專利名稱：一種堿土金屬錫酸鹽納米管及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過(guò)表面活性劑的“軟模板”作用，利用水熱法和離子交換技術(shù)相結(jié)合合成堿土金屬錫酸鹽納米管的方法，屬于無(wú)機(jī)材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
1991年Iijima通過(guò)高分辨電子顯微鏡的觀察發(fā)現(xiàn)了碳納米管，推動(dòng)了整個(gè)準(zhǔn)一維納米材料的研究，其它各種一維管狀納米材料由于其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，以及由之而產(chǎn)生的與眾不同的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)及電化學(xué)等性能而備受關(guān)注，其中金屬(如Pd、B)、金屬氧化物(如V2O5、TiO2)、金屬硫化物(如WS2、MoS2)、金屬氮化物(如BN、BCN)、鹵化物(如NiCl2)、硫化物(如InS、NbS2、NbS2、TaS2)等納米管已相繼問(wèn)世，但仍然滿足不了多個(gè)研究和應(yīng)用領(lǐng)域的需求，更多種材料和類型的納米管有待開(kāi)發(fā)，尤其是三元化合物納米管，因?yàn)橹两駷橹股儆醒芯俊?br> 鈣鈦礦型堿土金屬錫酸鹽近年來(lái)引起人們的極大關(guān)注，它可廣泛應(yīng)用于介電陶瓷、傳感器、發(fā)光材料基體和電池的電極材料等，該類材料的制備一般采用三種方法高溫固態(tài)反應(yīng)法(高于1250℃)、溶膠-凝膠法和普通水熱法，這三種方法得到的產(chǎn)物的形貌均為小顆?；蛘襟w形，業(yè)已在上述領(lǐng)域得到應(yīng)用。但隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電子器件的小型化趨勢(shì)勢(shì)不可擋，堿土金屬錫酸鹽的“微管”化也隨之迫在眉睫，它可在介觀物理和納米尺度器件的制造方面發(fā)揮重要作用，因此探索堿土金屬錫酸鹽納米管的制備無(wú)疑具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種管徑均勻、長(zhǎng)徑比大的堿土金屬錫酸鹽納米管，以及結(jié)合普通水熱法與離子交換技術(shù)制備堿土金屬錫酸鹽納米管的方法。
本發(fā)明提出的堿土金屬錫酸鹽納米管是一種單晶開(kāi)口納米管、管外徑為100nm～280nm，內(nèi)徑為20nm～170nm，管長(zhǎng)達(dá)1.5微米以上，管徑均勻。
本發(fā)明所述的堿土金屬錫酸鹽納米管的制備方法包括下述步驟第1、將可溶性錫鹽溶液與含C-O長(zhǎng)鏈的表面活性劑以1∶0.16～1.5摩爾比相混合后，將3～5摩爾/升的NaOH溶液緩慢加入到上述溶液中，然后置于功率為80W，頻率為40kHz的超聲波發(fā)生器中，進(jìn)行超聲化學(xué)反應(yīng)；所用的可溶性錫鹽為氯酸鹽、硝酸鹽或醋酸鹽中的任一種；第2、將步驟1得到的已超聲化學(xué)反應(yīng)的混合溶液移入聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應(yīng)釜中，在反應(yīng)自升壓下進(jìn)行水熱反應(yīng)至完全，得白色臘狀產(chǎn)物，水熱反應(yīng)溫度為120℃～220℃；第3、將步驟2獲得的白色臘狀產(chǎn)物與溶液分離后，溶入含堿土金屬離子的純凈水中，使之溶解并在與步驟1同樣的超聲條件下進(jìn)行離子交換，0.5～1小時(shí)后停止，經(jīng)靜置、陳化和離心分離后，即得含結(jié)晶水的堿土金屬錫酸鹽納米管，其中所述的堿土金屬離子為鈣、鎂、鍶和鋇中的任一種；第4、將步驟3得到的含結(jié)晶水的堿土金屬錫酸鹽納米管于400℃～600℃加熱，去結(jié)晶水，即得到堿土金屬錫酸鹽納米管。
上述步驟1所述的表面活性劑為含C-O長(zhǎng)鏈的表面活性劑，即高分子量的聚乙二醇(PEG)，伯胺CnH2n+1NH2其中n＝12，14或16，季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑C16TMABr(十六烷基三甲基溴化胺，TMA＝三甲基)，長(zhǎng)鏈硫酸鹽CnH2n+1OSO3Na其中n＝12，14或16，長(zhǎng)鏈磷酸鹽CnH2n+1OPO3H2其中n＝12，14，16，AOT(AOT＝[2-乙基己基]磺基琥波酸鈉和AEO-9(AEO-9＝聚脂肪醇聚氧乙烯醚中的一種，或者是兩種的混合物。
上述步驟2所述的水熱反應(yīng)時(shí)間為4～9小時(shí)。
本發(fā)明的特點(diǎn)在于將普通水熱法與離子交換技術(shù)相結(jié)合制備堿土金屬錫酸鹽納米管，管徑均勻、尺寸可控，該產(chǎn)品在介電陶瓷、傳感器、發(fā)光材料和電池的電極材料等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。整個(gè)合成過(guò)程能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)單，是一種高收率、低成本的具有工業(yè)化應(yīng)用前景的制備方法。
本發(fā)明的方法可用于制備過(guò)渡金屬離子鎘的錫酸鹽納米管。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述實(shí)施例1CaSnO3納米管的制備。
1、室溫下將1mmolSnCl4.5H2O和3g分子量為20000的聚乙二醇溶于50ml去離子水中后，將20mL爾摩濃度為4M的NaOH溶液慢慢加入到上述溶液中，然后置于功率為80W，頻率為40kHz的超聲波發(fā)生器中，進(jìn)行超聲化學(xué)反應(yīng)；2、將步驟1得到的已超聲化學(xué)反應(yīng)的混合溶液移入聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應(yīng)釜中，在反應(yīng)自升壓下進(jìn)行水熱反應(yīng)至完全，得到含白色臘狀產(chǎn)物的溶液；3、將步驟2獲得的白色臘狀產(chǎn)物與溶液分離后，溶入含堿土金屬Ca2+的純凈水中進(jìn)行溶解，并在與步驟1同樣的超聲條件下進(jìn)行離子交換，0.5小時(shí)后停止，經(jīng)靜置、陳化和離心后，得含結(jié)晶水的堿土金屬錫酸鹽納米管；4、將步驟3得到的含結(jié)晶水的堿土金屬錫酸鹽納米管于400℃加熱去除結(jié)晶水，即得CaSnO3納米管，管外徑為220nm～280nm，內(nèi)徑為130nm～170nm，管長(zhǎng)達(dá)5微米。
實(shí)施例2BaSnO3納米管的制備。
1、室溫下將1mmolSnCl4.5H2O和3g聚脂肪醇聚氧乙烯醚溶于50ml去離子水中后，將20mL爾摩濃度為4M的NaOH溶液慢慢加入到上述溶液中，然后置于功率為80W，頻率為40kHz超聲波發(fā)生器中，進(jìn)行超聲化學(xué)反應(yīng)；2、步驟2與實(shí)施例1步驟2相同，得到含白色臘狀產(chǎn)物的溶液；3、將步驟2獲得的白色臘狀產(chǎn)物與溶液分離后，溶入含堿土金屬Ba2+的溶液中進(jìn)行溶解，并在與步驟1相同的超聲條件下進(jìn)行離子交換，1小時(shí)后停止，經(jīng)靜置、陳化和離心后，得含結(jié)晶水的堿土金屬錫酸鹽納米管；4、將步驟3得到的含結(jié)晶水的堿土金屬錫酸鹽納米管于450℃加熱去除結(jié)晶水，即得BaSnO3納米管，管外徑為150nm～180nm，內(nèi)徑為70nm～80nm，管長(zhǎng)達(dá)2.5微米。
實(shí)施例3CaSnO3納米管的制備。
1、室溫下將1.0gSnCl4.5H2O和1.0g十六烷基溴化胺溶于60ml去離子水中，將30ml濃度為4M的NaOH溶液緩慢加入上述溶液中，然后置于功率為80W，頻率為40kHz超聲波發(fā)生器中，進(jìn)行超聲化學(xué)反應(yīng)。
2、步驟2與實(shí)施例1步驟2相同，得到含白色臘狀產(chǎn)物的溶液；3、將步驟2獲得的白色臘狀產(chǎn)物與溶液分離后，加入含Ca2+的溶液中進(jìn)行溶解，并在與步驟1相同的超聲條件下進(jìn)行離子交換，30min后停止，經(jīng)精置，陳化和離心后，得含結(jié)晶水的堿土金屬錫酸鹽納米管；4、將步驟3得到的含結(jié)晶水的堿土金屬錫酸鹽納米管于500℃加熱去除結(jié)晶水，即得CaSnO3納米管，管外徑為110nm～130nm，內(nèi)徑為20nm～50nm，管長(zhǎng)達(dá)2微米。
實(shí)施例4MgSnO3納米管的制備。
1、室溫下將1.0gSnCl4.5H2O和0.5g伯胺CnH2n+1NH2(n＝12，14或16)溶于60ml去離子水中，將30ml濃度為4M的NaOH溶液緩慢加入上述溶液中，然后置于功率為80W，頻率為40kHz超聲波發(fā)生器中，進(jìn)行超聲化學(xué)反應(yīng)；2、步驟2與實(shí)施例1步驟2相同，得到含白色臘狀產(chǎn)物的溶液；3、將步驟2獲得的白色臘狀產(chǎn)物與溶液分離后，加入含Mg2+的溶液中進(jìn)行溶解，并在與步驟1相同的超聲條件下進(jìn)行離子交換，30min后停止，經(jīng)精置，陳化和離心后，得含結(jié)晶水的堿土金屬錫酸鹽納米管；4、將步驟3得到的含結(jié)晶水的堿土金屬錫酸鹽納米管于600℃加熱去除結(jié)晶水，即得MgSnO3納米管，管外徑為100nm～140nm，內(nèi)徑為60nm～80nm，管長(zhǎng)達(dá)1.5微米。
實(shí)施例5CaSnO3納米管的制備。
1、室溫下將1.0gSnCl4.5H2O和0.5g長(zhǎng)鏈硫酸鹽CnH2n+1OSO3Na溶于60ml去離子水中，將30ml濃度為5M的NaOH溶液緩慢加入上述溶液中，然后置于功率為80W，頻率為40kHz超聲波發(fā)生器中，進(jìn)行超聲化學(xué)反應(yīng)；2、步驟2與實(shí)施例1步驟2相同，得到含白色臘狀產(chǎn)物的溶液；3、將步驟2獲得的白色臘狀產(chǎn)物與溶液分離后，加入含Ca2+的溶液中進(jìn)行溶解，并在超聲條件下進(jìn)行離子交換，45min后停止，經(jīng)精置，陳化和離心后，即得含結(jié)晶水的堿土金屬錫酸鹽納米管；4、將步驟3得到的含結(jié)晶水的納米管于500℃加熱去除結(jié)晶水即得CaSnO3納米管，管外徑為110nm～140m，內(nèi)徑為60nm～80m，管長(zhǎng)達(dá)1.5微米。
實(shí)施例6BaSnO3納米管的制備。
1、室溫下將1.0gSnCl4.5H2O和0.5g長(zhǎng)鏈磷酸鹽CnH2n+1OPO3Na溶于60ml去離子水中，將30ml濃度為5M的NaOH溶液緩慢加入上述溶液中，然后置于功率為80W，頻率為40kHz超聲波發(fā)生器中，進(jìn)行超聲化學(xué)反應(yīng)；2、步驟2與實(shí)施例1步驟2相同，得到含白色臘狀產(chǎn)物的溶液；3、將步驟2獲得的白色臘狀產(chǎn)物與溶液分離后，加入含Ba2+的溶液中進(jìn)行溶解，并在與步驟1相同的超聲條件下進(jìn)行離子交換，30min后停止，經(jīng)精置，陳化和離心后，即得含結(jié)晶水的堿土金屬錫酸鹽納米管；4、步驟3得到的含結(jié)晶水的堿土金屬錫酸鹽納米管于450℃加熱，即得BaSnO3納米管，管外徑為120nm～150nm，內(nèi)徑為70nm～90nm，管長(zhǎng)達(dá)1.8微米。
實(shí)施例7MgSnO3納米管的制備。
1、室溫下將1.0gSnCl4.5H2O和0.5g AOT[2-乙基己基]磺基琥珀酸鈉]，溶于60ml去離子水中，將30ml濃度為4M的NaOH溶液緩慢加入上述溶液中，然后置于功率為80W，頻率為40kHz超聲波發(fā)生器中，進(jìn)行超聲化學(xué)反應(yīng)；2、步驟2與實(shí)施例1步驟2相同，得到含白色臘狀產(chǎn)物的溶液；3、將步驟2獲得的白色臘狀產(chǎn)物與溶液分離后，加入含Mg2+的溶液中進(jìn)行溶解，并在與步驟1相同的超聲條件下進(jìn)行離子交換，30min后停止，經(jīng)精置，陳化和離心后，即得含結(jié)晶水的堿土金屬錫酸鹽納米管；4、將步驟3得到的含結(jié)晶水的堿土金屬錫酸鹽納米管于500℃加熱，即得MgSnO3納米管，管外徑為120nm～150nm，內(nèi)徑為70nm～90nm，管長(zhǎng)達(dá)2微米。
權(quán)利要求
1.一種堿土金屬錫酸鹽納米管，其特征在于它是單晶開(kāi)口納米管，管外徑為100nm～280nm，內(nèi)徑為20nm～170nm，管長(zhǎng)達(dá)1.5微米以上。
2.一種制備權(quán)力要求1所述的堿土金屬錫酸鹽納米管的方法，其特征在于該方法包括如下步驟第1、將可溶性錫鹽溶液與含C-O長(zhǎng)鏈的表面活性劑以1∶0.16～1.5摩爾比相混合后，將3～5摩爾/升的NaOH溶液緩慢加入到上述溶液中，然后置于的超聲波發(fā)生器中，進(jìn)行超聲化學(xué)反應(yīng)；所用的可溶性錫鹽為錫的氯酸鹽、硝酸鹽或醋酸鹽中的任一種；第2、將步驟1得到的已超聲化學(xué)反應(yīng)的混合溶液移入聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應(yīng)釜中，在反應(yīng)自升壓下進(jìn)行水熱反應(yīng)至完全，得白色臘狀產(chǎn)物，水熱反應(yīng)溫度為120℃～220℃；第3、將步驟2獲得的白色臘狀產(chǎn)物與溶液分離后，溶入含堿土金屬離子的純凈水中，使之溶解并在與步驟1同樣的超聲條件下進(jìn)行離子交換，0.5～1小時(shí)后停止，經(jīng)靜置、陳化和離心分離后，即得含結(jié)晶水的堿土金屬錫酸鹽納米管，其中所述的堿土金屬離子為鈣、鎂、鍶和鋇中的任一種；第4、將步驟3得到的含結(jié)晶水的堿土金屬錫酸鹽納米管，于400℃～600℃加熱去結(jié)晶水，即得到堿土金屬錫酸鹽納米管。
3.如權(quán)力要求2所述的制備方法，其特征在于所述的表面活性劑為高分子量的聚乙二醇，伯胺CnH2n+1NH2其n＝12，14或16，季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化胺、長(zhǎng)鏈硫酸鹽CnH2n+1OSO3Na其n＝12，14或16，長(zhǎng)鏈磷酸鹽CnH2n+1OPO3H2其n＝12，14或16，[2-乙基己基]磺基琥波酸鈉和聚脂肪醇聚氧乙烯醚中的一種，或者是兩種的混合物。
4.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述的超聲波發(fā)生器功率為80W，頻率為40kHz。
5.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述的水熱反應(yīng)時(shí)間為4～9小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種堿土金屬錫酸鹽納米管及制備方法，屬于無(wú)機(jī)材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。該堿土金屬錫酸鹽是以可溶性錫鹽為原料，在堿性溶液中形成配位陰離子，在表面活性劑“軟模板”的作用下，通過(guò)直接水熱處理或利用氧化還原反應(yīng)，制得前驅(qū)體，然后前驅(qū)體經(jīng)與堿土金屬離子的交換過(guò)程，制得堿土金屬錫酸鹽納米管。其中作為軟模板的表面活性劑是高分子量的C－O長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)聚合物。此過(guò)程操作簡(jiǎn)單，納米管尺寸容易控制，管外徑為管外徑為100nm～280nm，內(nèi)徑為20nm～170nm，管長(zhǎng)達(dá)1.5微米以上。整個(gè)合成過(guò)程能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)單，是一種高收率、低成本的具有工業(yè)化應(yīng)用前景的制備方法。該產(chǎn)品在介電陶瓷、傳感器、發(fā)光材料和電池的電極材料等方面有廣泛應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B82B3/00GK1778684SQ200510019638
公開(kāi)日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2005年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月20日
發(fā)明者唐一文, 賈志勇, 姜云 申請(qǐng)人:華中師范大學(xué)