專利名稱：一種納米氧化鋅粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米氧化鋅粉體的制備方法，特別涉及一種低溫合成納米氧化鋅 的方法，屬于納米結(jié)構(gòu)材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氧化鋅屬II-VI族寬禁帶直接帶隙化合物半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度為 3. 37eV，激子束縛能為60meV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于室溫離解能。氧化鋅被預(yù)言可以代替GaN作為各種 綠光、藍(lán)光、紫外、白光等的發(fā)射材料。納米氧化鋅由于其尺寸的細(xì)微化，使得比表面積急劇 增加，因而產(chǎn)生一系列奇異的物理效應(yīng)，如量子限域效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等， 使其在光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、化學(xué)等方面具有許多奇異的特性，因而產(chǎn)生了其它材料所不具備 的特殊性質(zhì)。
在橡膠和輪胎工業(yè)中，氧化鋅是必不可少的添加劑。在化學(xué)工業(yè)中，氧化鋅被廣泛 用作催化劑、脫硫劑；在涂料工業(yè)中，氧化鋅除了具有著色力和遮蓋力外，又是涂料中的防 腐劑和發(fā)光劑；在醫(yī)藥衛(wèi)生和食品工業(yè)中，氧化鋅具有撥毒、止血、生肌收斂的功能，而且有 助于促進(jìn)兒童智力發(fā)育；在玻璃工業(yè)中，氧化鋅用在特種玻璃制品中；在陶瓷工業(yè)中，氧化 鋅用作助熔劑；在印染工業(yè)中，氧化鋅用作防染劑；在電子工業(yè)中，氧化鋅既是壓敏電阻的 主原料，也是磁性、光學(xué)等材料的主要添加劑。除了上述傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用外，近年來隨著科學(xué) 技術(shù)的不斷發(fā)展，納米氧化鋅由于其尺寸介于原子簇和宏觀微粒之間，具有許多宏觀材料 所不具有的特殊性質(zhì)，使其在光吸收、敏感、催化及其他功能特性等方面展示出引人注目的 應(yīng)用前景，已在冶金、化工、輕工、電子、國防、核技術(shù)、航空航天等研究領(lǐng)域呈現(xiàn)出極其重要 的應(yīng)用價(jià)值。
目前，世界各國對納米氧化鋅的研究，主要包括制備方法、形貌控制、摻雜和性能 應(yīng)用等4個(gè)方面，其中制備技術(shù)是關(guān)鍵，因?yàn)橹苽涔に嚭瓦^程的研究與控制對形貌和性能 應(yīng)用具有重要的影響。
目前制備納米氧化鋅的方法可歸納為固相法、氣相法和液相法3大類。
固相化學(xué)反應(yīng)法制備氧化鋅，具有無需溶劑、轉(zhuǎn)化率高、工藝簡單、能耗低、反應(yīng)條 件容易控制等特點(diǎn)，但是，由于反應(yīng)過程往往進(jìn)行不完全或過程中容易出現(xiàn)液化現(xiàn)象，利用 固相法制備高純尺寸分布窄的納米氧化鋅比較困難。
氣相法在我國目前處于小試階段，但由于氣相法對設(shè)備和工藝要求高，欲達(dá)到工 業(yè)化生產(chǎn)，還要解決一系列工程問題和設(shè)備材質(zhì)問題，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
液相法制備納米氧化鋅中最常用的方法是均勻沉淀法，工業(yè)上可以通過采取適當(dāng) 的方法來改善其工藝條件，實(shí)現(xiàn)有目的地控制氧化鋅顆粒的大小、尺寸、形貌等微觀結(jié)構(gòu)， 使之能夠定向生長，從而生產(chǎn)出各種尺寸、形貌的納米氧化鋅，并使制備出的產(chǎn)品具有很好 的重復(fù)性和可靠性。但是，目前液相法的生產(chǎn)工藝，一般采取先通過液相制備出氫氧化鋅， 然后煅燒成氧化鋅的方式，這種方法需要煅燒工序，不但浪費(fèi)能源，而且還不利和不易于控 制氧化鋅的形貌和缺陷。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種納米氧化鋅粉體的制備方法，該工藝簡單、 生產(chǎn)成本低。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明提供的一種納米氧化鋅粉體的制備方法，其包括如下步驟
溶解將摩爾比為1/1或1/0的醋酸鋅和軟模板分別溶于去離子水，形成醋酸鋅溶 液和軟模板溶液；
混合將醋酸鋅溶液和軟模板溶液混合，形成醋酸鋅和軟模板混合溶液；
加熱將醋酸鋅和軟模板混合溶液在40 90°C溫度下加熱，并攪拌，加入氨水，加 熱條件下反應(yīng)0. 5 6小時(shí)，形成氧化鋅懸浮溶液；
分離將氧化鋅懸浮溶液離心分離，并用去離子水和/或乙醇洗滌，獲得氧化鋅白 色粉體；
干燥將離心獲得的氧化鋅粉體烘干，制得納米氧化鋅粉體。
其中，所述軟模板為六次甲基四胺，濃度為0. 05mol/L 0. lmol/L，用于實(shí)現(xiàn)氧化 鋅的形貌控制。
所述醋酸鋅濃度為0. 05mol/L 0. lmol/L。
進(jìn)一步，在所述加熱步驟中，所述醋酸鋅和軟模板混合溶液在加熱溫度過程中，在 攪拌條件下，以緩慢滴加的方式加入氨水。
在所述加熱步驟中，所述氨水的加入量為211270!1_摩爾比為1、1/2、1/4。
所述加熱的溫度為40°C、60°C、8(TC、9(rC或其中的任一數(shù)值。
本發(fā)明提供的一種納米氧化鋅粉體的制備方法，以醋酸鋅作為鋅源，六次甲基四 胺作為軟模板和沉淀劑，氨水作為沉淀劑，在較低溫度下加熱制備納米氧化鋅，而不需要煅 燒過程，從而節(jié)約了煅燒所需要的能源消耗以及對設(shè)備的要求，簡化了納米氧化鋅的制備 工藝，使氧化鋅的制備成本得到大幅降低。同時(shí)，本發(fā)明通過改變醋酸鋅的濃度、鋅源與氨 水的摩爾比、溫度以及添加六次甲基四胺來控制納米氧化鋅的形貌和尺寸。
本發(fā)明的原理本發(fā)明采用醋酸鋅作為鋅源，由于醋酸鋅在水溶液體系內(nèi)溶解度 較低，容易達(dá)到過飽和狀態(tài)，從而有利于晶體的形成；同時(shí)反應(yīng)過程中形成鋅的絡(luò)合物，鋅 的絡(luò)合物作為中間態(tài)能夠降低氧化鋅結(jié)晶的化學(xué)能，使低溫條件下制備納米氧化鋅成為 可能；六亞甲基四胺作為軟模板吸附在納米氧化鋅晶粒的表面從而影響氧化鋅的形貌；同 時(shí)，不同鋅源與氨水的摩爾比也直接影響納米氧化鋅的生長過程及形貌。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的制備方法具有如下優(yōu)點(diǎn)
1.采用低溫溶液法制備納米氧化鋅，省去了煅燒過程，從而簡化了制備工藝，降低 了能耗和生產(chǎn)成本。
2.采用添加六次甲基四胺作為軟模板和沉淀劑，通過改變鋅源與氨水的摩爾比、 溫度、時(shí)間、添加劑等來實(shí)現(xiàn)氧化鋅形貌和尺寸的可控制備。


為了更清楚地說明本發(fā)明專利實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本發(fā)明專利的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提 下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明一種納米氧化鋅粉體的制備方法的實(shí)施例1制備的納米氧化鋅X衍 射圖譜；
圖2為本發(fā)明一種納米氧化鋅粉體的制備方法的實(shí)施例2制備的納米氧化鋅X衍 射圖譜；
圖3為本發(fā)明一種納米氧化鋅粉體的制備方法的實(shí)施例1制備的納米氧化鋅 FESEM 圖4為本發(fā)明一種納米氧化鋅粉體的制備方法的實(shí)施例3制備的納米氧化鋅的 FESEM 圖5為本發(fā)明一種納米氧化鋅粉體的制備方法的實(shí)施例4制備的納米氧化鋅的X 衍射圖譜；
圖6為本發(fā)明一種納米氧化鋅粉體的制備方法的實(shí)施例4制備的納米氧化鋅 FESEM 圖7為本發(fā)明一種納米氧化鋅粉體的制備方法的實(shí)施例5制備的納米氧化鋅 FESEM 圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所 描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例， 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā) 明保護(hù)的范圍。
本發(fā)明提供的一種納米氧化鋅粉體的制備方法，其包括如下步驟
溶解將摩爾比為1/1或1/0的醋酸鋅和六次甲基四胺分別溶于去離子水，形成醋 酸鋅溶液和六次甲基四胺溶液；
其中，所述醋酸鋅濃度為0. 05mol/L 0. lmol/L ；六次甲基四胺濃度為0. 05mol/ L 0. lmol/L，用于實(shí)現(xiàn)氧化鋅的形貌控制；
混合將醋酸鋅溶液和六次甲基四胺溶液混合，形成醋酸鋅和六次甲基四胺混合溶 液；
加熱將醋酸鋅和六次甲基四胺混合溶液在40 90°C溫度下加熱，并劇烈攪拌，加 入氨水，加熱條件下反應(yīng)0. 5 6小時(shí)，形成氧化鋅懸浮溶液；
在本步驟中，在醋酸鋅和六次甲基四胺的混合溶液在加熱過程中，在攪拌條件下， 以緩慢滴加的方式加入氨水；
所述氨水的加入量為211270!1_摩爾比為1/1、1/2、1/4 ；
所述加熱的溫度為40°C、60°C、8(TC、9(rC或其中的任一數(shù)值；
分離將氧化鋅懸浮溶液離心分離，并用去離子水和/或乙醇多次洗滌，獲得氧化 鋅白色粉體；
干燥將離心獲得的氧化鋅粉體烘干，制得納米氧化鋅粉體。
本發(fā)明提供的一種納米氧化鋅粉體的制備方法，以醋酸鋅作為鋅源，六次甲基四 胺作為軟模板和沉淀劑，氨水作為沉淀劑，在較低溫度下加熱制備納米氧化鋅，而不需要煅 燒過程，從而節(jié)約了煅燒所需要的能源消耗以及對設(shè)備的要求，簡化了納米氧化鋅的制備 工藝，使氧化鋅的制備成本得到大幅降低。同時(shí)，本發(fā)明通過改變醋酸鋅的濃度、鋅源與氨 水的摩爾比、溫度、時(shí)間以及添加六次甲基四胺來改變納米氧化鋅的形貌和尺寸。
實(shí)施例1
溶解，將0. 05mol/L的醋酸鋅200mL和0. 05mol/L的六次甲基四胺200ml分別溶于去離子水；
混合，將醋酸鋅溶液和六次甲基四胺溶液，送入500ml的容器內(nèi)混合；
加熱，將容器放在加熱設(shè)備內(nèi)，并用聚四氟攪拌棒劇烈攪拌，加熱溫度為60°C，同 時(shí)慢慢滴加lmol/L氨水20ml，加熱條件下反應(yīng)6小時(shí)，形成氧化鋅懸浮溶液；
分離，將氧化鋅懸浮溶液離心分離，并用去離子水和/或乙醇多次洗滌，離心得到 氧化鋅白色粉體；
干燥，將制備的氧化鋅粉體在烘箱內(nèi)烘干，制得成品氧化鋅粉體。
如圖1所示，為本實(shí)施例制得的氧化鋅粉體樣品的X衍射圖譜，從圖1中可以看 出該樣品為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化鋅(JCPDS 36-1451)，并且結(jié)晶良好；圖3為該樣品的 FESEM圖，從圖3中可以看出樣品為紡錘狀氧化鋅，其尺寸為100 300nm。從圖3可以看 出，該樣品存在紡錘狀和半紡錘狀結(jié)構(gòu)，由此我們可以推斷出氧化鋅是先生長為半紡錘狀， 然后組裝或者繼續(xù)生長成紡錘狀氧化鋅。
實(shí)施例2
溶解，將0. lmol/L的醋酸鋅200mL和0. lmol/L的六次甲基四胺200ml分別溶于去離子水；
混合，將醋酸鋅和六次甲基四胺溶液，送入500ml的容器內(nèi)混合；
加熱，將容器放在加熱設(shè)備內(nèi)，并用聚四氟攪拌棒劇烈攪拌，加熱溫度40°C，同時(shí) 慢慢滴加lmol/L氨水20ml，加熱條件下反應(yīng)5小時(shí)，形成氧化鋅白色沉淀；
分離，將白色沉淀離心分離，并用去離子水和乙醇多次洗滌，離心得到氧化鋅白色 粉體；
干燥，將制備的氧化鋅粉體在烘箱內(nèi)烘干，制得成品氧化鋅粉體。
如圖2所示，為本實(shí)施例制得的氧化鋅粉體樣品的X衍射圖譜，從圖2中可以看出 該樣品為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化鋅(JCPDS 36-1451)。
實(shí)施例3
溶解，將0. 06mol/L的醋酸鋅200mL和0. 06mol/L的六次甲基四胺200ml分別溶于去離子水；
混合，將醋酸鋅溶液和六次甲基四胺溶液，送入500ml的容器內(nèi)混合；
加熱，將容器至于加熱設(shè)備內(nèi)，并用聚四氟攪拌棒劇烈攪拌，加熱溫度80°C，同時(shí) 慢慢滴加lmol/L氨水48ml，加熱條件下反應(yīng)1小時(shí)，形成氧化鋅懸浮溶液；
分離，將氧化鋅懸浮溶液離心分離，并用去離子水和/或乙醇多次洗滌，離心得到 氧化鋅白色粉體；
干燥，將制備的氧化鋅粉體在烘箱內(nèi)烘干，制得成品氧化鋅粉體。
如圖4所示，為本實(shí)施例制備的氧化鋅粉體樣品的FESEM圖，該樣品為六方纖鋅礦 氧化鋅；從圖4可以看出氧化鋅主要為半紡錘狀，因?yàn)榉磻?yīng)時(shí)間不足所以沒有形成紡錘狀 氧化鋅，這與實(shí)施例1所推測的結(jié)果是一致的。
實(shí)施例4
溶解，將0. 08mol/L的醋酸鋅200mL溶于去離子水，將溶液送入500ml的容器內(nèi)；
加熱，將容器至于加熱設(shè)備內(nèi)，并用聚四氟攪拌棒劇烈攪拌，加熱溫度60°C，同時(shí) 慢慢滴加lmol/L氨水32ml，加熱條件下反應(yīng)3小時(shí)，形成氧化鋅懸浮溶液；
分離，將氧化鋅懸浮溶液離心分離，并用去離子水和乙醇多次洗滌，離心得到氧化 鋅白色粉體；
干燥，將制備的粉體在烘箱內(nèi)烘干，制得成品氧化鋅粉體。
如圖5所示，為本實(shí)施例制備的氧化鋅粉體樣品的X衍射圖譜，從圖5中可以看出 該樣品為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氧化鋅(JCPDS 36-1451)，圖6為該樣品的FESEM圖，從圖6中 可以看出制備的樣品為六方棱柱組成的簇狀結(jié)構(gòu)，尺寸在1 2μπι。
實(shí)施例5
溶解，將0. 05mol/L的醋酸鋅400mL溶于去離子水，將溶液轉(zhuǎn)移到500ml的容器 內(nèi)；
加熱，將容器至于加熱設(shè)備內(nèi)，并用聚四氟攪拌棒劇烈攪拌，加熱溫度90°C，同時(shí) 慢慢滴加lmol/L氨水80ml，加熱條件下反應(yīng)4小時(shí)，形成氧化鋅懸浮溶液；
分離，將氧化鋅懸浮溶液離心分離，并用去離子水和/或乙醇多次洗滌，離心得到 氧化鋅白色粉體；
干燥，將制備的氧化鋅粉體在烘箱內(nèi)烘干，制得成品氧化鋅粉體。
如圖7所示，為本實(shí)施例制備的氧化鋅粉體樣品的FESEM圖，該樣品為六方纖鋅礦 氧化鋅，從圖7可以看出該樣品為板條狀，尺寸約為Ιμπι。
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng) 涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種納米氧化鋅粉體的制備方法，其特征在于溶解將摩爾比為1/1或1/0的醋酸鋅和軟模板分別溶于去離子水，形成醋酸鋅溶液和 軟模板溶液；混合將醋酸鋅溶液和軟模板溶液混合，形成醋酸鋅和軟模板混合溶液； 加熱將醋酸鋅和軟模板混合溶液在40 90°C溫度下加熱，并攪拌，加入氨水，加熱條 件下反應(yīng)0. 5 6小時(shí)，形成氧化鋅懸浮溶液；分離將氧化鋅懸浮溶液離心分離，并用去離子水和/或乙醇洗滌，獲得氧化鋅白色粉體；干燥將離心獲得的氧化鋅粉體烘干，制得納米氧化鋅粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米氧化鋅粉體的制備方法，其特征在于，所述軟模板 為六次甲基四胺，濃度為0. 05mol/L 0. lmol/L，用于實(shí)現(xiàn)氧化鋅的形貌控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米氧化鋅粉體的制備方法，其特征在于，所述醋酸鋅 的濃度為 0. 05mol/L 0. lmol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米氧化鋅粉體的制備方法，其特征在于，在所述加熱 步驟中，所述醋酸鋅和軟模板混合溶液在加熱溫度過程中，在攪拌條件下，以緩慢滴加的方 式加入氨水。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米氧化鋅粉體的制備方法，其特征在于，在所述加熱 步驟中，所述氨水的加入量為211270!1_摩爾比為1、1/2、1/4。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米氧化鋅粉體的制備方法，其特征在于，所述加熱的 溫度為40 V、60°C、80 V、90 V或其中的任一數(shù)值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米氧化鋅粉體的制備方法，其包括如下步驟溶解，將摩爾比為1/1或1/0的醋酸鋅和軟模板分別溶于去離子水，形成醋酸鋅溶液和軟模板溶液；混合，將醋酸鋅溶液和軟模板溶液混合，形成醋酸鋅和軟模板混合溶液；加熱，將醋酸鋅和軟模板混合溶液在40～90℃溫度下加熱，并攪拌，加入氨水，加熱條件下反應(yīng)0.5～6小時(shí)，形成氧化鋅懸浮溶液；分離，將氧化鋅懸浮溶液離心分離，并用去離子水和/或乙醇洗滌，獲得氧化鋅白色粉體；干燥，將離心獲得的氧化鋅粉體烘干，制得納米氧化鋅粉體。本發(fā)明在較低溫度下加熱制備納米氧化鋅，能夠大幅降低氧化鋅的制備成本，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)氧化鋅的形貌可控。
文檔編號B82Y40/00GK102030359SQ20101053283
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者盧紅霞, 張銳, 於秀君, 楊道媛, 王海龍, 許紅亮, 趙云龍, 陳德良 申請人:鄭州大學(xué)