專利名稱：一種鈴鐺狀ZnO納米器件材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及屬于半導(dǎo)體光電子納米材料的制備領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種鈴鐺狀ZnO納米材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅(S1O)作為一種直接帶隙的寬禁帶半導(dǎo)體材料，其在室溫下禁帶寬度為 3.37eV，且激子束縛能高達(dá)60meV。納米尺度的ZnO具有一系列優(yōu)異的光、電、磁、力學(xué)和化學(xué)性能，在太陽能電池、發(fā)光二極管、生物傳感器、光催化、變阻器等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。目前，在國(guó)內(nèi)外學(xué)者的不懈努力下，已經(jīng)制備出了各種各樣的ZnO納米結(jié)構(gòu)材料，如納米棒、納米線、納米管、納米帶、納米環(huán)、納米球、納米梳和由一維和二維納米結(jié)構(gòu)單元組裝而成的二維和三維有序超結(jié)構(gòu)等，所涉及的制備方法主要有濺射沉積法、化學(xué)氣相沉積法、 高溫?zé)峤夥ǎ约八疅?溶劑熱法等。但就文獻(xiàn)調(diào)研，尚未見有鈴鐺狀氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鈴鐺狀ZnO納米器件材料以及它的制備方法，以填補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的空白，為ZnO納米結(jié)構(gòu)材料添加一個(gè)新品種。本發(fā)明提供的鈴鐺狀ZnO納米器件材料，其特征在于，所述ZnO納米材料呈鈴鐺狀，是由納米管和納米棒自組裝而成的納米器件，納米管(鈴鐺罩)的基本結(jié)構(gòu)為六棱柱形管，管口呈六邊形，變形形狀有三角形和菱形，管厚度約8nm，納米棒(鈴鐺舌頭)為圓柱形， 直徑在30 60nm之間。鈴鐺狀納米結(jié)構(gòu)分散性較好，但局部有聚集現(xiàn)象，有兩個(gè)鈴鐺連接在一起呈同軸電纜結(jié)構(gòu)，也有多個(gè)鈴鐺聚集在一起呈喇叭花結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的技術(shù)方案是采用一步超聲輻照法來制備鈴鐺狀ZnO納米器件材料，即， 以可溶性鋅鹽、去離子水和六次甲基四胺為原料，經(jīng)攪拌溶解后得前驅(qū)體溶液，將前驅(qū)體溶液經(jīng)超聲輻照后生成。其具體工藝步驟如下(1)稱取Immol醋酸鋅等可溶性鋅鹽用去離子水配制成溶液A ；(2)稱取一定量的六次甲基四胺用去離子水配制成溶液B，鋅鹽與六次甲基四胺的摩爾比為1 4 1 6 ；(3)在攪拌情況下，將溶液A加入到溶液B中，形成前驅(qū)體溶液C，溶液總體積為 60mL,繼續(xù)攪拌10分鐘；(4)將前驅(qū)體溶液C轉(zhuǎn)移到IOOmL的密封的絲扣瓶中，置于盛有80士 10°C自來水的超聲波清洗器中，超聲輻照7 15分鐘，超聲波功率為50W ；(5)取出自然冷卻至室溫，過濾沉淀物，分別用水和無水乙醇洗滌2 3次；(6)將沉淀物置于烘箱中加熱6 12小時(shí)，溫度為40 60°C，收集白色產(chǎn)品即得到本發(fā)明的鈴鐺狀ZnO納米器件材料。所述步驟(1)中的可溶性鋅鹽為醋酸鋅、硝酸鋅等。CN 102381726 A
說明書
2/4頁 所述步驟O)中的鋅鹽與六次甲基四胺的摩爾比為1 5。所述步驟中的超聲輻照時(shí)間為10分鐘。本發(fā)明得到的鈴鐺狀ZnO納米器件材料是一種具有結(jié)構(gòu)新穎、性能優(yōu)越的ZnO納米材料，有望在醫(yī)藥抗菌、光電子器件、氣體傳感器和太陽能電池等諸多領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。所述制備工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，環(huán)境溫度低，操作簡(jiǎn)便，重復(fù)性好；不采用有機(jī)溶劑和表面活性劑做模板，環(huán)境友好清潔；生產(chǎn)周期短、產(chǎn)率高，原料來源廣泛，成本低廉，適宜工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在(1)本發(fā)明采用了常溫常壓下無模板方法制備出鈴鐺狀ZnO納米器件材料。(2)本發(fā)明方法采用超聲輻照技術(shù)，一方面可以提高產(chǎn)物的結(jié)晶速度，另一方面操作步驟簡(jiǎn)單，反應(yīng)迅速，容易控制，高效環(huán)保。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1鈴鐺狀ZnO納米器件材料的X射線衍射分析(XRD)圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1鈴鐺狀SiO納米器件材料的低倍場(chǎng)掃描電子顯微鏡(SEM) 照片；圖3是本發(fā)明實(shí)施例1鈴鐺狀SiO納米器件材料的高倍場(chǎng)掃描電子顯微鏡(SEM) 照片。
具體實(shí)施例方式以下通過具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)完整的描述。以下的實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1本發(fā)明是采用一步超聲輻照法來制備鈴鐺狀ZnO納米器件材料，即，以可溶性鋅鹽、去離子水和六次甲基四胺為原料，經(jīng)攪拌溶解后得前驅(qū)體溶液，將前驅(qū)體溶液經(jīng)超聲輻照后生成。其具體工藝步驟如下(1)稱取0. 2193g醋酸鋅用IOmL去離子水配制成溶液A ；(2)稱取0.6999g六次甲基四胺用50mL去離子水配制成溶液B，鋅鹽與六次甲基四胺的摩爾比為1 5;(3)在攪拌情況下，將溶液A加入到溶液B中，形成前驅(qū)體溶液C，溶液總體積為 60mL,繼續(xù)攪拌10分鐘；(4)將前驅(qū)體溶液C轉(zhuǎn)移到IOOmL的密封的絲扣瓶中，置于盛有80°C自來水的超聲波清洗器中，超聲輻照10分鐘，超聲波功率為50W ；(5)取出自然冷卻至室溫，過濾沉淀物，分別用水和無水乙醇洗滌2 3次；(6)將沉淀物置于烘箱中加熱8小時(shí)，溫度為60°C，收集白色產(chǎn)品即得到本發(fā)明的鈴鐺狀ZnO納米器件材料。參見附圖1，按實(shí)施例1所述的方法制得的鈴鐺狀ZnO納米器件材料的X射線衍射(XRD)圖，圖中譜線峰位與 JCPDF 卡片(05-664)的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、 (103)、(200)、(112)、(201)衍射晶面一一對(duì)應(yīng)，為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的加0，空間群P6;3mC。 衍射峰強(qiáng)且尖銳，沒有雜相峰，表明粉體的結(jié)晶性好、純度高。
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參見附圖2和圖3，按實(shí)施例1所述的方法制得的膚色ZnO多孔納米棒狀材料的場(chǎng)掃描電鏡(SEM)照片，可見ZnO納米材料呈鈴鐺狀，是由納米管和納米棒自組裝而成的納米器件，納米管(鈴鐺罩)的基本結(jié)構(gòu)為六棱柱形管，管口呈六邊形，變形形狀有三角形和菱形，管厚度約8nm，納米棒(鈴鐺舌頭)為圓柱形，直徑在30 60nm之間。鈴鐺狀納米結(jié)構(gòu)分散性較好，但局部有聚集現(xiàn)象，有兩個(gè)鈴鐺連接在一起呈同軸電纜結(jié)構(gòu)，也有多個(gè)鈴鐺聚集在一起呈喇叭花結(jié)構(gòu)。實(shí)施例2本發(fā)明是采用一步超聲輻照法來制備鈴鐺狀ZnO納米器件材料，即，以可溶性鋅鹽、去離子水和六次甲基四胺為原料，經(jīng)攪拌溶解后得前驅(qū)體溶液，將前驅(qū)體溶液經(jīng)超聲輻照后生成。其具體工藝步驟如下(1)稱取0. 2195g醋酸鋅用IOmL去離子水配制成溶液A ；(2)稱取0. 700 2g六次甲基四胺用50mL去離子水配制成溶液B，鋅鹽與六次甲基四胺的摩爾比為1 5;(3)在攪拌情況下，將溶液A加入到溶液B中，形成前驅(qū)體溶液C，溶液總體積為 60mL,繼續(xù)攪拌10分鐘；(4)將前驅(qū)體溶液C轉(zhuǎn)移到IOOmL的密封的絲扣瓶中，置于盛有90°C自來水的超聲波清洗器中，超聲輻照7. 5分鐘，超聲波功率為50W ；(5)取出自然冷卻至室溫，過濾沉淀物，分別用水和無水乙醇洗滌2 3次；(6)將沉淀物置于烘箱中加熱6小時(shí)，溫度為60°C，收集白色產(chǎn)品即得到本發(fā)明的鈴鐺狀ZnO納米器件材料。按實(shí)施例2所述的方法制得的鈴鐺狀ZnO納米器件材料，用SEM觀察為納米管和納米棒自組裝而成的納米器件，呈鈴鐺狀結(jié)構(gòu)。實(shí)施例3本發(fā)明是采用一步超聲輻照法來制備鈴鐺狀ZnO納米器件材料，即，以可溶性鋅鹽、去離子水和六次甲基四胺為原料，經(jīng)攪拌溶解后得前驅(qū)體溶液，將前驅(qū)體溶液經(jīng)超聲輻照后生成。其具體工藝步驟如下(1)稱取0. 2192g醋酸鋅用IOmL去離子水配制成溶液A ；(2)稱取0.7001g六次甲基四胺用50mL去離子水配制成溶液B，鋅鹽與六次甲基四胺的摩爾比為1 5;(3)在攪拌情況下，將溶液A加入到溶液B中，形成前驅(qū)體溶液C，溶液總體積為 60mL,繼續(xù)攪拌10分鐘；(4)將前驅(qū)體溶液C轉(zhuǎn)移到IOOmL的密封的絲扣瓶中，置于盛有70°C自來水的超聲波清洗器中，超聲輻照12. 5分鐘，超聲波功率為50W ；(5)取出自然冷卻至室溫，過濾沉淀物，分別用水和無水乙醇洗滌2 3次；(6)將沉淀物置于烘箱中加熱12小時(shí)，溫度為60°C，收集白色產(chǎn)品即得到本發(fā)明的鈴鐺狀ZnO納米器件材料。按實(shí)施例3所述的方法制得的鈴鐺狀ZnO納米器件材料，用SEM觀察為納米管和納米棒自組裝而成的納米器件，呈鈴鐺狀結(jié)構(gòu)。實(shí)施例4
本發(fā)明是采用一步超聲輻照法來制備鈴鐺狀ZnO納米器件材料，即，以可溶性鋅鹽、去離子水和六次甲基四胺為原料，經(jīng)攪拌溶解后得前驅(qū)體溶液，將前驅(qū)體溶液經(jīng)超聲輻照后生成。其具體工藝步驟如下(1)稱取0. 2906g硝酸鋅用IOmL去離子水配制成溶液A ；(2)稱取0.6998g六次甲基四胺用50mL去離子水配制成溶液B，鋅鹽與六次甲基四胺的摩爾比為1 5;(3)在攪拌情況下，將溶液A加入到溶液B中，形成前驅(qū)體溶液C，溶液總體積為 60mL,繼續(xù)攪拌10分鐘；(4)將前驅(qū)體溶液C轉(zhuǎn)移到IOOmL的密封的絲扣瓶中，置于盛有80°C自來水的超聲波清洗器中，超聲輻照10分鐘，超聲波功率為50W ；(5)取出自然冷卻至室溫，過濾沉淀物，分別用水和無水乙醇洗滌2 3次；(6)將沉淀物置于烘箱中加熱8小時(shí)，溫度為60°C，收集白色產(chǎn)品即得到本發(fā)明的鈴鐺狀ZnO納米器件材料。按實(shí)施例4所述的方法制得的鈴鐺狀ZnO納米器件材料，用SEM觀察為納米管和納米棒自組裝而成的鈴鐺狀結(jié)構(gòu)納米器件。
權(quán)利要求
1.一種鈴鐺狀ZnO納米器件材料，其特征在于，所述ZnO納米材料呈鈴鐺狀，是由納米管和納米棒自組裝而成的納米器件，納米管(鈴鐺罩)的基本結(jié)構(gòu)為六棱柱形管，管口呈六邊形，變形形狀有三角形和菱形，管厚度約8nm，納米棒(鈴鐺舌頭)為圓柱形，直徑在30 60nm之間。鈴鐺狀納米結(jié)構(gòu)分散性較好，但局部有聚集現(xiàn)象，有兩個(gè)鈴鐺連接在一起呈同軸電纜結(jié)構(gòu)，也有多個(gè)鈴鐺聚集在一起呈喇叭花結(jié)構(gòu)。
2.—種權(quán)利要求1所述的鈴鐺狀SiO納米器件材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下具體步驟(1)稱取Immol醋酸鋅等可溶性鋅鹽用去離子水配制成溶液A；(2)稱取一定量的六次甲基四胺用去離子水配制成溶液B，鋅鹽與六次甲基四胺的摩爾比為14 16；(3)在攪拌情況下，將溶液A加入到溶液B中，形成前驅(qū)體溶液C，溶液總體積為60mL， 繼續(xù)攪拌10分鐘；(4)將前驅(qū)體溶液C轉(zhuǎn)移到IOOmL的密封的絲扣瓶中，置于盛有80士10°C自來水的超聲波清洗器中，超聲輻照7 15分鐘，超聲波功率為50W ；(5)取出自然冷卻至室溫，過濾沉淀物，分別用水和無水乙醇洗滌2 3次；(6)將沉淀物置于烘箱中加熱6 12小時(shí)，溫度為40 60°C，收集白色產(chǎn)品即得到本發(fā)明的鈴鐺狀ZnO納米器件材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈴鐺狀ZnO納米器件材料的制備方法，其特征在于步驟(1) 中可溶性鋅鹽為醋酸鋅、硝酸鋅等。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈴鐺狀SiO納米器件材料的制備方法，其特征在于步驟(2) 中，鋅鹽與六次甲基四胺的摩爾比為1 5。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈴鐺狀SiO納米器件材料的制備方法，其特征在于步驟(4) 中，超聲輻照時(shí)間為10分鐘，超聲波水浴溫度為80°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈴鐺狀ZnO納米器件材料及其制備方法，為ZnO納米結(jié)構(gòu)材料添加了一個(gè)新品種，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)的空白。本發(fā)明是以可溶性鋅鹽、去離子水和六次甲基四胺為原料，攪拌溶解后經(jīng)一步超聲輻照過程生成。所述的鈴鐺狀ZnO納米器件材料，呈鈴鐺狀，是由納米管和納米棒自組裝而成，納米管(鈴鐺罩)的基本結(jié)構(gòu)為六棱柱形管，管口呈六邊形，變形形狀有三角形和菱形，納米棒(鈴鐺舌頭)為圓柱形。鈴鐺狀納米結(jié)構(gòu)分散性較好，但局部有兩個(gè)鈴鐺連接在一起呈同軸電纜結(jié)構(gòu)，和多個(gè)鈴鐺聚集在一起呈喇叭花結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的鈴鐺狀ZnO納米器件材料結(jié)構(gòu)新穎，有望在醫(yī)藥抗菌、光電子器件、氣體傳感器和太陽能電池等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。
文檔編號(hào)C01G9/02GK102381726SQ20101027000
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者胡寒梅, 葛新慶, 鄧崇海, 邵國(guó)泉 申請(qǐng)人:合肥學(xué)院