專利名稱：一種氧化鋅納米棒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋅納米棒的制備方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅(ZnO)是一種重要的寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度為3.37eV，與寬禁帶半導(dǎo)體GaN相比，ZnO具有更高的激子禁帶(60meV)，具有更高的藍(lán)光發(fā)光效率。作為一種用途十分廣泛的功能材料，氧化鋅已被廣泛用于光電器件、氣敏器件、壓敏器件、催化劑、涂料、抗菌等重要的工業(yè)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)ZnO的晶粒尺寸降至納米級(jí)時(shí)，其表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，產(chǎn)生了宏觀塊體材料所不具有的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和介電限域效應(yīng)。因此，ZnO納米結(jié)構(gòu)已成為納米技術(shù)研究領(lǐng)域的一大焦點(diǎn)。
一維ZnO納米結(jié)構(gòu)主要包括納米帶、納米線、納米棒和納米管等，近年來，由于ZnO一維納米結(jié)構(gòu)在發(fā)光二極管、激光二極管等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，其一維結(jié)構(gòu)的制備引起了全球的關(guān)注。目前，制備ZnO納米棒的方法眾多，包括熱蒸發(fā)法、物理氣相沉積法(PVD)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)、模板法和水熱法等。水熱法具有設(shè)備與操作簡單、環(huán)境污染小和適合大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)，已成為制備ZnO納米棒的重要方法。傳統(tǒng)水熱合成氧化鋅納米棒的工藝一般采用氫氧化鈉或氨水為礦化劑，通常需要表面活性劑或絡(luò)合劑的輔助，所用的主要表面活性劑或絡(luò)合劑包括十六烷基三甲基溴化銨(X.Sun et al.Mater.Chem.Phys.，78，99(2003))、檸檬酸與檸檬酸鹽(H.Zhang et al.Mater.Lett.，59，1696(2005))、乙二胺(B.Liu et al.J.Am.Chem.Soc.，125，4430(2003))和六亞甲基四胺(C.Liu et al.Thin Solid Films，503，110(2006))等。同時(shí)，以上水熱法合成的時(shí)間比較長，一般為十多小時(shí)到幾天，因此，能耗比較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氧化鋅納米棒的制備方法，是利用水合肼為礦化劑的水熱工藝來制備氧化鋅納米棒?？朔藗鹘y(tǒng)水熱合成氧化鋅納米棒需要表面活性劑或絡(luò)合劑輔助、反應(yīng)時(shí)間長等問題。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案的步驟如下將氯化鋅和水合肼按摩爾比1∶2～1∶8的比例放入去離子水中攪拌，此時(shí)產(chǎn)生白色漿狀的沉淀，即水合肼與氯化鋅形成了由配位化合物組成的沉淀；攪拌后，把上述配好的溶液放入高壓釜中，填充度為80～90％，在120～280℃溫度范圍內(nèi)處理3～48小時(shí)，然后將處理好的溶液離心、干燥，就獲得了氧化鋅納米棒。
在無需表面活性劑或絡(luò)合劑的情況下實(shí)現(xiàn)ZnO納米棒的合成，納米棒的直徑約為70納米，長度為2～4微米。
本發(fā)明具有的有益效果是傳統(tǒng)的氧化鋅納米棒水熱合成工藝以氫氧化鈉或氨水做堿性礦化劑，存在反應(yīng)時(shí)間長(一般為十多小時(shí)到幾天)和需要表面活性劑或絡(luò)合劑(如十六烷基三甲基溴化銨、檸檬酸和乙二胺等)輔助等缺點(diǎn)。本發(fā)明的最大特點(diǎn)是采用廉價(jià)的水合肼(N2H4·H2O)來代替氫氧化鈉或氨水，在沒有任何表面活性劑或絡(luò)合劑的輔助下，實(shí)現(xiàn)了氧化鋅納米棒(直徑約為70納米，長度為2～4微米)的快速制備，反應(yīng)時(shí)間只要3小時(shí)。


圖1是實(shí)施例1所得ZnO納米棒的XRD圖譜；圖2是實(shí)施例1所得ZnO納米棒的掃描電鏡照片，(a)低倍照片；(b)放大照片。
圖3是實(shí)施例1所得ZnO納米棒的透射電鏡照片，(a)多根納米棒；(b)單根納米棒及電子衍射花樣。
圖4是實(shí)施例2所得劍形ZnO納米棒的掃描電鏡照片。
圖5是實(shí)施例3所得表面粗糙的ZnO納米棒的掃描電鏡照片。
圖6是比較例1所得的ZnO納米顆粒的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將0.87克氯化鋅(ZnCl2)和0.64克濃度為85％的水合肼(N2H4·H2O)分別放入160毫升的去離子水中，磁力攪拌10分鐘后，把上述配好的溶液放入高壓釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯里，內(nèi)襯容積為200毫升，即填充度為80％。該溶液在150℃下處理8小時(shí)，把處理好的溶液離心和干燥，獲得直徑約為70納米、長度為2～4微米的ZnO的納米棒。圖1是該ZnO的納米棒的XRD圖譜，跟ZnO的標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDS no.76-0704)完全吻合，說明產(chǎn)物是純的氧化鋅。圖2是該ZnO納米棒的掃描電鏡照片，從圖2中可以看出所得的產(chǎn)物是比較規(guī)則的納米棒。圖3是該ZnO納米棒的透射電鏡照片，從圖3中可以看出所得的產(chǎn)物直徑約為70納米，長度約為2～4微米。
實(shí)施例2將0.87克氯化鋅(ZnCl2)和0.64克濃度為85％的水合肼(N2H4·H2O)分別放入160毫升的去離子水中，磁力攪拌10分鐘后，把上述配好的溶液放入高壓釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯里，內(nèi)襯容積為200毫升，即填充度為80％。該溶液在250℃下處理24小時(shí)，把處理好的溶液離心和干燥，獲得直徑約為70納米、長度為2～4微米的ZnO的納米棒。與實(shí)施例1不同的是，實(shí)施例2得到產(chǎn)物呈現(xiàn)出劍形的結(jié)構(gòu)，其掃描電鏡照片見圖4。
實(shí)施例3將0.87克氯化鋅(ZnCl2)和2.56克濃度為85％的水合肼(N2H4·H2O)分別放入160毫升的去離子水中，磁力攪拌10分鐘后，把上述配好的溶液放入高壓釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯里，內(nèi)襯容積為200毫升，即填充度為90％。該溶液在120℃下處理3小時(shí)，把處理好的溶液離心和干燥，獲得直徑約為70納米、長度為2～4微米的ZnO的納米棒。與實(shí)施例1和2不同的是，實(shí)施例3得到產(chǎn)物表面比較粗糙，其掃描電鏡照片見圖5。
比較例將0.87克氯化鋅(ZnCl2)和0.44克氫氧化鈉(NaOH)分別放入160毫升的去離子水中，磁力攪拌10分鐘后，把上述配好的溶液放入高壓釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯里，內(nèi)襯容積為200毫升，即填充度為80％。該溶液在150℃下處理24小時(shí)，把處理好的溶液離心和干燥，獲得產(chǎn)物是ZnO的納米顆粒(見圖6)，并沒有得到ZnO納米棒。這說明在沒有表面活性劑或絡(luò)合劑的情況下，傳統(tǒng)以氫氧化鈉或氨水為礦化劑的水熱工藝不可能生成ZnO納米棒。
權(quán)利要求
1.一種氧化鋅納米棒的制備方法，其特征在于該方法的步驟如下將氯化鋅和水合肼按摩爾比1∶2～1∶8的比例放入去離子水中攪拌，此時(shí)產(chǎn)生白色漿狀的沉淀，即水合肼與氯化鋅形成了由配位化合物組成的沉淀；攪拌后，把上述配好的溶液放入高壓釜中，填充度為80～90％，在120～280℃溫度范圍內(nèi)處理3～48小時(shí)，然后將處理好的溶液離心、干燥，就獲得了氧化鋅納米棒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鋅納米棒的制備方法，其特征在于在無需表面活性劑或絡(luò)合劑的情況下實(shí)現(xiàn)ZnO納米棒的合成，納米棒的直徑約為70納米，長度為2～4微米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化鋅納米棒的制備方法，該法用水合肼代替氫氧化鈉或氨水做堿性礦化劑，簡單、快速地實(shí)現(xiàn)了ZnO納米棒的水熱合成。不用于常規(guī)的以氫氧化鈉或氨水為礦化劑的水熱合成方法，本發(fā)明提出的水熱工藝?yán)盟想碌膲A性和它易與鋅鹽形成配位化合物的特點(diǎn)，達(dá)到了很好控制氧化鋅納米產(chǎn)物的尺寸和形貌的目的，在沒有任何其它表面活性劑和絡(luò)合劑的情況下，快速地實(shí)現(xiàn)了ZnO納米棒的制備。
文檔編號(hào)B82B3/00GK1907861SQ200610052709
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者祝洪良, 于桂霞, 姚奎鴻, 朱魯明 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)