專(zhuān)利名稱(chēng)：一種制備二氧化錫/氧化鋅復(fù)合多晶納米帶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)涉及二氧化錫/氧化鋅復(fù)合多晶納
米帶的制備方法。
背景技術(shù)：
無(wú)機(jī)物納米帶的制備與性質(zhì)研究目前是材料科學(xué)、化學(xué)、凝聚態(tài)物理等學(xué)科研究 的前沿?zé)狳c(diǎn)之一。納米帶是一種用人工方法合成的呈帶狀結(jié)構(gòu)的納米材料，它的橫截面是 一個(gè)矩形結(jié)構(gòu)，其厚度在納米量級(jí)，而長(zhǎng)度可達(dá)幾百微米，甚至毫米級(jí)。納米帶由于其不同 于管、線材料的新穎結(jié)構(gòu)以及獨(dú)特的光、電、磁等性能而受到廣泛關(guān)注。納米帶雖然缺少柱 形納米管所具有的高結(jié)構(gòu)力，但其生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單可控，且大量生產(chǎn)時(shí)能夠保證材料結(jié)構(gòu)均 一，缺陷少，因而弓I起人們的高度重視。 SnO乂ZnO復(fù)合納米材料可以用做抗靜電劑、氣體傳感器材料、染料敏化太陽(yáng)電池 的電極材料和降解有機(jī)污染物的光催化劑等。目前已經(jīng)制備的SnO乂ZnO復(fù)合納米材料的形 態(tài)包括復(fù)合納米粒子和納米纖維等。周秉明等，采用共沉淀法制備了 Sn(^/ZnO復(fù)合納米 粒子(化學(xué)研究與應(yīng)用，2008， 20 (6) ，705-709);董凌等，采用化學(xué)方法制備了 Sn02/ZnO復(fù) 合納米粒子(石油煉制與化工，2005， 36 (12) ，45-49) ;Wang Cun， et al采用共沉淀法制備 了 ZnO/Sn02納米光催化劑(Applied Catalysis B-Environmental, 2002， 39 (3) ， 269-279); Maolin Zhang， et al采用均相共沉淀法制備了納米ZnO_Sn02 (Materials Letters, 2005， 59 (28) ，3641-3644) ;Chen Liangyuan， et al采用反相微乳液法制備了納米ZnO_Sn02復(fù)合 材茅斗(Sensors and Actuators B :Chemical，2008，134(2)，360-366) ;Xiaofeng Song， et al采用靜電紡絲技術(shù)制備了 ZnO-Sn02納米纖維(Sensors and Actuators A :Physical， 2009，154(1)，175-179)。 專(zhuān)利號(hào)為1975504的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一項(xiàng)有關(guān)靜電紡絲方法(electrospinning) 的技術(shù)方案，該方法是制備連續(xù)的、具有宏觀長(zhǎng)度的微納米纖維的一種有效方法，由 Formhals于1934年首先提出。這一方法主要用來(lái)制備高分子納米纖維，其特征是使帶電 的高分子溶液或熔體在靜電場(chǎng)中受靜電力的牽引而由噴嘴噴出，投向?qū)γ娴慕邮掌?，從?實(shí)現(xiàn)拉絲，然后，在常溫下溶劑蒸發(fā)，或者熔體冷卻到常溫而固化，得到微納米纖維。近10 年來(lái)，在無(wú)機(jī)纖維制備技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了采用靜電紡絲方法制備無(wú)機(jī)化合物如氧化物納米纖 維的技術(shù)方案，所述的氧化物包括Ti02、 Zr02、 Y203、 Y203: RE3+(RE = Eu、 Tb、 Er、 Er/Yb) 、 NiO、 Co304、Mn203、Mn304、Cu0、Si02、Al203、V205、Zn0、Nb205、Mo03、Ce02等金屬氧化物。已有人利用靜 電紡絲技術(shù)成功制備了高分子納米帶(Materials Letters, 2007， 61 :2325-2328 Journal of PolymerScience :Part B :Polymer Physics, 2001， 39 :2598-2606)。有人利用錫的有 機(jī)化合物，使用靜電紡絲技術(shù)與金屬有機(jī)化合物分解技術(shù)相結(jié)合制備了多孔Sn02納米帶 (Nanotechnology，2007，18 :435704);有人利用靜電紡絲技術(shù)首先制備了 PE0/氫氧化錫復(fù) 合納米帶，將其焙燒得到了多孔Sn02納米帶(J.Am. Ceram. Soc. ，2008,91 (1) :257-262)。董 相廷等，采用聚甲基丙烯酸甲酯為模板劑，利用靜電紡絲技術(shù)制備了 Ti0j內(nèi)米帶(中國(guó)發(fā)
3明專(zhuān)利，申請(qǐng)?zhí)?00810050948.2)。目前未見(jiàn)Sn02/Zn0復(fù)合納米帶的報(bào)道。因此，Sn02/Zn0 復(fù)合納米帶既是一種非常有前途的功能材料，又是結(jié)構(gòu)新穎的無(wú)機(jī)物復(fù)合納米帶，具有廣 闊的應(yīng)用前景。 利用靜電紡絲技術(shù)制備納米材料時(shí)，原料的種類(lèi)、高分子模板劑的分子量、紡絲液 的組成、紡絲過(guò)程參數(shù)和熱處理工藝對(duì)最終產(chǎn)品的形貌和尺寸都有重要影響。本發(fā)明采用 靜電紡絲技術(shù)，以四氯化錫(SnCl4 5H20)和醋酸鋅(Zn(CH3C00)2 2H20)為原料，聚乙烯 吡咯烷酮(PVP，分子量為90000)作為高分子模板劑，N， N-二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑，在 最佳的實(shí)驗(yàn)條件下，制備出PVP/[SnCl4+Zn(CH3COO)2]復(fù)合納米帶，再經(jīng)過(guò)高溫處理后得到 Sn02/ZnO復(fù)合多晶納米帶。

發(fā)明內(nèi)容
在背景技術(shù)中的制備Sn02/ZnO復(fù)合納米粒子和納米纖維，采用了共沉淀法、均相 共沉淀法、反相微乳液法、靜電紡絲法等；背景技術(shù)中的使用靜電紡絲技術(shù)制備高分子納 米帶、Sn02納米帶和Ti02納米帶等，所使用的原料、模板劑和溶劑都與本發(fā)明的方法不同。 本發(fā)明使用靜電紡絲技術(shù)制備了 Sn02/ZnO復(fù)合多晶納米帶，帶寬2 6 y m，厚度240 600nm，長(zhǎng)度大于100 ii m。 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，首先制備出用于靜電紡絲的具有一定粘度的紡絲溶液，應(yīng) 用靜電紡絲技術(shù)進(jìn)行靜電紡絲，在最佳的實(shí)驗(yàn)條件下，制備出PVP/[SnCl4+Zn(CH3COO)2]復(fù) 合納米帶，再經(jīng)過(guò)高溫處理后得到Sn02/ZnO復(fù)合多晶納米帶。
其步驟為 [OOO9] (1)配制紡絲液 紡絲液中錫源和鋅源使用的是四氯化錫和醋酸鋅，高分子模板劑采用聚乙烯吡咯 烷酮(PVP，分子量為90000)。溶劑采用DMF。稱(chēng)取一定量的四氯化錫和醋酸鋅(摩爾比為 1 : 2)，溶于適量的DMF溶劑中，再稱(chēng)取一定量的PVP加入到上述溶液中，于室溫下磁力攪 拌3 6h，并靜置2 3h，即形成紡絲液。該紡絲液各組成部分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為四氯化錫 +醋酸鋅含量8 10%， PVP含量19 22%， DMF含量68 73%。
(2)制備PVP/ [SnCl4+Zn (CH3COO) 2]復(fù)合納米帶 采用靜電紡絲技術(shù)，技術(shù)參數(shù)為直流電壓為15 20kV;注射器針頭噴嘴口徑 為0. 8mm ;噴嘴與水平面的夾角為15° ;噴嘴到接收屏的固化距離為13 15cm ;室內(nèi)溫度 20 25。C，相對(duì)濕度為45% 60%。
(3)制備Sn02/ZnO復(fù)合多晶納米帶 將所獲得的PVP/[SnCl4+Zn(CH3COO)2]復(fù)合納米帶進(jìn)行熱處理，技術(shù)參數(shù)為升溫 速率為1 2°C /main,在600 80(TC溫度范圍內(nèi)保溫8 10h，降溫速率控制為1°C /min， 降溫到20(TC時(shí)自然降至室溫，至此得到Sn02/ZnO復(fù)合多晶納米帶。 在上述過(guò)程中所制備的PVP/[SnCl^Zn(CH3C00h]復(fù)合納米帶表面比較光滑平整， 所制備的Sn02/ZnO復(fù)合多晶納米帶由納米粒子構(gòu)成，納米帶的寬度為2 6ym，厚度為 240 600nm，長(zhǎng)度大于100 y m，實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的。


圖1是PVP/[SnCl4+Zn(CH3C00)2]復(fù)合納米帶的SEM照片。 圖2是Sn02/Zn0復(fù)合納米帶的XRD譜圖。 圖3是Sn02/Zn0復(fù)合納米帶的SEM照片，該圖兼作摘要附圖, 圖4是Sn02/Zn0復(fù)合納米帶的EDS譜圖。 圖5是Sn02/Zn0復(fù)合納米帶的TEM照片。 圖6是Sn02/Zn0復(fù)合納米帶的的ED照片。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所選用的四氯化錫(SnCl4 *5H20)和醋酸鋅(Zn(CH3C00)2 2H20)、聚乙烯吡 咯烷酮(PVP，分子量90000) 、N， N-二甲基甲酰胺(DMF)均為市售分析純產(chǎn)品；所用的玻璃 儀器和設(shè)備是實(shí)驗(yàn)室中常用的。 實(shí)施例1 :稱(chēng)取一定量的四氯化錫和醋酸鋅(摩爾比為1 : 2)，溶于適量的DMF 溶劑中，再稱(chēng)取一定量的PVP加入到上述溶液中，于室溫下磁力攪拌6h，并靜置3h，即形 成紡絲液。該紡絲液各組成部分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為四氯化錫+醋酸鋅含量8%， PVP含量 19%， DMF含量73X。將配制好的紡絲液加入紡絲裝置的儲(chǔ)液管中，進(jìn)行靜電紡絲，噴嘴口 徑O. 8mm，調(diào)整噴嘴與水平面的夾角為15° ，直流電壓為15kV ;注射器針頭噴嘴到接收屏的 固化距離為13cm ;室內(nèi)溫度2(TC，相對(duì)濕度為45%，得到PVP/[SnCl4+Zn (CH3C00) 2]復(fù)合納 米帶。將所制備的PVP/[SnCl^Zn(CH3C00h]復(fù)合納米帶放到程序控溫爐中進(jìn)行熱處理，升 溫速率為1°C /min，在60(TC恒溫8h，降溫速率控制為1°C /min，降溫到20(TC時(shí)自然降至室 溫，即得到SnO乂ZnO復(fù)合多晶納米帶。所制備的PVP/[SnCl4+Zn (CH3COO) 2]復(fù)合納米帶表面 比較光滑平整，見(jiàn)圖l所示。所制備的S叫/ZnO復(fù)合多晶納米帶具有良好的晶型，其中ZnO 的衍射峰與ZnO標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS (36-1451)所列出的d值及相對(duì)強(qiáng)度相一致，晶型為六方纖 鋅礦，空間群是P63mc ;Sn02的衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS (41-1445)所列d值和相對(duì)強(qiáng)度相一 致，為四方晶系，空間群為P42/mnm，見(jiàn)圖2所示。所制備的Sn02/ZnO復(fù)合多晶納米帶由納米 粒子構(gòu)成，納米帶的寬度為2 6 ii m，厚度為240 600nm，長(zhǎng)度大于100 y m，見(jiàn)圖3所示。 Sn02/ZnO復(fù)合多晶納米帶由Sn、 Zn和0元素組成(Au來(lái)自于SEM制樣時(shí)表明鍍的Au導(dǎo)電 層)，見(jiàn)圖4所示。SnO乂ZnO復(fù)合多晶納米帶由納米粒子構(gòu)成，直徑約為10nm，如圖5所示。 Sn02/ZnO復(fù)合多晶納米帶的電子衍射圖如圖6所示，可見(jiàn)Sn02/ZnO復(fù)合納米帶屬于多晶結(jié) 構(gòu)。 實(shí)施例2 :稱(chēng)取一定量的四氯化錫和醋酸鋅(摩爾比為1 : 2)，溶于適量的DMF 溶劑中，再稱(chēng)取一定量的PVP加入到上述溶液中，于室溫下磁力攪拌3h，并靜置2h，即形 成紡絲液。該紡絲液各組成部分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為四氯化錫+醋酸鋅含量10%， PVP含量 22%， DMF含量68X。將配制好的紡絲液加入紡絲裝置的儲(chǔ)液管中，進(jìn)行靜電紡絲，噴嘴口 徑O. 8mm，調(diào)整噴嘴與水平面的夾角為15° ，直流電壓為20kV ;注射器針頭噴嘴到接收屏的 固化距離為15cm ;室內(nèi)溫度25"，相對(duì)濕度為60%，得到PVP/[SnCl4+Zn (CH3COO)2]復(fù)合納 米帶。將所制備的PVP/[SnCl^Zn(CH3C00h]復(fù)合納米帶放到程序控溫爐中進(jìn)行熱處理，升 溫速率為2°C /min，在80(TC恒溫10h，降溫速率控制為1°C /min，降溫到20(TC時(shí)自然降至 室溫，即得到Sn02/ZnO復(fù)合多晶納米帶。所制備的Sn02/ZnO復(fù)合多晶納米帶具有良好的晶型，其中Zn0的衍射峰與ZnO標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS(36-1451)所列出的d值及相對(duì)強(qiáng)度相一致，
晶型為六方纖鋅礦，空間群是P63mc ;Sn(^的衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS (41-1445)所列d值和
相對(duì)強(qiáng)度相一致，為四方晶系，空間群為P42/mnm。所制備的Sn02/ZnO復(fù)合多晶納米帶由納
米粒子構(gòu)成，納米帶的寬度為2 5 ii m，厚度為240 500nm，長(zhǎng)度大于100 y m。 當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟
悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明做出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變
形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種制備二氧化錫/氧化鋅復(fù)合多晶納米帶的方法，其特征在于，采用靜電紡絲技術(shù)，使用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為高分子模板劑，采用N，N-二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑，制備產(chǎn)物為二氧化錫/氧化鋅復(fù)合多晶納米帶，其步驟為(1)配制紡絲液紡絲液中錫源和鋅源使用的是四氯化錫和醋酸鋅，高分子模板劑采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP，分子量為90000)，溶劑采用DMF，稱(chēng)取一定量的四氯化錫和醋酸鋅(摩爾比為1∶2)，溶于適量的DMF溶劑中，再稱(chēng)取一定量的PVP加入到上述溶液中，于室溫下磁力攪拌3～6h，并靜置2～3h，即形成紡絲液。該紡絲液各組成部分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為四氯化錫+醋酸鋅含量8～10％，PVP含量19～22％，DMF含量68～73％；(2)制備PVP/[SnCl4+Zn(CH3COO)2]復(fù)合納米帶采用靜電紡絲技術(shù)，技術(shù)參數(shù)為直流電壓為15～20kV；注射器針頭噴嘴口徑為0.8mm；噴嘴與水平面的夾角為15°；噴嘴到接收屏的固化距離為13～15cm；室內(nèi)溫度20～25℃，相對(duì)濕度為45％～60％；(3)制備SnO2/ZnO復(fù)合多晶納米帶將所獲得的PVP/[SnCl4+Zn(CH3COO)2]復(fù)合納米帶進(jìn)行熱處理，技術(shù)參數(shù)為升溫速率為1～2℃/min，在600～800℃溫度范圍內(nèi)保溫8～10h，降溫速率控制為1℃/min，降溫到200℃時(shí)自然降至室溫，至此得到SnO2/ZnO復(fù)合多晶納米帶。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備二氧化錫/氧化鋅復(fù)合多晶納米帶的方法，其特征 在于，錫源和鋅源使用的是四氯化錫(SnCl4 5H20)和醋酸鋅(Zn(CH3COO)2 2H20)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備二氧化錫/氧化鋅復(fù)合多晶納米帶的方法，其特征 在于，高分子模板劑為分子量Mr = 90000的聚乙烯吡咯烷酮。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備二氧化錫/氧化鋅復(fù)合多晶納米帶的方法，其特征 在于，溶劑采用N， N-二甲基甲酰胺(DMF)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備SnO2/ZnO復(fù)合多晶納米帶的方法，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括三個(gè)步驟(1)配制紡絲液。將SnCl4和Zn(CH3COO)2溶于DMF中，再加入PVP，即形成紡絲液。(2)制備PVP/[SnCl4+Zn(CH3COO)2]復(fù)合納米帶。靜電紡絲技術(shù)參數(shù)為電壓15～20kV；固化距離13～15cm；室溫20～25℃，相對(duì)濕度45％～60％。(3)制備SnO2/ZnO復(fù)合多晶納米帶。將復(fù)合納米帶進(jìn)行熱處理即可得到SnO2/ZnO復(fù)合多晶納米帶，寬度2～6μm，厚度240～600nm，長(zhǎng)度大于100μm。
文檔編號(hào)B82B3/00GK101786600SQ20101011728
公開(kāi)日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月4日
發(fā)明者于文生, 劉桂霞, 劉濂, 王進(jìn)賢, 董相廷 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)