專利名稱：氧化鋅與鋁酸鋅復合納米管及陣列的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種釆用電化學沉積及高溫退火制備氧化鋅與鋁酸鋅復合納米 管及陣列的方法，屬于納米材料的制備技術領域。
背景技術：
氧化鋅是一種性能優(yōu)異的II一VI族半導體材料，禁帶寬度為3.37eV，激子東 縛能大( 60meV)和化學穩(wěn)定性好等特點。當氧化鋅尺寸為納米級時，會表現(xiàn)出 獨特的光活性、電活性、燒結活性和催化活性。因此在發(fā)光二極管(LED)、藍紫 光激光器以及透明電極等方面都有很好的應用價值。研究發(fā)現(xiàn)在納米尺寸下不同 形貌氧化鋅的性能差異很大，目前人們的研究焦點主要集中在獲得不同形貌的納 米結構上，已經獲得了氧化鋅納米顆粒、納米棒、納米線、納米籠、納米螺旋、 納米環(huán)、納米管等納米結構。這些新穎的納米結構往往具有獨特的性能，從而在 光電、傳導、傳感以及生化等許多領域有新的應用。
鋁酸鋅(尖晶石)具有良好的耐蝕、耐磨性及化學穩(wěn)定性，而且其絕緣性好、 熱膨脹系數(shù)小、硬度高，廣泛用作電子元器件的絕緣骨架、合金或金屬制品的陶 瓷保護膜、遠紅外波段窗口材料、耐火材料及精細陶瓷器皿，而且還是優(yōu)秀的藍 綠紫波段激光基質晶體材料。盡管制備鋁酸鋅的方法很多，但制備納米鋁酸鋅卻 比較困難，其原因在于鋁酸鋅在晶型轉變過程中顆粒會發(fā)生團聚。國內外研究者 圍繞降低鋁酸鋅晶型轉變溫度、減少顆粒接觸機會，克服團聚，旨在合成超細鋁 酸鋅方面做了大量工作。
如何在納米尺寸下，將氧化鋅與鋁酸鋅復合起來，同時具有氧化鋅和鋁酸 鋅優(yōu)異的物理性能，將在催化、納米器件等方面有潛在的應用，具有重要的應 用價值。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種氧化鋅與鋁酸鋅復合納米管及陣列 的制備方法，它可將氧化鋅與鋁酸鋅復合起來，使產品同時具有氧化鋅和鋁酸 鋅優(yōu)異的物理性能。
解決本發(fā)明的技術問題所釆用的工藝步驟是第一步利用電沉積方法在氧 化鋁模板中制備鋅納米線，第二步對載有鋅納米線的氧化鋁模板在空氣環(huán)境下 進行兩次退火，第一次退火使鋅納米線轉化為氧化鋅納米線，第二次退火使氧 化鋁與氧化鋅界面處發(fā)生固態(tài)擴散反應形成鋁酸鋅層，第三步利用氫氧化鈉溶 液去掉氧化鋁模板，得到氧化鋅在內層鋁酸鋅在外層的復合納米管。.本發(fā)明的具體工藝技術參數(shù)是電沉積方法制備的鋅納米線直徑為20納 米 200納米。第一次退火加熱到300°C 350°C，保溫30小時 40小時；第二 次退火加熱到600°C 700°C,保溫1小時 2小時，最后隨爐冷到室溫。釆用 2mol 3mo1的氫氧化鈉溶液去掉氧化鋁模板，溫度50°C 60°C,時間35分鐘 60分鐘，用去離子水清洗干凈后得到成品。
本發(fā)明的有益效果是氧化鋅與鋁酸鋅復合納米管及陣列具有特殊的形貌 特征，在催化、納米器件制備等方面有潛在的應用；本發(fā)明公布的氧化鋅與鋁 酸鋅復合納米管及陣列制備方法具有制備工藝簡單，對環(huán)境無污染，產量高， 所得到的納米管結構均一性好，排列規(guī)則有序。


圖1制備的氧化鋅與鋁酸鋅復合納米管陣列SEM圖； 圖2制備的氧化鋅與鋁酸鋅復合納米管TEM圖； 圖3制備的氧化鋅與鋁酸鋅復合納米管陣列EDX圖； 圖4制備的氧化鋅與鋁酸鋅復合納米管陣列XRD圖； 圖5制備的氧化鋅與鋁酸鋅復合納米管電子衍射圖。
具體實施方式
實施例l
第一步利用電沉積方法在氧化鋁模板中制備鋅納米線。
按二步陽極氧化法制備出氧化鋁模板(詳見MasudaH, FukudaK. Science, 1995, 268(9): 146),制備模板時使用的電解液為0.3mol草酸溶液，陽極化電壓 40V。在氧化鋁模板一面噴金。
電沉積鋅納米線電解液溶液為80g/L ZnS04'7H20, 20g/L H3B03，電沉積電 壓:2V。沉積時間30分鐘。
第三步對載有鋅納米線的氧化鋁模板在空氣環(huán)境下進行退火，退火規(guī)范為20 分鐘由室溫加熱到350'C,保溫40小時后，隨爐冷卻到室溫，這一過程使鋅納米 線轉化為氧化鋅納米線。
第四步對載有氧化鋅納米線的氧化鋁模板在空氣中進行二次退火，退火規(guī)范 為20分鐘由室溫加熱到70(TC，保溫1小時后，隨爐冷卻到室溫。在這一加熱和保
溫過程中，氧化鋁與氧化鋅界面處發(fā)生固態(tài)擴散反應形成鋁酸鋅層。
第五步去掉氧化鋁模板，將退火后的樣品放入3mol的氫氧化鈉溶液中，在
60。C恒溫箱中保溫50分鐘，用去離子水清洗干凈后，得到氧化鋅在內層鋁酸鋅在
外層的復合納米管。
圖1為該條件下制備的產品SEM圖，圖2為該產品的TEM圖，圖3為該產品的
EDX圖，圖4為該產品的XRD圖，圖5為該產品的電子衍射圖。 實施例2第一步按實施例l第一步制備氧化鋁模板，并電沉積鋅納米線。 第二步對載有鋅納米線的氧化鋁模板在空氣環(huán)境下進行退火，退火規(guī)范為20
分鐘由室溫加熱到32(TC，保溫35小時后，隨爐冷卻到室溫，這一過程使鋅納米 線轉化為氧化鋅納米線。
第三步對載有氧化鋅納米線的氧化鋁模板在空氣中進行二次退火，退火規(guī)范 為20分鐘由室溫加熱到65(TC，保溫1.5小時后，隨爐冷卻到室溫。在這一加熱和 保溫過程中，氧化鋁與氧化鋅界面處發(fā)生固態(tài)擴散反應形成鋁酸鋅層。
第四步去掉氧化鋁模板，將退火后的樣品放入2mol的氫氧化鈉溶液中，在 5(TC恒溫箱中保溫60分鐘，用去離子水清洗干凈后，得到氧化鋅在內層鋁酸鋅 在外層的復合納米管。
實施例3
釆用二次陽極化方法制備Y型氧化鋁模板(詳見J. Li, C. Papadopoulos， and J. Xu.Nature, 1999,420:253-254)，電解液為0.3mol草酸溶液，二次氧化時，陽極 化電壓50V， 2小時，35V, 9小時。在氧化鋁模板主桿端噴金，電沉積Zn納米線 時,電解液溶液與實施例l的溶液相同，電沉積電壓:2V，沉積時間60分鐘。兩次 退火工藝及去模板工藝與實施例l相同。本例得到帶有Y型分叉的氧化鋅在內層 鋁酸鋅在外層復合納米管。
權利要求
1. 一種氧化鋅與鋁酸鋅復合納米管及陣列的制備方法，其特征在于第一步利用電沉積方法在氧化鋁模板中制備鋅納米線，第二步對載有鋅納米線的氧化鋁模板在空氣環(huán)境下進行兩次退火，第一次退火使鋅納米線轉化為氧化鋅納米線，第二次退火使氧化鋁與氧化鋅在界面處發(fā)生固態(tài)擴散反應形成鋁酸鋅層，第三步利用氫氧化鈉溶液去掉氧化鋁模板，得到氧化鋅在內層鋁酸鋅在外層的復合納米管。
2、 根據(jù)權利要求1所述的氧化鋅與鋁酸鋅復合納米管及陣列的制備方法， 其特征在于電沉積方法制備的鋅納米線直徑為20納米 200納米。
3、 根據(jù)權利要求1所述的氧化鋅與鋁酸鋅復合納米管及陣列的制備方法， 其特征在于第一次退火加熱到30(TC 35(TC，保溫30小時 40小時；第二 次退火加熱到600。C 70(TC，保溫1小時 2小時，再隨爐冷到室溫。
4 、根據(jù)權利要求1所述的氧化鋅與鋁酸鋅復合納米管及陣列的制備方法， 其特征在于去掉氧化鉬模板用2mol 3mol的氫氧化鈉溶液，溫度50°C 60 °C，時間35分鐘 60分鐘，用去離子水清洗干凈后得到成品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用電化學沉積及高溫退火制備氧化鋅與鋁酸鋅復合納米管及陣列的方法，屬于納米材料的制備技術領域。制備方法如下第一步利用電沉積方法在氧化鋁模板中制備鋅納米線。第二步對載有鋅納米線的氧化鋁模板在空氣環(huán)境下進行兩次退火，第一次退火使鋅納米線轉化為氧化鋅納米線，第二次退火使氧化鋁與氧化鋅在界面處發(fā)生固態(tài)擴散反應形成鋁酸鋅層。第三步利用氫氧化鈉溶液去掉氧化鋁模板，得到氧化鋅在內層鋁酸鋅在外層的復合納米管。本發(fā)明可將氧化鋅與鋁酸鋅復合起來，使產品同時具有氧化鋅和鋁酸鋅優(yōu)異的物理性能，在催化、納米器件等方面有潛在的應用價值。
文檔編號C25D5/54GK101285206SQ20081005840
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月16日 優(yōu)先權日2008年5月16日
發(fā)明者劉建雄, 吳正宇, 孟國文, 廖丕博, 詹肇麟, 陳澤民 申請人:昆明理工大學