mol/L^5mol/L的強(qiáng)堿的水溶液和濃度為0.08mol/L^lmol/L的表面活性劑的水溶液同時(shí)滴加到所述第一混合溶液中，得到第二混合溶液；其中，所述強(qiáng)堿與所述鋅鹽的摩爾比為3:5 5:1，所述表面活性劑與所述鋅鹽的摩爾比為3:250 1:30 ;及在所述第二混合溶液中加入去離子水，經(jīng)室溫下攪拌0.5小時(shí)小時(shí)后，置于700C 95°C中保溫反應(yīng)3小時(shí) 10小時(shí)，得到反應(yīng)液，經(jīng)離心、清洗及干燥，得到摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體；所述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)，且所述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的顆粒直徑為I微米 10微米。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述鋅鹽為硝酸鋅、氯化鋅或硫酸鋅。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述水溶性鋁鹽為九水合硝酸鋁或硫酸鋁。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述強(qiáng)堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述表面活性劑為硬脂酸鈉、十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉。在其中一個(gè)實(shí)施例中，在所述第二混合溶液中加入所述去離子水時(shí)，加入的所述去離子水的體積與所述第二混合溶液的體積之和為80毫升 120毫升。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述清洗的步驟為:依次使用去離子水及無(wú)水乙醇進(jìn)行清洗。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述干燥的條件為:80°C 100°C干燥12小時(shí) 24小時(shí)。上述摻鋁氧化鋅導(dǎo) 電粉體的掃描電鏡的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)，形貌較為復(fù)雜。由于納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)的摻鋁氧化鋅同時(shí)具有高比表面和抗團(tuán)聚能力，在催化中有廣闊的應(yīng)用前景；并且由于上述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體在三維空間上均有納米棒，增加底部與上部的聯(lián)通，類似的四足體結(jié)構(gòu)有利于提高雜合太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率；同時(shí)，通過(guò)摻雜鋁提高了氧化鋅的導(dǎo)電能力，在透明導(dǎo)電膜以及紅外反射膜中也有很好的應(yīng)用前景，同時(shí)由于其具有較好的抗團(tuán)聚能力，成膜穩(wěn)定性性較普通的摻鋁氧化鋅要好。


圖1為一實(shí)施方式的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備方法流程圖；圖2為實(shí)施例2制備的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的掃描電鏡圖(SEM)；圖3為實(shí)施例4制備的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的掃描電鏡圖(SHM)；圖4為實(shí)施例5制備的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的掃描電鏡圖(SEM)；圖5為實(shí)施例2、實(shí)施例4和實(shí)施例5摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體與對(duì)比例制備的沒(méi)有摻雜鋁的氧化鋅的X射線衍射分析圖(XRD);圖6為實(shí)施例f實(shí)施例6制備的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體與對(duì)比例制備的沒(méi)有摻雜鋁的氧化鋅的紫外-可見(jiàn)光光譜圖；圖7為實(shí)施例f實(shí)施例6制備的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體與對(duì)比例制備的沒(méi)有摻雜鋁的氧化鋅的體積電阻率數(shù)據(jù)圖。
具體實(shí)施例方式下面主要結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體及其制備方法的作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。一實(shí)施方式的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體，掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)，且摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的顆粒直徑為I微米 10微米，摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體中鋁與鋅的摩爾比為0.1: 100^5:1OOo上述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的掃描電鏡的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)，形貌較為復(fù)雜。由于納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)的摻鋁氧化鋅同時(shí)具有高比表面和抗團(tuán)聚能力，在催化中有廣闊的應(yīng)用前景；并且由于上述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體在三維空間上均有納米棒，增加底部與上部的聯(lián)通，類似的四足體結(jié)構(gòu)有利于提高雜合太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率；同時(shí)，通過(guò)摻雜鋁提高了氧化鋅的導(dǎo)電能力，在透明導(dǎo)電膜以及紅外反射膜中也有很好的應(yīng)用前景，同時(shí)由于其具有較好的抗團(tuán)聚能力，成膜穩(wěn)定性性較普通的摻鋁氧化鋅要好。如圖1所示，一實(shí)施方式的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備方法，包括如下步驟:步驟SllO:按照鋁與鋅的摩爾比為0.1:10(Γ5:100，將水溶性鋁鹽加入到濃度為
0.5mol/L^3mol/L的鋅鹽的水溶液中，得到第一混合溶液。濃度為0.5mol/L^3mol/L的鋅鹽的水溶液有利于產(chǎn)物的成核生長(zhǎng)，若濃度過(guò)大會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物的生長(zhǎng)速度過(guò)快，不利于產(chǎn)物形貌的控制。鋅鹽可以為本領(lǐng)域常用的鋅鹽，優(yōu)選為硝酸鋅、氯化鋅或硫酸鋅。水溶性鋁鹽 可以為本領(lǐng)域常用的水溶性鋁鹽，優(yōu)選為九水合硝酸鋁或硫酸鋁。步驟S120:在溫度為(TC 10°C及不斷攪拌的條件下，將濃度為0.5mol/L^5mol/L的強(qiáng)堿的水溶液和濃度為0.08mol/L^lmol/L的表面活性劑的水溶液同時(shí)滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液；其中，強(qiáng)堿與鋅鹽的摩爾比為3:5 5:1，表面活性劑與鋅鹽的摩爾比為3:250 1:30。由于強(qiáng)堿的水溶液與第一混合溶液混合會(huì)釋放熱，而較低的溫度有利于反應(yīng)產(chǎn)物成核,通過(guò)滴加的方式有利于產(chǎn)物成核。通過(guò)將表面活性劑滴加到第一混合溶液中,有利于產(chǎn)物的生長(zhǎng)，避免了開(kāi)始直接將表面活性劑加入到第一混合溶液中，而包覆在產(chǎn)物的成核點(diǎn)上，不利于產(chǎn)物的后續(xù)生長(zhǎng)。強(qiáng)堿可以為本領(lǐng)域常用的強(qiáng)堿，優(yōu)選為氫氧化鈉或氫氧化鉀。濃度為0.5mol/L"5mol/L的強(qiáng)堿的水溶液有利于摻鋁氧化鋅的形成,摻鋁氧化鋅是一個(gè)近似溶解-結(jié)晶的過(guò)程，且由于摻鋁氧化鋅是兩性氧化物，強(qiáng)堿的水溶液的濃度過(guò)高不利于摻鋁氧化鋅的形成，但是濃度過(guò)小，會(huì)直接形成鋅和鋁的氫氧化物沉淀，而不能形成一種亞穩(wěn)狀態(tài)鋅/鋁氫氧化物，不利于摻鋁氧化鋅的形成。表面活性劑可以為本領(lǐng)域常用的表面活性劑，例如陰離子表面活性劑，優(yōu)選為硬脂酸鈉、十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉。這些都是具有長(zhǎng)鏈烷基的陰離子表面活性齊U，一方面反映體系是堿性的，陰離子表面活性劑有利，另一方面，長(zhǎng)鏈烷基是可以形成較好的包覆，也能形成反應(yīng)的小液滴。濃度為0.08mol/L^lmol/L的表面活性劑的水溶液即能夠保證表面活性劑能在產(chǎn)物表面形成包覆層，控制產(chǎn)物的形貌生長(zhǎng)，又避免有過(guò)多的表面活性劑影響生長(zhǎng)。步驟S130:在第二混合溶液中加入去離子水，經(jīng)室溫下攪拌0.5小時(shí)小時(shí)后，置于70°C 95°C中保溫反應(yīng)3小時(shí) 10小時(shí)，得到反應(yīng)液，經(jīng)離心、清洗及干燥，得到摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體；摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)，且摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的顆粒直徑為I微米 10微米。通過(guò)在第二混合溶液中加入去離子能夠進(jìn)一步降低反應(yīng)的濃度，使其成核速率更低，通過(guò)攪拌0.5小時(shí)I小時(shí)使得體系混合更均勻，同時(shí)給予表面活性劑足夠的時(shí)間去吸附在產(chǎn)物表面。在具體的實(shí)施例中，在步驟S130中，保溫反應(yīng)時(shí)，加入了去離子水的第二混合溶液裝載容器是保溫器。通過(guò)在70°C 95°C中保溫反應(yīng)3小時(shí) 10小時(shí)，使得剩余的鋅和鋁在成核點(diǎn)上析出鋅和鋁的堿性氧化物，然后該堿性氧化物脫水形成產(chǎn)物摻鋁氧化鋅。優(yōu)選的，在第二混合溶液中加入去離子水時(shí)，加入的去離子水的體積與第二混合溶液的體積之和為80毫升 120毫升，該體積總量的去離子水和第二混合溶液有利于反應(yīng)的控制。優(yōu)選的，清洗的步驟為:依次使用去離子水及無(wú)水乙醇進(jìn)行清洗。在具體的實(shí)施例中，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無(wú)水乙醇清洗多次，從而去除產(chǎn)物中的雜質(zhì)離子和表面活性劑，雜質(zhì)離子例如，鈉離子、鉀離子等。優(yōu)選的，干燥條件為:80°C 100°C干燥12小時(shí) 24小時(shí)。上述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備方法，通過(guò)按照上述步驟并在溫度為70°C 95°C中保溫反應(yīng)3小時(shí) 10小時(shí)制備摻鋁`氧化鋅導(dǎo)電粉體，在制備過(guò)程中不需要調(diào)節(jié)pH值，且使用的溶劑為去離子水，避免了使用有機(jī)溶劑，且反應(yīng)溫度只要70°C 95°C，無(wú)需高溫?zé)Y(jié)就能夠得到形貌較為復(fù)雜的、具有由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體，能耗較低，制備過(guò)程簡(jiǎn)單；且使用的原材料來(lái)源豐富，成本較為低廉，特別適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。以下為具體實(shí)施例部分:實(shí)施例1本實(shí)施例的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備步驟如下:(I)按照鋁與鋅的摩爾比為0.4:100，將0.03752g九水合硝酸鋁加入到濃度為lmol/L的硝酸鋅的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在溫度為0°C及不斷攪拌的條件下，將35毫升的濃度為3mol/L的氫氧化鈉的水溶液和3毫升的濃度為0.lmol/L的十二烷基苯磺酸鈉的水溶液同時(shí)滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入37毫升的去離子水，經(jīng)室溫下溫和攪拌1.5小時(shí)后，裝入保溫器置于75°C保溫反應(yīng)8小時(shí)，得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液離心，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無(wú)水乙醇清洗多次，去除雜質(zhì)離子和表面活性劑，最后于烘箱中80°C干燥12小時(shí)，得到掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體。實(shí)施例2
本實(shí)施例的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備步驟如下:(I)按照鋁與鋅的摩爾比為1:100，將0.0938g九水合硝酸鋁加入到濃度為Imol/L的硝酸鋅的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在溫度為0°C及不斷攪拌的條件下，將35毫升的濃度為3mol/L的氫氧化鈉的水溶液和3毫升的濃度為0.lmol/L的十二烷基苯磺酸鈉的水溶液同時(shí)滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入37毫升的去離子水，經(jīng)室溫下溫和攪拌1.5小時(shí)后，裝入保溫器置于75°C保溫反應(yīng)8小時(shí)，得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液離心，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無(wú)水乙醇清洗多次，去除雜質(zhì)離子和表面活性劑，最后于烘箱中80°C干燥12小時(shí)，得到掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體。將本實(shí)施例制備的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體分別分散在乙醇中，濃度為10mg/ml，滴在硅片上，得到本實(shí)施例制備的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的掃描電鏡圖(SEM)，見(jiàn)圖2，從圖2中可以看出，摻鋁氧化鋅為納米結(jié)構(gòu)的棒狀組成的刺球花狀的二級(jí)結(jié)構(gòu)，納米棒直徑約100納米，刺球花狀結(jié)構(gòu)的直徑約3微米。實(shí)施例3本實(shí)施例的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備步驟如下:(I)按照鋁與鋅的摩爾比為1.5:100，將0.1407g九水合硝酸鋁加入到濃度為lmol/L的硝酸鋅的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在溫度為0°C及不斷攪拌的條件下，將35毫升的濃度為3mol/L的氫氧化鈉的水溶液和3毫升的濃度為0.l mol/L的十二烷基苯磺酸鈉的水溶液同時(shí)滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入37毫升的去離子水，經(jīng)室溫下溫和攪拌1.5小時(shí)后，裝入保溫器置于75°C保溫反應(yīng)8小時(shí)，得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液離心，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無(wú)水乙醇清洗多次，去除雜質(zhì)離子和表面活性劑，最后于烘箱中80°C干燥12小時(shí)，得到掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體。實(shí)施例4本實(shí)施例的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備步驟如下:(I)按照鋁與鋅的摩爾比為2:100，將0.1876g九水合硝酸鋁加入到濃度為Imol/L的硝酸鋅的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在溫度為0°C及不斷攪拌的條件下，將35毫升的濃度為3mol/L的氫氧化鈉的水溶液和3毫升的濃度為0.lmol/L的十二烷基苯磺酸鈉的水溶液同時(shí)滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入37毫升的去離子水，經(jīng)室溫下溫和攪拌1.5小時(shí)后，裝入保溫器置于75°C保溫反應(yīng)8小時(shí)，得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液離心，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無(wú)水乙醇清洗多次，去除雜質(zhì)離子和表面活性劑，最后于烘箱中80°C干燥12小時(shí)，得到掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體。
將本實(shí)施例制備的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體分別分散在乙醇中，濃度為10mg/ml，滴在硅片上，得到本實(shí)施例制備的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的掃描電鏡圖(SEM)，見(jiàn)圖3，從圖3可以看出，摻鋁氧化鋅為納米結(jié)構(gòu)的棒狀組成的刺球花狀的二級(jí)結(jié)構(gòu)，納米棒直徑約50納米，刺球花狀結(jié)構(gòu)的直徑約I微米。
實(shí)施例5本實(shí)施例的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備步驟如下:(I)按照鋁與鋅的摩爾比為3:100，將0.2813g九水合硝酸鋁加入到濃度為Imol/L的硝酸鋅的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在溫度為0°C及不斷攪拌的條件下，將35毫升的濃度為3mol/L的氫氧化鈉的水溶液和3毫升的濃度為0.lmol/L的十二烷基苯磺酸鈉的水溶液同時(shí)滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入37毫升的去離子水，經(jīng)室溫下溫和攪拌1.5小時(shí)后，裝入保溫器置于75°C保溫反應(yīng)8小時(shí)，得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液離心，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無(wú)水乙醇清洗多次，去除雜質(zhì)離子和表面活性劑，最后于烘箱中80°C干燥12小時(shí)，得到掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體。將本實(shí)施例制備的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體分別分散在乙醇中，濃度為10mg/ml，滴在硅片上，得到本實(shí)施例制備的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的掃描電鏡圖(SEM)，見(jiàn)圖4，從圖4中可以看出，摻鋁氧化鋅為納米結(jié)構(gòu)的棒狀組成的刺球花狀的二級(jí)結(jié)構(gòu)，納米棒直徑約150納米，刺球花狀結(jié)構(gòu)直徑約10微米。實(shí)施例6本實(shí)施例的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備步驟如下:(I)按照鋁與鋅的摩爾比為4:100，將0.3752g九水合硝酸鋁加入到濃度為Imol/L的硝酸鋅的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在溫度為0°C及不斷攪拌的條件下，將35毫升的濃度為3mol/L的氫氧化鈉的水溶液和3毫升的濃度為0.lmol/L的十二烷基苯磺酸鈉的水溶液同時(shí)滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入37毫升的去離子水，經(jīng)室溫下溫和攪拌1.5小時(shí)后，裝入保溫器置于75°C保溫反應(yīng)8小時(shí)，得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液離心，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無(wú)水乙醇清洗多次，去除雜質(zhì)離子和表面活性劑，最后于烘箱中80°C干燥12小時(shí)，得到掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體。實(shí)施例7本實(shí)施例的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備步驟如下:(I)按照鋁與鋅的摩爾比為1:100，將0.0856g硫酸鋁加入到濃度為lmol/L的氯化鋅的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在溫度為0°C及不斷攪拌的條件下，將30毫升的濃度為2mol/L的氫氧化鉀的水溶液和5毫升的濃度為0.08mol/L的十二烷基硫酸鈉的水溶液同時(shí)滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。
(3)在第二混合溶液中加入40毫升的去離子水，經(jīng)室溫下溫和攪拌I小時(shí)后，裝入保溫器置于75°C保溫反應(yīng)10小時(shí)，得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液離心，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無(wú)水乙醇清洗多次，去除雜質(zhì)離子和表面活性劑，最后于烘箱中80°C干燥24小時(shí)，得到掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體。實(shí)施例8本實(shí)施例的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備步驟如下:(I)按照鋁與鋅的摩爾比為1:100，將0.0428g硫酸鋁加入到濃度為0.5mol/L的氯化鋅的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在溫度為0°C及不斷攪拌的條件下，將30毫升的濃度為2mol/L的氫氧化鉀的水溶液和5毫升的濃度為0.08mol/L的硬脂酸鈉的水溶液同時(shí)滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入40毫升的去離子水，經(jīng)室溫下溫和攪拌I小時(shí)后，裝入保溫器置于80°C保溫反應(yīng)7小時(shí)，得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液離心，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無(wú)水乙醇清洗多次，去除雜質(zhì)離子和表面活性劑，最后于烘箱中100°C干燥12小時(shí)，得到掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體。實(shí)施例9本實(shí)施例的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體 的制備步驟如下:(I)按照鋁與鋅的摩爾比為5:100，將0.4280g硫酸鋁加入到濃度為lmol/L的硝酸鋅的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在溫度為0°C及不斷攪拌的條件下，將30毫升的濃度為2mol/L的氫氧化鉀的水溶液和5毫升的濃度為0.08mol/L的十二烷基苯磺酸鈉的水溶液同時(shí)滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入40毫升的去離子水，經(jīng)室溫下溫和攪拌0.5小時(shí)后，裝入保溫器置于80°C保溫反應(yīng)7小時(shí)，得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液離心，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無(wú)水乙醇清洗多次，去除雜質(zhì)離子和表面活性劑，最后于烘箱中80°C干燥12小時(shí)，得到掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體。實(shí)施例10本實(shí)施例的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備步驟如下:(I)按照鋁與鋅的摩爾比為0.1:100，將0.0086g硫酸鋁加入到濃度為lmol/L的硝酸鋅的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在溫度為0°C及不斷攪拌的條件下，將30毫升的濃度為2mol/L的氫氧化鉀的水溶液和5毫升的濃度為0.08mol/L的十二烷基苯磺酸鈉的水溶液同時(shí)滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入40毫升的去離子水，經(jīng)室溫下溫和攪拌0.5小時(shí)后，裝入保溫器置于80°C保溫反應(yīng)3小時(shí)，得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液離心，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無(wú)水乙醇清洗多次，去除雜質(zhì)離子和表面活性劑，最后于烘箱中80°C干燥12小時(shí)，得到掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體。實(shí)施例11本實(shí)施例的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備步驟如下:(I)按照鋁與鋅的摩爾比為1:100，將0.0938g九水合硝酸鋁加入到濃度為Imol/L的硫酸鋅的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在溫度為0°C及不斷攪拌的條件下，將30毫升的濃度為2mol/L的氫氧化鉀的水溶液和4毫升的濃度為0.2mol/L的十二烷基苯磺酸鈉的水溶液同時(shí)滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入41毫升的去離子水，經(jīng)室溫下溫和攪拌3小時(shí)后，裝入保溫器置于95°C保溫反應(yīng)8小時(shí)，得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液離心，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無(wú)水乙醇清洗多次，去除雜質(zhì)離子和表面活性劑，最后于烘箱中80°C干燥12小時(shí)，得到掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體。實(shí)施例12本實(shí)施例的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備步驟如下:(I)按照鋁與鋅的摩爾比為1:100，將0.0938g九水合硝酸鋁加入到濃度為Imol/L的氯化鋅的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在溫度為10°C及不斷攪拌的條件下，將30毫升的濃度為0.5mol/L的氫氧化鉀的水溶液和4毫升的濃度為0.2mol/L的十二烷基苯磺酸鈉的水溶液同時(shí)滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入21毫升的去離子水，經(jīng)室溫下溫和攪拌3小時(shí)后，裝入保溫器置于95°C保溫反應(yīng)8小時(shí)，得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液離心，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無(wú)水乙醇清洗多次，去除雜質(zhì) 離子和表面活性劑，最后于烘箱中80°C干燥12小時(shí)，得到摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體。實(shí)施例13本實(shí)施例的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備步驟如下:(I)按照鋁與鋅的摩爾比為1:100，將0.1125g九水合硝酸鋁加入到濃度為3mol/L的硫酸鋅的水溶液中，配制10毫升的第一混合溶液。(2)在溫度為0°C及不斷攪拌的條件下，將30毫升的濃度為5mol/L的氫氧化鉀的水溶液和I毫升的濃度為lmol/L的十二烷基苯磺酸鈉的水溶液同時(shí)滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入79毫升的去離子水，經(jīng)室溫下溫和攪拌2小時(shí)后，裝入保溫器置于85°C保溫反應(yīng)5小時(shí)，得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液離心，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無(wú)水乙醇清洗多次，去除雜質(zhì)離子和表面活性劑，最后于烘箱中100°C干燥12小時(shí)，得到摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體。對(duì)比例沒(méi)有摻雜鋁的氧化鋅制備步驟如下:(I)配制濃度為lmol/L的硝酸鋅的水溶液25毫升的，是為第一混合溶液。
(2)在溫度為0°C及不斷攪拌的條件下，將35毫升的濃度為3mol/L的氫氧化鈉的水溶液和3毫升的濃度為0.lmol/L的十二烷基苯磺酸鈉的水溶液同時(shí)滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入37毫升的去離子水，經(jīng)室溫下溫和攪拌1.5小時(shí)后，裝入保溫器置于75°C保溫反應(yīng)8小時(shí)，得到反應(yīng)液，將反應(yīng)液離心，先使用去離子水清洗多次，然后再使用無(wú)水乙醇清洗多次，去除雜質(zhì)離子和表面活性劑，最后于烘箱中80°C干燥12小時(shí)，得到氧化鋒粉體。圖5表示的是實(shí)施例2、實(shí)施例4及實(shí)施例5制備的摻鋁氧化鋅與對(duì)比例的沒(méi)有摻雜鋁的氧化鋅的X射線衍射分析圖(XRD)。從圖5中可以看出，三個(gè)實(shí)施例制備的摻鋁氧化鋅均為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，對(duì)比例物相結(jié)構(gòu)一致，并不存在氧化鋁等其他雜相，并且通過(guò)002峰位置隨著摻雜濃度升高存在向高角度位移，說(shuō)明Al成功摻入ZnO晶格中。圖6表示的是實(shí)施例f實(shí)施例6制備的摻鋁氧化鋅與對(duì)比例的沒(méi)有摻雜鋁的氧化鋅的紫外-可見(jiàn)光光譜圖，從圖6中可以看出，實(shí)施例f實(shí)施例6制備的摻鋁氧化鋅具有典型的氧化鋅紫外吸收，吸收峰位置在380nm處，以對(duì)比例為基準(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(bào)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7表示的是實(shí)施例f實(shí)施例6制備的摻鋁氧化鋅與對(duì)比例的沒(méi)有摻雜鋁的氧化鋅的體積電阻率數(shù)據(jù)圖。通過(guò)分別取適量的實(shí)施例f實(shí)施例6制備的摻鋁氧化鋅及沒(méi)有摻雜鋁的氧化鋅置于一紐扣電池外殼，分別通過(guò)紅外壓片機(jī)進(jìn)行壓片，通過(guò)采用四探針?lè)y(cè)試其表面電阻率，通過(guò)表面電阻率算的體積電阻率。從圖7得知，實(shí)施例f實(shí)施例6制備的摻鋁氧化鋅的體積電阻率分別為1.1X IO6 Ω.οιι、1.8Χ104Ω.οιι、3.6Χ105Ω.cm、6.8Χ105Ω * cmU.3Χ106Ω.cm和1.7Χ106Ω.cm，對(duì)比例沒(méi)有摻雜鋁的氧化鋅的體積電阻率為3.6Χ106Ω._，其中，鋁與鋅的摩爾比為1: 100的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的體積電阻率降低了 2個(gè)數(shù)量級(jí)，說(shuō)明了對(duì)于此方法而言，實(shí)施例2制備的1%的Al摻雜量的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體具有最低的體積電阻率，為最優(yōu)摻雜比。以上所述實(shí) 施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)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(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，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
1.一種摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體，其特征在于，所述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)，且所述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的顆粒直徑為I微米 10微米，所述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體中鋁與鋅的摩爾比為0.1:10(Γ5:100。
2.一種摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 按照鋁與鋅的摩爾比為0.1:10(Γ5:100，將水溶性鋁鹽加入到濃度為0.5mol/L^3mol/L的鋅鹽的水溶液中，得到第一混合溶液； 在溫度為0°C 10°C及不斷攪拌的條件下，將濃度為0.5mol/L^5mol/L的強(qiáng)堿的水溶液和濃度為0.08mol/L^lmol/L的表面活性劑的水溶液同時(shí)滴加到所述第一混合溶液中，得到第二混合溶液；其中，所述強(qiáng)堿與所述鋅鹽的摩爾比為3:5 5:1，所述表面活性劑與所述鋅鹽的摩爾比為3:250^1:30 ;及 在所述第二混合溶液中加入去離子水，經(jīng)室溫下攪拌0.5小時(shí)I小時(shí)后，置于700C 95°C中保溫反應(yīng)3小時(shí) 10小時(shí)，得到反應(yīng)液，經(jīng)離心、清洗及干燥，得到摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體；所述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)，且所述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的顆粒直徑為I微米 10微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備方法，其特征在于，所述鋅鹽為硝酸鋅、氯化鋅或硫酸鋅。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備方法，其特征在于，所述水溶性招鹽為九水合硝Ife招或硫Ife招。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備方法，其特征在于，所述強(qiáng)堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
6.根據(jù)權(quán)利要求2 所述的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備方法，其特征在于，所述表面活性劑為硬脂酸鈉、十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸鈉。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備方法，其特征在于，在所述第二混合溶液中加入所述去離子水時(shí)，加入的所述去離子水的體積與所述第二混合溶液的體積之和為80暈升 120暈升。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備方法，其特征在于，所述清洗的步驟為:依次使用去離子水及無(wú)水乙醇進(jìn)行清洗。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的制備方法，其特征在于，所述干燥的條件為:80°C 100°C干燥12小時(shí) 24小時(shí)。
全文摘要
一種摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體，其掃描電鏡觀察的微觀形貌為由摻鋁氧化鋅納米棒組成的刺球花狀結(jié)構(gòu)，且摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的顆粒直徑為1微米~10微米，摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體中鋁與鋅的摩爾比為0.1:100~5:100。上述摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體的形貌較為復(fù)雜。此外，還涉及一種摻鋁氧化鋅導(dǎo)電粉體制備方法。
文檔編號(hào)B82Y30/00GK103159252SQ201310066730
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月1日
發(fā)明者孫蓉, 陳銳強(qiáng), 朱朋莉, 趙濤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院