用于氣敏傳感器的分級自組裝氧化鋅微納結(jié)構(gòu)的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于氣敏傳感器的分級自組裝ZnO微納結(jié)構(gòu)（包括微球和花狀結(jié)構(gòu)）的制備方法，其特征在于以水溶性鋅鹽作為制備分級自組裝ZnO微納結(jié)構(gòu)的前驅(qū)體，十六烷基溴化銨和抗壞血酸作為模板劑，在堿性條件下生成ZnO沉淀，不需要較長時間的洗滌過程就可得到純凈的分級自組裝ZnO微納結(jié)構(gòu)。本發(fā)明方法操作簡單，制備出來的ZnO微納結(jié)構(gòu)尺寸分布均勻，結(jié)構(gòu)可控。該發(fā)明制備的分級自組裝ZnO微納結(jié)構(gòu)可用于氣敏傳感器、光催化分解水或聚合物、太陽電池光陽極等。
【專利說明】用于氣敏傳感器的分級自組裝氧化鋅微納結(jié)構(gòu)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬氧化物微納結(jié)構(gòu)的制備技術(shù)，具體是指一種分級自組裝ZnO微納結(jié)構(gòu)(微球或花狀結(jié)構(gòu))的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]ZnO由于具有獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)特征，在太陽能電池、氣敏元件、透明導(dǎo)電膜、儲鋰材料等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用。微納結(jié)構(gòu)材料由于具有納米結(jié)構(gòu)，具有比表面積大，具有優(yōu)異的電、磁、光、力學(xué)和化學(xué)等宏觀特性，作為一種傳統(tǒng)的功能材料被廣泛應(yīng)用在氣敏材料、光子材料、陶瓷、涂料、催化等眾多領(lǐng)域。迄今為止，各種形貌的ZnO如納米線、納米棒、納米帶、納米管、納米片等已有文獻(xiàn)報道。最近幾年，關(guān)于分級自組裝結(jié)構(gòu)微納材料由于具有大的比表面積，在氣敏傳感器和光催化領(lǐng)域受到關(guān)注，如Z.H.Jing等人利用微波輔助法合成了分級自組裝的花狀結(jié)構(gòu)ZnO，所得ZnO比表面積大；J.Zhang等人利用水熱法合成了三維介孔ZnO結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的ZnO表現(xiàn)出很好的氣敏響應(yīng)性，但是這兩種方法需要高溫退火過程，制備工藝繁瑣，成本較高。本發(fā)明采用軟模板法，通過改變反應(yīng)體系中十六烷基三甲基溴化銨和抗壞血酸的含量調(diào)控ZnO的結(jié)構(gòu)，反應(yīng)在低溫下進(jìn)行，無需額外的退火即可獲得形貌、尺寸均勻的分級自組裝ZnO微納結(jié)構(gòu)，為提高氣敏傳感器的選擇性和靈敏性以及提高金屬氧化物光催化活性提供材料基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于氣敏傳感器的分級自組裝氧化鋅微納結(jié)構(gòu)的制備方法。
[0004]一種用于氣敏傳感器的分級自組裝氧化鋅微納結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
(1)配制濃度為O?1.1 M的十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)的水溶液；
(2)向溶液中加入Immol至5 mmol的鋅前驅(qū)體和I克至5克的抗壞血酸；
(3)將上述溶液加熱至50至90度，攪拌10分鐘至50分鐘后，加入濃度為IM至5M的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，反應(yīng)30秒至20分鐘后將溶液溫度降至室溫，將樣品離心，得到白色粉末；在40°C?80°C干燥箱中烘干，即可得到分級自組裝氧化鋅微納結(jié)構(gòu)；
(4)將制備的分級自組裝氧化鋅微納結(jié)構(gòu)材料置于酒精或水中待用；
(5)氧化鋁陶瓷管用去離子水、丙酮、氯仿清洗干凈，烘干備用；
(6)將分級自組裝氧化鋅微納結(jié)構(gòu)材料的懸浮液均勻涂抹在步驟(5)的氧化鋁陶瓷管上，將陶瓷管進(jìn)行封裝；
(7)在100°C?300°C下電老化3?15天，制成氣敏傳感器件。
[0005]步驟(2)中所述的鋅前驅(qū)體為六水合硝酸鋅、七水合硫酸鋅、二水合醋酸鋅、氯化鋅中的一種。
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種簡單可行的分級自組裝微納結(jié)構(gòu)的制備方法，利用化學(xué)溶液法在水溶劑中合成分級自組裝ZnO微納結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)合成分級自組裝ZnO微納結(jié)構(gòu)需要高溫退火、反應(yīng)時間長等問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的分級自組裝ZnO微球的SEM圖。
[0008]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的分級自組裝ZnO微球的高倍SEM圖。
[0009]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的分級自組裝ZnO花狀結(jié)構(gòu)的SEM圖。
[0010]圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的分級自組裝ZnO花狀結(jié)構(gòu)的XRD圖。
[0011]圖5為本發(fā)明實(shí)施例3的分級自組裝ZnO微球的SEM圖。
[0012]圖6為本發(fā)明制備的分級自組裝對不同濃度乙醇的氣敏響應(yīng)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1:
稱取0.728 g的十六烷基三甲基溴化銨置于燒杯中，向燒杯中加入50 ml的水，待十六烷基三甲基溴化銨溶解后，加入0.891 g的硝酸鋅和2.64 g的抗壞血酸，將燒杯中溶液加熱至60°C，20分鐘后加入20 ml濃度為2.5 mmol的氫氧化鈉溶液，反應(yīng)10分鐘后停止加熱，將溶液溫度降至室溫；將白色沉淀離心，用酒精和水洗滌，干燥箱中50°C干燥10小時，得到白色粉末即為分級自組裝ZnO微球。
[0014]圖1給出了分級自組裝ZnO微球的SEM圖，由圖可以看出，微球直徑分布在f 2μ m之間；圖2為單個ZnO微球的高倍SEM圖，由圖可以看出，ZnO微球由厚度為十幾納米的納米片組成。
[0015]實(shí)施例2:
稱取0.728 g的十六烷基三甲基溴化銨置于燒杯中，向燒杯中加入50 ml的水，待十六烷基三甲基溴化銨溶解后，加入0.891 g的硝酸鋅和1.3 g的抗壞血酸，將燒杯中溶液加熱至60°C，20分鐘后加入20 ml濃度為2.5 mmol的氫氧化鈉溶液，反應(yīng)10分鐘后停止加熱，將溶液溫度降至室溫；將白色沉淀離心，用酒精和水洗滌，干燥箱中50°C干燥10小時，得到白色粉末即為分級自組裝ZnO花狀結(jié)構(gòu)。
[0016]圖3給出了分級自組裝ZnO花狀結(jié)構(gòu)的SEM圖，由圖可以看出，花狀結(jié)構(gòu)由直徑在50 nm左右的納米棒組成；圖4是分級自組裝ZnO花狀結(jié)構(gòu)的XRD圖，XRD數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，所得納米棒為標(biāo)準(zhǔn)六角纖鋅礦ZnO，衍射峰與ZnO的標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS card number 36-1451對應(yīng)。
[0017]實(shí)施例3:
向燒杯中加入50 ml的水，待十六烷基三甲基溴化銨溶解后，加入0.891 g的硝酸鋅和2.64 g的抗壞血酸，將燒杯中溶液加熱至60°C，20分鐘后加入20 ml濃度為2.5 mmol的氫氧化鈉溶液，反應(yīng)10分鐘后停止加熱，將溶液溫度降至室溫；將白色沉淀離心，用酒精和水洗滌，干燥箱中50°C干燥10小時，得到白色粉末即為分級自組裝ZnO微球。
[0018]圖5給出了 ZnO微球的SEM圖，由圖可以看出，所得ZnO微球由納米片組成，微球尺寸分布均勻。
[0019]圖6為實(shí)施例1制備的分級自組裝ZnO微球?qū)Σ煌瑵舛纫掖嫉臍饷繇憫?yīng)，測試溫度為330°C，由圖可以看出，當(dāng)氣體濃度從5 ppm增大到500 ppm時，電壓響應(yīng)隨之增大，從氣敏傳感器對100 ppm的氣體的響應(yīng)-恢復(fù)曲線可知，響應(yīng)時將和恢復(fù)時間分別為20 s和50 S。
【權(quán)利要求】
1.一種用于氣敏傳感器的分級自組裝氧化鋅微納結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (O配制濃度為O?1.1 M的十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)的水溶液； (2)向溶液中加入Immol至5 mmol的鋅前驅(qū)體和I克至5克的抗壞血酸； (3)將上述溶液加熱至50至90度，攪拌10分鐘至50分鐘后，加入濃度為IM至5M的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，反應(yīng)30秒至20分鐘后將溶液溫度降至室溫，將樣品離心，得到白色粉末；在401:?80°C干燥箱中烘干，即可得到分級自組裝氧化鋅微納結(jié)構(gòu)； (4)將制備的分級自組裝氧化鋅微納結(jié)構(gòu)材料置于酒精或水中待用； (5)氧化鋁陶瓷管用去離子水、丙酮、氯仿清洗干凈，烘干備用； (6)將分級自組裝氧化鋅微納結(jié)構(gòu)材料的懸浮液均勻涂抹在步驟(5)的氧化鋁陶瓷管上，將陶瓷管進(jìn)行封裝； (7)在100°C?300°C下電老化3?15天，制成氣敏傳感器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氣敏傳感器的分級自組裝氧化鋅微納結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述的鋅前驅(qū)體為六水合硝酸鋅、七水合硫酸鋅、二水合醋酸鋅、氯化鋅中的一種。
【文檔編號】B82Y40/00GK103675026SQ201310608365
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】葛美英, 宣天美, 尹桂林, 何丹農(nóng) 申請人:上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司