專利名稱：均勻尺寸的納米氧化鋅顆粒的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于量子點材料制備技術領域，涉及一種熱分解制備均勻納米顆粒的方法，尤其是尺寸均勻的氧化鋅納米顆粒的制備方法。
背景技術：
從上個世紀末以來，納米科學和技術的研究得到了來自于物理、化學、材料和生物等多個學科研究者的廣泛重視。目前，納米科學和技術領域的研究對象主要集中在低維結(jié)構(gòu)，如二維超晶格、量子點、量子線等。氧化鋅是一種寬能帶直接能隙的半導體材料，其熒光波長在近紫外和藍光范圍，是一種有潛力的光電材料。在過去幾年開展的對氧化鋅的各種研究中，以氧化鋅發(fā)光器件的研究、納米氧化鋅顆粒材料(量子點)的制備及測量、低維結(jié)構(gòu)的自組織生長等最為活躍。
與工業(yè)上制備的納米氧化鋅粉體不同，在納米顆粒材料中，顆粒尺寸的均勻程度將極大地影響材料的量子特性。尺度均勻的納米顆粒材料將具有均勻一致的性能。目前對氧化鋅的研究結(jié)果已經(jīng)顯示納米氧化鋅顆粒的制備方法、顆粒尺度及后續(xù)的鈍化處理與氧化鋅的光譜特性之間存在密切的關系。因而，制備結(jié)構(gòu)相同、尺寸均勻并可控的氧化鋅納米材料對其在光電領域中的實際應用有著極其重要的意義。目前在實驗室中進行的氧化鋅顆粒的制備主要是在液相中進行，當溶液的物質(zhì)受熱發(fā)生分解時，所得到的新物質(zhì)是以分子的形態(tài)存在，并且還要進行形核和生長兩個過程，最后得到所要制備的納米顆粒。
形核是指兩個或兩個以上的分子接觸后形成一個小的物質(zhì)團，而不再分開的過程，這個過程需要消耗一定的能量；生長是指形核后的小物質(zhì)團繼續(xù)吸附更多的分子逐漸長大的過程，這個過程也需要消耗一定的能量。在溶劑中的溶質(zhì)分子，其形核和生長是兩個相互競爭的過程，到底哪一個占優(yōu)，是由形核能、生長能以及溶劑中的具體條件所決定。在初始時，由于溶劑中沒有核存在，因而只能有形核過程出現(xiàn)。在有一定的核形成后，在生長能小于形核能的條件下，已形成的核將開始生長；由于此時溶劑中核的密度很低，因而在這個階段中形核和生長兩個過程并存。整個過程繼續(xù)，當核的密度達到一定后，如果生長能仍然小于形核能，這時溶劑中核的生長過程將成為決定性的過程，而這時形核過程將接近被完全抑制。隨著時間的繼續(xù)，當溶劑中的溶質(zhì)分子的密度下降到一定程度時，整個形核和生長過程結(jié)束。
可以看到，利用上述方法所能得到的物質(zhì)顆粒的大小與其形核和生長過程相關。由于形核時間的先后和生長速率的變化，很難獲得尺寸均勻的納米顆粒，并且粒徑難以控制。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決形核時間不同和生長速率難以控制帶來的納米顆粒尺寸不夠均勻的問題，本發(fā)明提出了一種制備粒徑尺寸均勻、可控的氧化鋅納米顆粒的方法。
本發(fā)明的思路是如果能夠使得在溶劑中的物質(zhì)在幾乎相同的時間同時形核并達到一定的密度，那么所有的核就有可能同時生長；如果再使得顆粒的生長速率隨尺寸的增加而減小，那么最后就會得到尺寸均勻的顆粒。
本發(fā)明的技術方案如下，一種均勻尺寸的納米氧化鋅顆粒的制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)首先將醋酸鋅加到有機溶劑中制成濃度為0.01～0.05mol/l的溶液，加熱至分解溫度，保持15～60分鐘以確保其分解和形核過程充分進行；2)用離心分離機分離，使溶液中只留下核，從而制得形核溶液；3)將醋酸鋅加到與步驟1)中所述有機溶劑相同的有機溶劑中制成濃度為0.05～0.2mol/l的溶液，加熱后加入所述的形核溶液，繼續(xù)加熱溶液至160～170℃，并保持15～60分鐘，最終得到平均直徑為150～450nm的納米氧化鋅顆粒。
本發(fā)明第1)步和第3)步中所述的分解溫度為130～165℃。
本發(fā)明所述有機溶劑的沸點在170℃以上。
本發(fā)明所述有機溶劑為溴苯、醇類或酚類。
本發(fā)明的有益效果是，可以得到粒徑尺寸十分均勻的氧化鋅納米顆粒材料(直徑均方根誤差在6％左右)，實現(xiàn)了粒徑從150～450nm可控，且裝置簡單，易于操作，可在光電領域獲得廣泛應用。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
實施例1將0.01mol醋酸鋅加入到1升一縮二乙二醇中，加熱至140℃并保溫30分鐘，分離掉較大顆粒，制得形核溶液；將0.1mol醋酸鋅加入到1升一縮二乙二醇中，攪拌均勻至溶解，加熱至140℃，放入上述制得的形核溶液，繼續(xù)加熱至165℃，并保持溫度20分鐘，即獲得尺寸均勻的氧化鋅納米顆粒，平均直徑為450nm，均方根誤差約為5％。
實施例2將0.02mol醋酸鋅加入到1升溴甲苯中，加熱至135℃并保溫45分鐘，分離掉較大顆粒，制得形核溶液；將0.1mol醋酸鋅加入到1升溴甲苯中，攪拌均勻至溶解，加熱至150℃，放入上述制得的形核溶液，繼續(xù)加熱至160℃，并保持溫度45分鐘，即獲得尺寸均勻的氧化鋅納米顆粒，平均直徑為400nm，均方根誤差約為5％。
實施例3將0.05mol醋酸鋅加入到1升溴甲苯中，加熱至130℃并保溫60分鐘，分離掉較大顆粒，制得形核溶液；將0.2mol醋酸鋅加入到1升溴甲苯中，攪拌均勻至溶解，加熱至155℃，放入上述制得的形核溶液，繼續(xù)加熱至170℃，并保持溫度60分鐘，即獲得尺寸均勻的氧化鋅納米顆粒，平均直徑為250nm，均方根誤差約為7％。
實施例4將0.05mol醋酸鋅加入到1升溴苯酚中，加熱至165℃并保溫30分鐘，分離掉較大顆粒，制得形核溶液；將0.1mol醋酸鋅加入到1升溴苯酚中，攪拌均勻至溶解，加熱至155℃，放入上述制得的形核溶液，繼續(xù)加熱至165℃，并保持溫度30分鐘，即獲得尺寸均勻的氧化鋅納米顆粒，平均直徑為150nm，均方根誤差約為6％。
實施例5形核溶液的制備同實施例4。將0.15mol醋酸鋅加入到1升溴苯酚中，攪拌均勻至溶解，加熱至15℃，放入上述制得的形核溶液，繼續(xù)加熱至170℃，并保持溫度15分鐘，即獲得尺寸均勻的氧化鋅納米顆粒，平均直徑為350nm，均方根誤差約為6％。
權利要求
1.均勻尺寸的納米氧化鋅顆粒的制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)首先將醋酸鋅加到有機溶劑中制成濃度為0.01～0.05mol/l的溶液，加熱至分解溫度，保持15～60分鐘以確保其分解和形核過程充分進行；2)用離心分離機分離，使溶液中只留下核，從而制得形核溶液；3)將醋酸鋅加到與步驟1)中所述有機溶劑相同的有機溶劑中制成濃度為0.05～0.2mol/l的溶液，加熱后加入所述的形核溶液，繼續(xù)加熱溶液至160～170℃，并保持15～60分鐘，最終得到平均直徑為150～450nm的納米氧化鋅顆粒。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述的分解溫度為130～165℃。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述有機溶劑的沸點在170℃以上。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述有機溶劑為溴苯、醇類或酚類。
全文摘要
均勻尺寸的納米氧化鋅顆粒的制備方法，屬于量子點材料制備技術領域。為了解決形核時間不同和生長速率難以控制帶來的納米顆粒尺寸不夠均勻的問題，本發(fā)明提出的新方法包括如下步驟首先將醋酸鋅加到有機溶劑中制成濃度為0.01～0.05mol/l的溶液，加熱至分解溫度，保持15～60分鐘以確保其分解和形核過程充分進行；用離心分離機分離，使溶液中只留下核，制得形核溶液；將醋酸鋅加到有機溶劑中制成濃度為0.05～0.2mol/l的溶液，加熱后加入所述的形核溶液，繼續(xù)加熱溶液至160～170℃，并保持15～60分鐘，得到納米氧化鋅顆粒。本發(fā)明所述方法實現(xiàn)了粒徑從150～450nm可控，易于操作。
文檔編號C01G9/02GK1556040SQ200410000010
公開日2004年12月22日 申請日期2004年1月2日 優(yōu)先權日2004年1月2日
發(fā)明者凌勇, 陳皓明, 王慶艷, 王秀鳳, 凌 勇 申請人:清華大學