專利名稱：一種空心花型微米結(jié)構(gòu)氧化鋅的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特殊形貌的微米半導體材料氧化鋅的制備方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅(S1O)是具有高激子束縛能(60eV)的寬帶隙半導體材料，室溫時在紫外區(qū)就可產(chǎn)生強的激子發(fā)射。由于ZnO獨特的光電性質(zhì)以及成本低的特點，使其在短波長發(fā)光二極管、室溫紫外激光二極管、太陽能電池、紫外線吸收劑、透明導體、場發(fā)射顯示器、 壓敏電阻器和傳感器、催化劑以及氣體傳感器等領(lǐng)域都有著廣闊的應用前景(Wei Dong Zhou, Xiao Wu, Yong Cai Zhang et al. Materials Letters, 2007,61 :2054-2057) APJf 周知，無機材料的尺寸和形貌對材料的電學和光學性質(zhì)以及應用有很大的影響。因此在合成ZnO時，對其形貌、尺寸進行控制是十分有意義的。如何按照人們意愿選擇適當?shù)暮铣煞椒▉碚{(diào)控材料的形貌、尺寸和結(jié)構(gòu)是當今材料研究的前沿和熱點。到目前為止，人們已經(jīng)成功的制備了各種形貌的&ι0，如納米線、納米棒、納米梳、納米彈簧、六角狀的納米片和納米環(huán)以及一維氧化鋅納米陣列(楊合情，李麗，宋玉哲，et al.中國科學B輯化學， 2007,37 :417-425)。其中，空心材料表現(xiàn)出較特殊的性質(zhì)，如密度低、比表面積大以及優(yōu)越的光學特性，這些性質(zhì)使其在藥物緩釋/控釋系統(tǒng)、色譜分離、催化劑、涂料、微反應器以及光電材料等眾多領(lǐng)域有著廣闊的應用前景(孫瑞雪，李木森，呂宇鵬.材料導報，2005，19: 19-22)。研究較多的空心材料的合成方法主要有犧牲模板法、微乳液法、噴霧反應法、超聲波法、模板-界面反應法、逐層自組裝法。但使用最多的仍然是模板法，中國專利申請?zhí)枮?200910098778. X就是使用高分子聚合物聚甲基丙烯酸甲酯為模板劑來制備氧化鋅的空心微球。雖制備方法簡單，但引入了有機化合物，不但使生產(chǎn)成本增加而且一旦洗滌不凈就會引入雜質(zhì)且污染環(huán)境。關(guān)于空心花型微米結(jié)構(gòu)的ZnO未見有關(guān)專利報道。雖然有相關(guān)文獻報道有花型結(jié)構(gòu)SiO的合成，但和本發(fā)明所說的花型是不同的。如Y. B. Hahn等使用硝酸鋅 (Zn(NO3)2 · 6H20)和氫氧化鈉(NaOH)作為反應物，以水作為溶劑，采用簡單的溶液方法在 90°C合成了花型的微米 ZnO (Q. Ahsanulhaq, S. H. Kim, J. H. Kim, et al. Materials Research Bulletin 2008，43 :3483-3489)。但此文獻中報道的花型是非中空結(jié)構(gòu)?？傊?，我們合成的中空花型結(jié)構(gòu)的微米ZnO具有獨特的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種中空花型SiO的制備方法，以可溶性鋅鹽和可溶性弱堿性物質(zhì)為原料，采用水熱法合成中空梭型氧化鋅。本發(fā)明反應體系簡單，原料易得，操作方便，產(chǎn)率高(高達99.2%)、對環(huán)境無污染等優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括以下步驟本發(fā)明采用的技術(shù)方案步驟如下
(1)將可溶性鋅鹽溶于去離子水中，攪拌使其完全溶解得均一透明溶液，鋅離子的濃度為0. 01-0. 80摩爾/升;(2)將硼氫化鈉加入(1)的溶液中，繼續(xù)攪拌0. l_2h，其中Si2+與NaBH4的摩爾配比為 1 20-1 2 ；(3)將步驟( 所得溶液在40°C至60°C下預熱20-50分鐘，轉(zhuǎn)入水熱合成反應釜中，加熱l_48h，加熱溫度至60°C 2000C ；(4)步驟⑶結(jié)束后，自然冷卻至室溫；(5)過濾步驟⑷所得的溶液、收集生成物、洗滌、干燥，得到花形結(jié)構(gòu)的微米&10。所述步驟(1)的可溶性鋅鹽為硝酸鋅或醋酸鋅或氯化鋅。本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明制備得到的氧化鋅空心花型材料具有較好的結(jié)晶度和良好的分散性、形貌規(guī)則均一，其空腔明顯可見(附圖2)；且室溫下有熒光發(fā)射，發(fā)射峰位在427nm左右，位于可見光區(qū)(附圖3)。此發(fā)明獲得的ZnO材料，具有較好的結(jié)晶度，使用X-衍射粉末衍射 (XRD)對其物相進行分析，出峰位置在 d = 2. 8177，d = 2. 6042，d = 2. 4767，d = 1. 9095，d =1. 6245，d = 1. 4763，d = 1. 4068，d = 1. 3770，d = 1. 3589，d = 1. 3038，d = 1. 2381 其相應的標準 d 值為 d = 2. 814，d = 2. 603，d = 2. 475，d = 1. 911，d = 1. 624，d = 1. 477， d = 1.407，d= 1. 378, d = 1. 358，d = 1. 301, d = 1. 237，與標準卡進行比對證明，我們制得的ZnO材料是純的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的空心花型結(jié)構(gòu)的微米ZnO可以在藥物緩釋、醫(yī)療診斷、催化劑、微反應器、涂料等方面有廣闊的應用。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的描述。以下實施例包含但不限制本發(fā)明保護的范圍。


圖1是本發(fā)明所得材料的X-射線衍射圖譜。圖2是本發(fā)明所得材料的花型結(jié)構(gòu)aiO的SEM圖。圖3是本發(fā)明所得材料的室溫熒光光譜中，空心花形結(jié)構(gòu)的微米SiO的發(fā)射峰位在427nm左右，位于可見光區(qū)。
具體實施例方式實施例1(1)將醋酸鋅溶于去離子水中，攪拌使其完全溶解得均一透明溶液，鋅離子的濃度為0.01摩爾/升。(2)將0. 5g硼氫化鈉加入(1)的溶液中，繼續(xù)攪拌10分鐘。(3)將步驟⑵所得溶液在40°C下預熱50分鐘。(4)將步驟(3)的溶液轉(zhuǎn)入水熱合成反應釜中，60°C下加熱48h。(5)步驟(4)結(jié)束后，自然冷卻至室溫。(6)過濾步驟( 所得的溶液、收集生成物、洗滌、干燥，得到花形結(jié)構(gòu)的微米&10。實施例2
(1)將醋酸鋅溶于去離子水中，攪拌使其完全溶解得均一透明溶液，鋅離子的濃度為0.01摩爾/升。(2)將1. Og硼氫化鈉加入⑴的溶液中，繼續(xù)攪拌60分鐘。(3)將步驟⑵所得溶液在40°C下預熱50分鐘。(4)將步驟(3)的溶液轉(zhuǎn)入水熱合成反應釜中，120°C下加熱20h。(5)步驟(4)結(jié)束后，自然冷卻至室溫。(6)過濾步驟( 所得的溶液、收集生成物、洗滌、干燥，得到花形結(jié)構(gòu)的微米&10。實施例3(1)將醋酸鋅溶于去離子水中，攪拌使其完全溶解得均一透明溶液，鋅離子的濃度為0.01摩爾/升。(2)將2. Og硼氫化鈉加入(1)的溶液中，繼續(xù)攪拌池。(3)將步驟⑵所得溶液在60°C下預熱20分鐘。(4)將步驟(3)的溶液轉(zhuǎn)入水熱合成反應釜中，120°C下加熱10h。(5)步驟(4)結(jié)束后，自然冷卻至室溫。(6)過濾步驟( 所得的溶液、收集生成物、洗滌、干燥，得到花形結(jié)構(gòu)的微米&10。實施例4(1)將醋酸鋅溶于去離子水中，攪拌使其完全溶解得均一透明溶液，鋅離子的濃度為0.5摩爾/升。(2)將3. Og硼氫化鈉加入(1)的溶液中，繼續(xù)攪拌lh。(3)將步驟⑵所得溶液在60°C下預熱20分鐘。(4)將步驟(3)的溶液轉(zhuǎn)入水熱合成反應釜中，120°C下加熱10h。(5)步驟(4)結(jié)束后，自然冷卻至室溫。(6)過濾步驟(5)所得的溶液、收集生成物、洗滌、干燥，得到花形結(jié)構(gòu)的微米&ι0。實施例5(1)將醋酸鋅溶于去離子水中，攪拌使其完全溶解得均一透明溶液，鋅離子的濃度為0.01摩爾/升。(2)將0. 2g硼氫化鈉加入(1)的溶液中，繼續(xù)攪拌lh。(3)將步驟⑵所得溶液在60°C下預熱20分鐘。(4)將步驟(3)的溶液轉(zhuǎn)入水熱合成反應釜中，180°C下加熱lh。(5)步驟(4)結(jié)束后，自然冷卻至室溫。(6)過濾步驟( 所得的溶液、收集生成物、洗滌、干燥，得到花形結(jié)構(gòu)的微米&ι0。實施例6(1)將醋酸鋅溶于去離子水中，攪拌使其完全溶解得均一透明溶液，鋅離子的濃度為0.8摩爾/升。(2)將5g硼氫化鈉加入(1)的溶液中，繼續(xù)攪拌lh。(3)將步驟⑵所得溶液在60°C下預熱10分鐘。(4)將步驟(3)的溶液轉(zhuǎn)入水熱合成反應釜中，180°C下加熱10h。(5)步驟(4)結(jié)束后，自然冷卻至室溫。(6)過濾步驟( 所得的溶液、收集生成物、洗滌、干燥，得到花形結(jié)構(gòu)的微米&10。
權(quán)利要求
1. 一種中空花形結(jié)構(gòu)的微米SiO的制備方法，包括以下步驟(1)將可溶性鋅鹽溶于去離子水中，攪拌使可溶性鋅鹽完全溶解得均一透明溶液，鋅離子&12+在溶液中的濃度為0. 01-0. 80摩爾/升；(2)將NaBH4加入步驟(1)的溶液中，繼續(xù)攪拌0.l_2h，其中，Zn2+與NaBH4的摩爾配比為 1 20-1 2 ；(3)將步驟( 所得溶液在40°C至60°C下預熱20-50分鐘，轉(zhuǎn)入水熱合成反應釜中，加熱l_48h，加熱溫度至60V 200°C ；(4)步驟(3)結(jié)束后，自然冷卻至室溫；(5)過濾步驟(4)所得的溶液，收集生成物、洗滌、干燥，得到花形結(jié)構(gòu)的微米&ι0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是步驟(1)的可溶性鋅鹽為硝酸鋅或醋酸鋅或氯化鋅。
全文摘要
一種中空花形結(jié)構(gòu)的微米ZnO的制備方法，屬于一種半導體微米材料的制備方法，本發(fā)明將可溶性鋅鹽溶于去離子水中，攪拌得到均勻透明溶液，鋅離子的總濃度為0.01-0.80摩爾/升；然后將0.2-5.0g硼氫化鈉加入上述溶液中，攪拌0.1-2h，40℃至60℃下預熱后，最后將溶液轉(zhuǎn)入水熱反應釜中在60℃～200℃下反應1-48h，反應結(jié)束后自然冷卻至室溫，收集生成物、洗滌、干燥，得到花形結(jié)構(gòu)的微米ZnO。本發(fā)明微米ZnO分散性和結(jié)晶度良好、形貌均一，空腔明顯，且反應體系簡約，反應溫和，成本低廉，洗滌方便、產(chǎn)率高達99.2％，具有廣闊的應用前景。
文檔編號B82Y40/00GK102303896SQ20111013594
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者劉擁軍, 洪元萍, 蔣峰芝, 袁波 申請人:云南大學