一種制備單分散球狀納米氧化鋅的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于半導(dǎo)體無機(jī)材料領(lǐng)域，具體地說，涉及的是一種制備單分散球狀納米氧化鋅的方法，具體為：稱取PEG-6000溶解于蒸餾水中，每1ml蒸餾水加入0.75gPEG-6000,加熱攪拌，直至完全溶解；將PEG-6000溶液與0.4M的鋅鹽溶液混合，于95℃水浴加熱，加熱的同時攪拌使之充分混合；量取4M的NaOH水溶液，快速加入到混合溶液中，同時劇烈攪拌，95℃恒溫水浴，持續(xù)攪拌2~4小時；待反應(yīng)完畢后，冷卻至室溫，過濾，用乙醇、蒸餾水洗滌，置于烘箱中干燥，獲得白色的ZnO粉體。本發(fā)明以鋅鹽、NaOH和PEG-6000為原料，采用一步法制備出粒徑約為30nm的球狀納米ZnO，且分散性好，粒徑分布窄，在制備性能優(yōu)良的ZnO電壓敏功能材料方面有良好前景。
【專利說明】一種制備單分散球狀納米氧化鋅的方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體無機(jī)材料領(lǐng)域，具體地說，涉及的是一種制備單分散球狀納米氧化鋅的方法。
【背景技術(shù)】[0002]ZnO是一種重要的多功能半導(dǎo)體材料，其具有3.37eV的直接帶隙寬度和較大的激子束縛能60meV,在納米尺度下,顆粒比表面積急劇增加,使納米ZnO表現(xiàn)出塊體材料所不具備的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等，展現(xiàn)出許多特殊性質(zhì)；另外，ZnO以其優(yōu)異性能在半導(dǎo)體氧化物中獨(dú)占鰲頭，廣泛應(yīng)用于氣體傳感器、壓敏電阻和各種光學(xué)器件等；通常，ZnO各向異性生長易形成非球形的低維納米結(jié)構(gòu)，如納米線、納米管、納米帶等，不易形成球形的ZnO顆粒，而對于制備性能優(yōu)良的ZnO (摻雜B1、Sb、Co、Mn、Cr等金屬氧化物)電壓敏功能材料來說，首先獲得形貌接近于球形、粒度小且分布窄的粉體非常關(guān)鍵。
[0003]目前，主要采用氣相法與液相法來制備納米氧化鋅，如噴霧熱解法、電弧等離子體法、溶膠-凝膠法、均相沉淀法、水熱法等；氣相法雖然制得的產(chǎn)品品質(zhì)高，但設(shè)備昂貴，制作成本高，而且實(shí)驗(yàn)條件要求苛刻；與氣相法相比，液相法具有工藝簡單、操作簡便、對設(shè)備要求低、容易批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，而且合成出的納米微粒表面活性好、產(chǎn)物組成精確可控，更具有工業(yè)化前景；雖然Shuang Xu等人用水熱法合成了球形納米ZnO,但顆粒尺寸較大,達(dá)到微米級，而且這種方法需要高溫高壓，不適合于工業(yè)生產(chǎn)；在本研究中我們采用直接一步沉淀法，不需要像傳統(tǒng)方法那樣先獲得前驅(qū)體再進(jìn)行煅燒得到晶體，而是直接在溶液體系中利用表面活性劑控制ZnO顆粒形貌和粒徑，成功制備出單分散的類球形納米ZnO粉體。
本發(fā)明中能獲得單分散球形納米ZnO粉體，是由于表面活性劑PEG-6000具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)及合適的分子量，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明低分子量如PEG-400無法輔助形成球形納米ZnO粉體，而高分子量如PEG-10000，由于分子鏈過長，在水中出現(xiàn)纏繞，使溶液粘度過大，所以選用中高分子量的PEG-6000作為本發(fā)明的分散劑；聚乙二醇的分子式為HO-(CH2CH2O)nH,只有醚鍵和羥基兩種親水基而無疏水基；在水溶液中呈蛇形，易與納米粒子表面建立較強(qiáng)的氫鍵，其氧醚基也易與含氧的粒子表面產(chǎn)生同名離子親合作用；所以可能是這種氫鍵和親合作用使得PEG容易吸附于粒子表面形成一層高分子膜，包圍了納米粒子，而其分子鍵呈蛇形伸向水溶液中，具有一定厚度，當(dāng)帶同性電荷的粒子相互接近時，靜電斥力再加上這層粘稠的高分子膜的空間位阻效應(yīng)，使得粒子的吸引力大為削弱，起到分散作用。同時，這種表面活性劑同樣適用于制備其它球形金屬氧化物如Bi203、TiO2等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一是提供單分散球狀氧化鋅顆粒，得到的球狀氧化鋅顆粒純度高，粒徑約為30nm。
[0005]本發(fā)明的另一目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷與不足，提出一種球狀納米氧化鋅的制備方法，無需煅燒，用液相法直接制備單分散的球狀納米氧化鋅。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟:
第一步，配制濃度為0.4M鋅鹽水溶液，濃度為4M的氫氧化鈉水溶液。
[0006]第二步，稱取PEG-6000溶解于蒸餾水中，每Iml蒸餾水加入0.75g PEG-6000，加
熱攪拌，直至完全溶解。
[0007]第三步，將PEG-6000溶液與0.4M的鋅鹽溶液混合，PEG-6000溶液與鋅鹽溶液的體積比為1:1.5，于95°C水浴加熱，加熱的同時攪拌使之充分混合。
[0008]第四步，量取4M的NaOH水溶液，快速加入到混合溶液中，PEG-6000溶液與NaOH溶液的體積比為1:2.5，同時劇烈攪拌，95°C恒溫水浴，持續(xù)攪拌2~4小時。
[0009]第五步，待反應(yīng)完畢后，冷卻至室溫，過濾，用乙醇、蒸餾水洗滌，置于烘箱中干燥，獲得白色的ZnO粉體。
[0010]所述鋅鹽，選用六水合硝酸鋅。
[0011]所述劇烈攪拌指攪拌速度調(diào)至600-800轉(zhuǎn)/分鐘。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
(I)以鋅鹽、NaOH和PEG-6000為原料，用料廉價易得，無需煅燒，大大節(jié)約了成本，而且方法簡單，不需要大型精密設(shè)備，可適用于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0013](2)采用一步法制備出粒徑約為30nm的球狀納米ZnO，且分散性好，粒徑分布窄，在制備性能優(yōu)良的ZnO電壓敏功能材料方面有`良好前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明所得球狀納米氧化鋅的XRD圖:
從XRD圖中可以看出，制備獲得的ZnO為六方晶系纖鋅礦結(jié)構(gòu)，所有的衍射峰均與ZnO的標(biāo)準(zhǔn)圖譜(PDF# 65-3411)相吻合，圖中未出現(xiàn)Zn(NO3)2, Zn(OH)2等其他的雜質(zhì)峰，說明所得產(chǎn)品的純度很高，窄而尖銳的衍射峰形表明產(chǎn)品的晶化質(zhì)量很好；
圖2、圖3為本發(fā)明所得球狀納米氧化鋅的形貌圖:
從TEM圖中可以看出，球形ZnO顆粒尺寸均一，分散性較好，粒徑約為30nm ；
圖4為本發(fā)明所得球狀納米氧化鋅的紅外光譜圖:
從圖中可以看出，ZnO表面存在一些有機(jī)官能團(tuán)，如亞甲基等，同時也存在0H\ N03_等，這些基團(tuán)可以使ZnO表面功能化。
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1
配制濃度為0.4M鋅鹽水溶液，濃度為4M的NaOH水溶液；將15g PEG-6000溶解于20mL蒸餾水中，加熱攪拌，直至完全溶解；將20mL PEG-6000溶液與30mL鋅鹽溶液混合，置于250mL圓底燒瓶中，95°C水浴加熱，攪拌0.5h ;量取50mLNa0H溶液，快速加入混合溶液中，同時攪拌速度調(diào)至600轉(zhuǎn)/分鐘，95°C恒溫水浴，持續(xù)攪拌2.5 h，待反應(yīng)完畢后，冷卻至室溫，過濾，用乙醇、蒸餾水洗滌數(shù)遍，置于烘箱中60°C干燥6h得到氧化鋅粉體。
[0016]實(shí)施例2
配制濃度為0.4M鋅鹽水溶液，濃度為4M的NaOH水溶液，將15g PEG-6000溶解于20mL蒸餾水中，加熱攪拌，直至完全溶解，將20mL PEG-6000溶液與30mL鋅鹽溶液混合，置于250mL圓底燒瓶中，95°C水浴加熱，攪拌0.5h，量取50mLNa0H溶液，快速加入混合溶液中，同時攪拌速度調(diào)至700轉(zhuǎn)/分鐘，95°C恒溫水浴，持續(xù)攪拌3.5h，待反應(yīng)完畢后，冷卻至室溫，過濾，用乙醇、蒸餾水洗滌數(shù)遍，置于烘箱中60°C干燥6h得到氧化鋅粉體，
實(shí)施例3
配制濃度為0.4M鋅鹽水溶液，濃度為4M的NaOH水溶液，將8g PEG-6000溶解于10.67mL蒸餾水中，加熱攪拌，直至完全溶解，將10.67mL PEG-6000溶液與16mL鋅鹽溶液混合，置于250mL圓底燒瓶中，95°C水浴加熱，攪拌0.5h，量取26.675mLNa0H溶液，快速加入混合溶液中，同時攪拌速度調(diào)至800轉(zhuǎn)/分鐘，95°C恒溫水浴，持續(xù)攪拌4h，待反應(yīng)完畢后，冷卻至室溫，過濾，用乙醇、蒸餾水洗滌數(shù)遍，置于烘箱中60°C干燥6h得到氧化鋅粉體。
[0017]實(shí)施例4
配制濃度為0.4M鋅鹽水溶液，濃度為4M的NaOH水溶液。將20g PEG-6000溶解于26.67mL蒸餾水中，加熱攪拌，直至完全溶解，將26.67mL PEG-6000溶液與40mL鋅鹽溶液混合，置于250mL圓底燒瓶中，95°C水浴加熱，攪拌0.5h，量取66.68mLNa0H溶液，快速加入混合溶液中，同時攪拌速度調(diào)至600轉(zhuǎn)/分鐘，95°C恒溫水浴，持續(xù)攪拌2h，待反應(yīng)完畢后，冷卻至室溫，過濾，用乙醇、蒸餾水洗滌數(shù)遍，置于烘箱中60°C干燥6h得到氧化鋅粉體。
【權(quán)利要求】
1.一種制備單分散球狀納米氧化鋅的方法，其特征在于包括如下步驟: (1)配制濃度為0.4M鋅鹽水溶液,濃度為4M的氫氧化鈉水溶液；(2)稱取PEG-6000溶解于蒸餾水中，每Iml蒸餾水加入0.75g PEG-6000,加熱攪拌，直至完全溶解；(3)將PEG-6000溶液與0.4M的鋅鹽溶液混合，PEG-6000溶液與鋅鹽溶液的體積比為1:1.5，恒溫水浴加熱，加熱的同時攪拌使之充分混合； (4)量取4M的NaOH水溶液，快速加入到混合溶液中，PEG-6000溶液與NaOH溶液的體積比為1:2.5，同時劇烈攪拌，恒溫水浴加熱，持續(xù)攪拌2~4小時； (5)待反應(yīng)完畢后，冷卻至室溫，過濾，用乙醇、蒸餾水洗滌，置于烘箱中干燥，獲得白色的ZnO粉體。
2.如權(quán)利要求1所述的一種制備單分散球狀納米氧化鋅的方法，其特征在于:所述鋅鹽為六水合硝酸鋅。
3.如權(quán)利要求1所述的一種制備單分散球狀納米氧化鋅的方法，其特征在于:所述劇烈攪拌指攪拌速度為600-800轉(zhuǎn)/分鐘。
4.如權(quán)利要求1所述的 一種制備單分散球狀納米氧化鋅的方法，其特征在于:所述恒溫水浴加熱的溫度為95°C。
【文檔編號】B82Y40/00GK103482681SQ201310428767
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】王茂華, 周芙, 張波 申請人:常州大學(xué)