專利名稱：一種一步制備氧化鋅量子點(diǎn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋅量子點(diǎn)的制備方法，采用單一鋅鹽在乙醇中使用溶膠凝膠法一步制備。
背景技術(shù)：
納米半導(dǎo)體材料所具有的獨(dú)特效應(yīng)使得它們呈現(xiàn)出許多新穎的特性，在非線性光學(xué)、磁介質(zhì)、催化、醫(yī)藥、及功能材料等方面具有極為廣闊的應(yīng)用前景，同時(shí)也將會(huì)對(duì)生命科學(xué)和信息技術(shù)的發(fā)展以及物質(zhì)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究發(fā)生深刻的影響。在眾多的半導(dǎo)體納米材料 中，金屬氧化物半導(dǎo)體納米材料是功能材料中重要的組成部分，它們不僅具有金屬氧化物特有的理化性質(zhì)，還具有半導(dǎo)體材料的特性，因此有著獨(dú)特的電、磁、聲、光、熱等性能，多年來一直作為功能材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)受到廣泛的關(guān)注。金屬氧化物半導(dǎo)體材料的功能特性同它們的能帶結(jié)構(gòu)、原子結(jié)構(gòu)、原子間的結(jié)合狀態(tài)、鍵型或電子結(jié)構(gòu)、晶體的類型、相的體系以及它們的微觀結(jié)構(gòu)都有著密切的關(guān)系，每種金屬氧化物半導(dǎo)體功能特性及應(yīng)用側(cè)重方向有很大的差別。因而以金屬氧化物半導(dǎo)體材料為研究對(duì)象，探討其制備方法、表面微結(jié)構(gòu)以及性能實(shí)現(xiàn)的影響因素，對(duì)于實(shí)現(xiàn)材料的最大功能化、提升其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。氧化鋅II -VI是一種族直接帶隙寬禁帶化合物半導(dǎo)體材料，室溫下的禁帶寬度3. 37eV，激子結(jié)合能高達(dá)60meV。寬禁帶和室溫下有較大的激子束縛能，保證它可以在室溫下實(shí)現(xiàn)紫外激光發(fā)射，使得ZnO成為了一種重要的光學(xué)和光電子學(xué)的半導(dǎo)體材料，是繼砷化嫁后出現(xiàn)的又一種備受關(guān)注的新一代半導(dǎo)體材料，在紫、藍(lán)、綠光發(fā)光二極管、激光器和紫外探測(cè)器等方面顯示了巨大的應(yīng)用潛力。不僅如此，ZnO同時(shí)具有半導(dǎo)體的光電性能、壓電效應(yīng)、高的熱穩(wěn)定性、氣敏特性、生物安全性和生物兼容性等，使得氧化鋅在生物醫(yī)學(xué)、軍事、無線通信和傳感方面都具有重要的應(yīng)用價(jià)值。ZnO量子點(diǎn)表現(xiàn)出許多特殊的性質(zhì)，如無毒和非遷移性、熒光性、壓電性、吸收和散射紫外線等功能，將在制造氣體傳感器、熒光體、紫外線遮蔽材料、變阻器、圖像記錄材料、壓敏材料、壓電材料和高效催化劑等方面得到廣泛應(yīng)用。納米氧化鋅的制備技術(shù)國內(nèi)外有不少研究報(bào)道，國內(nèi)的研究源于20世紀(jì)90年代初，起步雖晚，但發(fā)展很快，目前，世界各國對(duì)納米氧化鋅的研究主要包括制備、微觀結(jié)構(gòu)、宏觀物性和應(yīng)用等方面，其中制備技術(shù)是關(guān)鍵。因制備工藝過程的研究與控制對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能具有重要的影響。納米氧化鋅的制備方法可以分為液相法，氣相法和固相法。液相法是試驗(yàn)室和工業(yè)生產(chǎn)廣泛采用的制備納米粉體的方法。與其它方法相比，液相法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、原料容易獲得，能夠準(zhǔn)確地控制粒子的化學(xué)組成，且粒子大小及形狀容易控制，并且通過該手段制備得到的氧化鋅純度高、活性好、成本低等特點(diǎn)。根據(jù)制備和合成過程不同，液相法可以分為化學(xué)沉淀法、溶膠一凝膠法、微乳液法、水熱合成法等。其中溶膠凝膠法是制備納米材料的化學(xué)方法中較為重要的一種。溶膠-凝膠法制備納米粉體材料的一般過程如下
(I)溶膠的制備過程；(2)溶膠一凝膠轉(zhuǎn)化；(3)凝膠的干燥；(4)熱處理過程。溶膠-凝膠法可在低溫下制備純度高、粒徑分布均勻、化學(xué)活性高的多組分材料。溶液的PH值、濃度、反應(yīng)時(shí)間及溫度均是影響溶膠-凝膠質(zhì)量的主要因素。溶膠一凝膠法也存在某些問題通常整個(gè)溶膠一凝膠過程所需時(shí)間較長(zhǎng)(主要指陳化時(shí)間)，常需要幾天或者幾周；還有就是凝膠中存在大量微孔，在干燥過程中又將會(huì)逸出許多氣體及有機(jī)物，并產(chǎn)生收縮；過程較為復(fù)雜，去除雜質(zhì)過程相應(yīng)繁瑣，如常溫溶膠凝膠法通常涉及兩種以上試齊U，并且在去除前驅(qū)體之前氧化鋅核會(huì)不斷長(zhǎng)大。為克服這些問題，本發(fā)明提供一種一步制備氧化鋅量子點(diǎn)的方法，原料單一，反應(yīng)時(shí)間短，制備所得粒子穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是，提出一種以簡(jiǎn)單原料一步制備氧化鋅量子點(diǎn)的方法，采用常見有機(jī)鋅鹽，在乙醇溶液中制備。所有試劑均為分析純，無需進(jìn)一步處理。本發(fā)明的技術(shù)方案是一步制備氧化鋅量子點(diǎn)的方法，發(fā)明具體步驟如下
1.分別稱取不同質(zhì)量的醋酸鋅、甲酸鋅等有機(jī)鋅鹽； 2.溶于乙醇中配制成0.0125M至0. 05M的溶液。3.溶液加熱至60_80°C溫度，攪拌反應(yīng)時(shí)間2-4小時(shí)后冷卻。聞速尚心后，用去尚子水洗漆兩遍以上。50±5°C烘干得量子點(diǎn)氧化鋅。每次反應(yīng)只涉及單一鋅鹽。反應(yīng)過程簡(jiǎn)單，易于控制。具體采用的有機(jī)鋅鹽的乙醇溶液濃度分別為0. 0125M、0. 025M、0. 05M。加熱溫度為60°C、70°C、80°C。均得到所制氧化鋅量子點(diǎn)(粒子)，粒徑在5nm以下。所得量子點(diǎn)粒子具有良好的單分散性。本發(fā)明所制備量子點(diǎn)具有光致發(fā)光性能。所述量子點(diǎn)能穩(wěn)定分散于水中，放置四個(gè)月以上熒光性能不會(huì)發(fā)生改變。所述量子點(diǎn)結(jié)晶良好，具有六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)。本發(fā)明有益效果，相對(duì)于常溫溶膠凝膠法，反應(yīng)可以隨時(shí)停止，不涉及前驅(qū)體的去除，易于控制。原料單一，產(chǎn)物處理容易，只需離心洗滌就可以得到純度較高的氧化鋅粉末，節(jié)約成本，對(duì)環(huán)境無害。產(chǎn)物穩(wěn)定，結(jié)晶良好，放置四月后熒光效果無明顯變化。


圖1-4為根據(jù)實(shí)施例I (圖I、圖2)、實(shí)施例2、例3產(chǎn)物的高分辨電鏡圖片(圖3、圖4)。其中圖I、圖2是實(shí)施例I在不同放大倍數(shù)下拍攝，可見粒徑均勻，大小約為5nm，結(jié)
晶良好。圖5-6為實(shí)例I的突光光譜。圖5為制備后一天米集樣品突光光譜，圖6為制備后四個(gè)月采集樣品的熒光光譜。具體實(shí)施方法 實(shí)施例I
稱取0. 549g醋酸鋅，室溫下溶解于50ml乙醇中，在磁力攪拌條件下加熱至80°C，繼續(xù)攪拌兩小時(shí)，冷卻至室溫后，高速離心。沉淀用去離子水清洗兩遍后50°C烘干。圖1-2為實(shí)施例I得到的樣品不同放大倍數(shù)高分辨電鏡圖片。實(shí)施例2
稱取0. 194g甲酸鋅，室溫下溶解于50ml乙醇中，在磁力攪拌條件下加熱至70°C，繼續(xù)攪拌三小時(shí)，冷卻至室溫后，高速離心。沉淀用去離子水清洗兩遍后50°C烘干，圖3為相應(yīng)高分辨照片。實(shí)施例3
稱取0. 275g醋酸鋅，室溫下溶解于50ml乙醇中，在磁力攪拌條件下加熱至60°C，繼續(xù)攪拌四小時(shí)，冷卻至室溫后，高速離心。沉淀用去離子水清洗兩遍后50 °C烘干，圖4為相應(yīng)高分辨圖片。
權(quán)利要求
1.一種氧化鋅量子點(diǎn)的制備方法，其特征是步驟如下分別稱取不同質(zhì)量的醋酸鋅或甲酸鋅等有機(jī)鋅鹽；溶于乙醇中配制成O. 0125M至O. 05M的溶液；溶液加熱至60_80°C溫度，攪拌反應(yīng)時(shí)間2-4小時(shí)后冷卻；高速離心后，用去離子水洗滌兩遍以上；50±5°C烘干得量子點(diǎn)氧化鋅。
2.如權(quán)利要求I所述的氧化鋅量子點(diǎn)的制備方法，其特征是粒徑在5nm以下。
3.如權(quán)利要求I所述的氧化鋅量子點(diǎn)的制備方法，其特征是制備量子點(diǎn)具有光致發(fā)光性能；量子點(diǎn)能穩(wěn)定分散于水中，放置四個(gè)月以上熒光性能不會(huì)發(fā)生改變。
4.如權(quán)利要求I所述的氧化鋅量子點(diǎn)的制備方法，其特征是制備量子點(diǎn)具有六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種氧化鋅量子點(diǎn)的制備方法，步驟如下分別稱取不同質(zhì)量的醋酸鋅或甲酸鋅等有機(jī)鋅鹽；溶于乙醇中配制成0.0125M至0.05M的溶液；溶液加熱至60-80℃溫度，攪拌反應(yīng)時(shí)間2-4小時(shí)后冷卻；高速離心后，用去離子水洗滌兩遍以上；50±5℃烘干得量子點(diǎn)氧化鋅。本發(fā)明采用溶膠凝膠法，在低于100℃條件下，以簡(jiǎn)單有機(jī)鋅鹽及乙醇為原料制備氧化鋅量子點(diǎn)，粒徑均勻，結(jié)晶度良好，并有較好的發(fā)光性能。產(chǎn)物無需復(fù)雜后續(xù)處理，可烘干為粉末，也易于分散于水中。
文檔編號(hào)C01G9/02GK102765744SQ201210268950
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者王雪, 胡勇, 霍達(dá) 申請(qǐng)人:南京大學(xué)