一種制備尺寸可調(diào)鋁酸鋅陣列納米管的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制備尺寸可調(diào)鋁酸鋅陣列納米管的方法，屬于納米材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法首先通過控制二次陽極氧化法制備過程中的參數(shù)條件得到納米孔通道可調(diào)的氧化鋁納米模板；采用電沉積方法在尺寸可調(diào)的氧化鋁納米模板的納米孔通道制備鋅納米線；將制備得到的載有鋅納米線的氧化鋁納米模板進(jìn)行退火，通過參數(shù)條件的控制調(diào)控鋁酸鋅納米管的壁厚，最后利用氫氧化鈉溶液去除掉氧化鋁納米模板中未參與反應(yīng)的鋅、氧化鋅和氧化鋁，得到排列有序的鋁酸鋅納米管陣列。本發(fā)明根據(jù)需要通過改變制備方法中的參數(shù)條件對(duì)該鋁酸鋅陣列納米管的管徑、管壁厚度及管的高度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)鋁酸鋅納米管陣列的可控制備。
【專利說明】一種制備尺寸可調(diào)鋁酸鋅陣列納米管的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備尺寸可調(diào)鋁酸鋅陣列納米管的方法，屬于納米材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]鋁酸鋅納米材料具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、良好的催化性、耐腐蝕、耐磨損、絕緣性好、化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性好等優(yōu)異性能，以及良好的電學(xué)、光學(xué)性能，在半導(dǎo)體器件、傳感器技術(shù)、催化材料等方面有重要應(yīng)用。
[0003]在申請(qǐng)?zhí)枮?00810058403.6的“多通道鋁酸鋅納米管制備方法”和申請(qǐng)?zhí)枮?00810058405.5的“氧化鋅與鋁酸鋅復(fù)合納米管及陣列的制備方法”基礎(chǔ)上，經(jīng)過幾年研究發(fā)明的一種尺寸可控的鋁酸鋅納米管陣列的制備方法。“多通道鋁酸鋅納米管制備方法”是制備一種由多個(gè)納米管組成的圓柱結(jié)構(gòu)，在圓柱體的外表面由多個(gè)半圓形納米通道組成，在圓柱體的內(nèi)部由多個(gè)納米管通道組成，納米管相互平行。“氧化鋅與鋁酸鋅復(fù)合納米管及陣列的制備方法”是制備一種外層是鋁酸鋅，內(nèi)層是氧化鋅的復(fù)合納米管陣列。本發(fā)明在前面兩個(gè)發(fā)明基礎(chǔ)上，只采用一次退火就能制備得到鋁酸鋅陣列納米管，克服了原來兩個(gè)發(fā)明方法中采用兩次退火，且低溫退火過程時(shí)間長等缺點(diǎn)；其次本專利制備得到一種純鋁酸鋅陣列納米管，且本發(fā)明能通過具體改變制備方法的參數(shù)條件對(duì)該鋁酸鋅陣列納米管的納米管管徑、管壁厚度及納米管的高度根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，制備不同尺寸的鋁酸鋅陣列納米管陣列，實(shí)現(xiàn)該納米管的可控制備，滿足不同需求。通過對(duì)整個(gè)制備過程機(jī)理研究，掌握了整個(gè)反應(yīng)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)該納米材料的可控制備，在納米材料制備方面有著重要的應(yīng)用價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]由于應(yīng)用場所不同，對(duì)納米管陣列的尺寸有不同的需求，如何實(shí)現(xiàn)納米材料的可控制備是目前研究人員首要解決的問題。本發(fā)明提供一種制備尺寸可調(diào)鋁酸鋅陣列納米管的方法。本發(fā)明根據(jù)使用需要通過改變制備方法中的參數(shù)條件對(duì)該鋁酸鋅陣列納米管的管徑、管壁厚度及管的高度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)鋁酸鋅納米管陣列的可控制備，以滿足不同使用需求，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0005]一種制備尺寸可調(diào)鋁酸鋅陣列納米管的方法，其具體步驟如下:
步驟1、制備納米孔通道尺寸可調(diào)的氧化鋁納米模板:首先通過二次陽極氧化法制備得到氧化鋁納米模板，在此過程中若調(diào)節(jié)陽極氧化電壓20?30V、陽極氧化電解液為15?25%硫酸溶液制備得到直徑20?45nm的納米孔通道氧化鋁納米模板，若調(diào)節(jié)陽極氧化電壓35?50V、陽極氧化電解液為0.3?0.4M草酸溶液制備得到直徑40?10nm的納米孔通道氧化鋁納米模板；
步驟2、采用電沉積方法在步驟I得到的尺寸可調(diào)的氧化鋁納米模板的納米孔通道制備鋅納米線；
步驟3、將步驟2制備得到的載有鋅納米線的氧化鋁納米模板進(jìn)行退火，在退火溫度為600°C?700°C保溫0.5?3h，退火階段鋅被氧化轉(zhuǎn)化為氧化鋅，氧化鋅納米線外表面與氧化鋁納米孔壁在界面處發(fā)生固態(tài)擴(kuò)散反應(yīng)，由于它們兩者的擴(kuò)散速度不相同，擴(kuò)散過程會(huì)發(fā)生柯肯特爾效應(yīng)，納米線變成納米管，形成鋁酸鋅納米管層，在此過程中退火溫度越高、保溫時(shí)間越長得到的鋁酸鋅納米管的壁厚越厚。
[0006]步驟4、最后利用氫氧化鈉溶液去除掉步驟3中經(jīng)退火后的氧化鋁納米模板中未參與反應(yīng)的鋅、氧化鋅和氧化鋁，得到排列有序的鋁酸鋅納米管陣列。
[0007]所述步驟I中的納米孔通道氧化鋁納米模板還能進(jìn)行擴(kuò)孔:將步驟I制備得到的納米孔通道氧化鋁納米模板在5?10wt%磷酸溶液中浸泡，浸泡時(shí)間5?10分鐘，浸泡時(shí)間越長，得到的氧化鋁模板納米孔孔徑越大。
[0008]所述步驟4中的氫氧化鈉溶液濃度為2?4mol/L。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:(1)本發(fā)明制備的鋁酸鋅陣列納米管，由于具有高的比表面積，納米管排列有序、尺寸可調(diào)，可以滿足不同需求，在納米器件、化學(xué)催化、絕緣材料、耐磨材料、納米材料的組裝等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值求；(2)本發(fā)明在前面兩個(gè)發(fā)明基礎(chǔ)上，只采用一次退火就能制備得到鋁酸鋅陣列納米管，克服了原來兩個(gè)發(fā)明方法中低溫退火過程時(shí)間長。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明制備尺寸可調(diào)鋁酸鋅陣列納米管方法示意圖；
圖2是本發(fā)明制備氧化鋁納米模板工藝流程圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例1氧化鋁模板中電沉積鋅后樣品的XRD圖；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例1電沉積鋅樣品經(jīng)退火后的XRD圖；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的納米孔直徑90納米，孔壁厚度20納米的鋁酸鋅陣列納米管掃描電鏡圖。
[0011]圖6是本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的納米孔直徑95納米，孔壁厚度26納米的鋁酸鋅陣列納米管掃描電鏡圖；
圖中:圖1中制備過程分四步:A:制備氧化鋁納米模板；B:電沉積方法在氧化鋁納米模板中制備鋅納米線；C:退火使氧化鋁管壁界面發(fā)生擴(kuò)散反應(yīng)得到鋁酸鋅納米過渡層；D:去除未參與擴(kuò)散反應(yīng)的鋅、氧化鋅和氧化鋁，得到酸鋅納米管陣列。

【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0013]實(shí)施例1
如圖1和圖2所示，該制備尺寸可調(diào)鋁酸鋅陣列納米管的方法，其具體步驟如下:
步驟1、制備納米孔通道尺寸可調(diào)的氧化鋁納米模板:首先通過二次陽極氧化法制備得到氧化鋁納米模板，在此過程中調(diào)節(jié)陽極氧化電壓40V、陽極氧化電解液為0.3M草酸溶液制備得到直徑76nm的納米孔通道氧化鋁納米模板，納米孔通道氧化鋁納米模板還能進(jìn)行擴(kuò)孔:將步驟I制備得到的納米孔通道氧化鋁納米模板在5wt%磷酸溶液中浸泡，浸泡時(shí)間5分鐘，得到的氧化鋁模板納米孔孔徑為85nm ；
步驟2、采用電沉積方法在步驟I得到的尺寸可調(diào)的氧化鋁納米模板的納米孔通道中制備鋅納米線，其中電沉積納米線電解液溶液包含80g/LZnS04.7Η20、2(^/1Η3Β03，電沉積電壓:2V，沉積時(shí)間:30分鐘；
步驟3、將步驟2制備得到的載有鋅納米線氧化鋁納米模板進(jìn)行退火，退火規(guī)范為20分鐘由室溫加熱至650°C，保溫0.5h，退火階段鋅被氧化轉(zhuǎn)化為氧化鋅，氧化鋅與氧化鋁納米孔壁在界面處發(fā)生固態(tài)擴(kuò)散反應(yīng)形成鋁酸鋅納米管層；
步驟4、最后利用濃度為3mol/L氫氧化鈉溶液去除掉步驟3中經(jīng)退火后的氧化鋁納米模板中未參與反應(yīng)的鋅、氧化鋅和氧化鋁，得到排列有序的鋁酸鋅納米管陣列。
[0014]上述經(jīng)步驟2電沉積鋅后氧化鋁納米模板的XRD圖如圖3所示，經(jīng)步驟3退火后的樣品的XRD圖如圖4所不。
[0015]最終得到的鋁酸鋅納米管陣列直徑為90nm，孔壁厚度為20nm。制備得到的鋁酸鋅納米管陣列掃描電鏡圖如圖5所示。
[0016]實(shí)施例2
如圖1和圖2所示，該制備尺寸可調(diào)鋁酸鋅陣列納米管的方法，其具體步驟如下:
步驟1、制備納米孔通道尺寸可調(diào)的氧化鋁納米模板:首先通過二次陽極氧化法制備得到氧化鋁納米模板，在此過程中調(diào)節(jié)陽極氧化電壓50V、陽極氧化電解液為0.3M草酸溶液制備得到直徑82nm的納米孔通道氧化鋁納米模板；將步驟I制備得到的納米孔通道氧化鋁納米模板在10wt%磷酸溶液中浸泡，浸泡時(shí)間8分鐘，得到的氧化鋁模板納米孔孔徑為90nm ；
步驟2、采用電沉積方法在步驟I得到的尺寸可調(diào)的氧化鋁納米模板的納米孔通道完全載有鋅納米管。
[0017]步驟3、將步驟2制備得到的載有鋅納米線氧化鋁納米模板進(jìn)行退火，在退火溫度為700°C保溫lh，退火階段鋅被氧化轉(zhuǎn)化為氧化鋅，氧化鋅與氧化鋁納米孔壁在界面處發(fā)生固態(tài)擴(kuò)散反應(yīng)形成鋁酸鋅納米管層，鋁酸鋅納米管的壁厚能達(dá)到18nm ；
步驟4、最后利用濃度為2mol/L氫氧化鈉溶液去除掉步驟3中經(jīng)退火后的氧化鋁納米模板中未參與反應(yīng)的鋅、氧化鋅和氧化鋁，得到排列有序的鋁酸鋅納米管陣列。
[0018]最終得到的招酸鋅納米管陣列直徑為95nm,孔壁厚度為26nm。
[0019]實(shí)施例3
如圖1和圖2所示，該制備尺寸可調(diào)鋁酸鋅陣列納米管的方法，其具體步驟如下:
步驟1、制備納米孔通道尺寸可調(diào)的氧化鋁納米模板:首先通過二次陽極氧化法制備得到氧化鋁納米模板，在此過程中調(diào)節(jié)陽極氧化電壓20V、陽極氧化電解液為20%硫酸溶液制備得到直徑25nm的納米孔通道氧化鋁納米模板；將步驟I制備得到的納米孔通道氧化鋁納米模板在8wt%磷酸溶液中浸泡，浸泡時(shí)間5分鐘，浸泡時(shí)間越長，得到的氧化鋁模板納米孔孔徑為30nm ；
步驟2、采用電沉積方法在步驟I得到的尺寸可調(diào)的氧化鋁納米模板的納米孔通道沉積鋅納米線，其中電沉積鋅納米線工藝條件為:電解液溶液為80g/LZnS04.7H20、20g/LH3BO3,電沉積電壓:2V，沉積時(shí)間:20分鐘；
步驟3、將步驟2制備得到的載有鋅納米線氧化鋁納米模板進(jìn)行退火，在退火溫度為700°C保溫45min，退火階段鋅被氧化轉(zhuǎn)化為氧化鋅，氧化鋅與氧化鋁納米孔壁在界面處發(fā)生固態(tài)擴(kuò)散反應(yīng)形成鋁酸鋅納米管層，鋁酸鋅納米管的壁厚達(dá)到25nm ； 步驟4、最后利用濃度為4mol/L氫氧化鈉溶液去除掉步驟3中經(jīng)退火后的氧化鋁納米模板中未參與反應(yīng)的鋅、氧化鋅和氧化鋁，得到排列有序的鋁酸鋅納米管陣列。
[0020]最終得到的鋁酸鋅納米管陣列直徑為35nm，孔壁厚度為25nm。
[0021]實(shí)施例4
如圖1和圖2所示，該制備尺寸可調(diào)鋁酸鋅陣列納米管的方法，其具體步驟如下:
步驟1、制備納米孔通道尺寸可調(diào)的氧化鋁納米模板:首先通過二次陽極氧化法制備得到氧化鋁納米模板，在此過程中調(diào)節(jié)陽極氧化電壓30V、陽極氧化電解液為25%硫酸溶液制備得到直徑40nm的納米孔通道氧化鋁納米模板；將步驟I制備得到的納米孔通道氧化鋁納米模板在7wt%磷酸溶液中浸泡，浸泡時(shí)間6分鐘，得到的氧化鋁模板納米孔孔徑為43nm ；
步驟2、采用電沉積方法在步驟I得到的尺寸可調(diào)的氧化鋁納米模板的納米孔通道沉積鋅納米線，其中電沉積鋅納米線工藝條件為:電解液溶液為80g/LZnS04.7H20、20g/LH3BO3,電沉積電壓:2V，沉積時(shí)間:25分鐘；
步驟3、將步驟2制備得到的載有鋅納米管氧化鋁納米模板進(jìn)行退火，在退火溫度為700°C保溫2h，退火階段鋅被氧化轉(zhuǎn)化為氧化鋅，氧化鋅與氧化鋁納米孔壁在界面處發(fā)生固態(tài)擴(kuò)散反應(yīng)形成鋁酸鋅納米管層，鋁酸鋅納米管的壁厚達(dá)到30nm ；
步驟4、最后利用濃度為2.5mol/L氫氧化鈉溶液去除掉步驟3中經(jīng)退火后的氧化鋁納米模板中未參與反應(yīng)的鋅、氧化鋅和氧化鋁，得到排列有序的鋁酸鋅納米管陣列。
[0022]最終得到的招酸鋅納米管陣列直徑為45nm,孔壁厚度為30nm。
[0023]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種制備尺寸可調(diào)鋁酸鋅陣列納米管的方法，其特征在于具體步驟如下: 步驟1、制備納米孔通道尺寸可調(diào)的氧化鋁納米模板:首先通過二次陽極氧化法制備得到氧化鋁納米模板，在此過程中若調(diào)節(jié)陽極氧化電壓20?30V、陽極氧化電解液為15?25%硫酸溶液制備得到直徑20?45nm的納米孔通道氧化鋁納米模板，若調(diào)節(jié)陽極氧化電壓35?50V、陽極氧化電解液為0.3?0.4M草酸溶液制備得到直徑40?10nm的納米孔通道氧化鋁納米模板； 步驟2、采用電沉積方法在步驟I得到的尺寸可調(diào)的氧化鋁納米模板的納米孔通道制備鋅納米線； 步驟3、將步驟2制備得到的載有鋅納米線的氧化鋁納米模板進(jìn)行退火，退火溫度為600°C?700°C，保溫0.5?3h，退火階段鋅被氧化轉(zhuǎn)化為氧化鋅，氧化鋅與氧化鋁納米孔壁在界面處發(fā)生固態(tài)擴(kuò)散反應(yīng)形成鋁酸鋅納米管層； 步驟4、最后利用氫氧化鈉溶液去除掉步驟3中經(jīng)退火后的氧化鋁納米模板中未參與反應(yīng)的鋅、氧化鋅和氧化鋁，得到排列有序的鋁酸鋅納米管陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備尺寸可調(diào)鋁酸鋅陣列納米管的方法，其特征在于:所述步驟I中的納米孔通道氧化鋁納米模板還能進(jìn)行擴(kuò)孔:將步驟I制備得到的納米孔通道氧化鋁納米模板在5?10被％磷酸溶液中浸泡，浸泡時(shí)間5?10分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備尺寸可調(diào)鋁酸鋅陣列納米管的方法，其特征在于:所述步驟4中的氫氧化鈉溶液濃度為2?4mol/L。
【文檔編號(hào)】C25D11/12GK104451820SQ201410529995
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】吳正宇, 劉建雄, 詹肇麟 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)