專利名稱：一種溶劑熱合成納米氧化鉍單晶片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種溶劑熱合成納米氧化鉍單晶片的
方法。
背景技術(shù)：
氧化鉍作為一種重要的摻雜材料，在微電子陶瓷、數(shù)字存儲(chǔ)、光學(xué)器件、精細(xì)化工、 醫(yī)藥制藥和高溫超導(dǎo)材料等領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。因此合成純度高、形貌均一的納米氧化鉍 對(duì)提高氧化鉍基功能材料的性能和拓寬其應(yīng)用具有重要意義。 目前，制備納米氧化鉍的方法主要有單質(zhì)直接高溫合成、化學(xué)沉淀法、有機(jī)物前驅(qū) 體熱解法等。單質(zhì)直接高溫合成中，容易在金屬表面形成氧化物，抑制金屬鉍的進(jìn)一步蒸 發(fā)，因此純度、合成效率率較低(Surface&Coatings Technology 201 (2007) :5330-5332)， 在生產(chǎn)應(yīng)用上受到很大的限制；化學(xué)沉淀法合成氧化鉍，是目前工業(yè)合成氧化鉍微分常采 用的，但是存在純度低，污染大，形貌難以控制的問題；有機(jī)物前驅(qū)體熱解法可以合成零維、 一維，以及二維的多晶薄膜，但是過程復(fù)雜，要合成高性能的產(chǎn)品，需要的一次性投入大，工 藝復(fù)雜，多操作人員的要求較高(Materials Letters 61(2007) :709-714)，且純度也受到 很大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝流程短、操作簡(jiǎn)單、制得產(chǎn)品性能優(yōu)異的納米氧 化鉍單晶片的方法。 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為本發(fā)明的一種溶劑熱合成納米氧化鉍單晶 片的方法，包括以下步驟(l)將Bi(N0么 51120加入到麗03溶液中，并攪拌至完全溶解； (2)在攪拌情況下，加入表面活性助劑，并攪拌均勻；(3)繼續(xù)攪拌情況下，滴加NaOH溶液 來(lái)調(diào)節(jié)ra值；(4)繼續(xù)加入無(wú)水乙醇，至混合液體積為即將裝入的密閉容器體積的70%
90%，并攪拌至完全均勻；(5)將步驟(4)的混合液轉(zhuǎn)移至密閉容器中，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)；
(6)將所得反應(yīng)產(chǎn)物用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌多次洗滌至表面活性劑完全去除，在低于 8(TC溫度下干燥，即可制得納米氧化鉍單晶片。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)1、產(chǎn)率高，本發(fā)明以硝酸鉍為原料，以SDBS 和油酸為表面活性助劑，利用溶劑熱的方法，制備納米氧化鉍單晶片產(chǎn)率高，達(dá)90%以上； 2、所得到的納米氧化鉍單晶片厚度在10-30納米之間，長(zhǎng)和寬為200-500納米；3、本發(fā)明所 得到納米氧化鉍單晶片，經(jīng)過TEM和HRTEM測(cè)定為純的單斜相氧化鉍，沒有其他雜質(zhì)峰(見 圖2，圖3，圖4)，在特定晶面優(yōu)先生長(zhǎng)，有明顯的各向異性；4、原料價(jià)廉易得，產(chǎn)品形貌均 一，尺寸小且分布范圍窄，工藝過程簡(jiǎn)單，易于操作，可調(diào)控性強(qiáng)。該方法采用廉價(jià)易得的原 料，利用油酸和十二烷基苯磺酸鈉復(fù)合表面活性劑輔助溶劑熱合成法，可控合成大量高純 單斜納米氧化鉍單晶片(JCPDS 72-0398)。


圖1是本發(fā)明的工藝過程流程圖。 圖2是本發(fā)明制備的納米氧化鉍單晶片TEM(透射電子顯微鏡)照片。 圖3是本發(fā)明制備的納米氧化鉍單晶片的HRTEM(高分辨投射電子顯微鏡)照片。 圖4是本發(fā)明制備的納米氧化鉍單晶片XRD(X-射線衍射)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 結(jié)合圖l，本發(fā)明的一種溶劑熱合成納米氧化鉍單晶片的方法，包括以下步驟 (1)將81(冊(cè)3)3*51120加入到麗03溶液中，并攪拌至完全溶解；(2)在攪拌情況下，加入表面 活性助劑，并攪拌均勻；(3)繼續(xù)攪拌情況下，滴加NaOH溶液來(lái)調(diào)節(jié)ffl值；(4)繼續(xù)加入無(wú) 水乙醇，至混合液體積為即將裝入的密閉容器體積的70% 90%，并攪拌至完全均勻；(5) 將步驟(4)的混合液轉(zhuǎn)移至密閉容器中，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)；(6)將所得反應(yīng)產(chǎn)物用蒸餾水和 無(wú)水乙醇洗滌多次洗滌至表面活性劑完全去除，在低于8(TC溫度下干燥，即可制得納米氧 化鉍單晶片。 上述步驟(1)所述的HN03溶液濃度為(0. 5-l)mo1/1.，控制物質(zhì)量比為 Bi(N03)3 5H20(,1):腦3溶液(ml) = (1-5) : (5-10)。 上述步驟(2)所加入的表面活性助劑為SDBS(十二烷基苯磺酸鈉)和油酸，加入 量控制使體系中各物質(zhì)量的比例關(guān)系為Bi(N03)3 5H20(mmol) : SDBS(mmol):油酸(ml) =(1 5) : (1 3) : (2 4)。 上述步驟(3)中的NaOH溶液的濃度為2-10mol/L，調(diào)整后的ffl值> 10。
上述步驟(5)中溶劑熱反應(yīng)的溫度是110 16(TC，時(shí)間為6 12小時(shí)。
實(shí)施例l 取10ml的lmo1/1.的HN03置于燒杯中，加入1,1的Bi (N03) 3 *5H20，攪拌，溶解， 然后加入2mmo1 SDBS和3ml油酸，攪拌均勻，繼續(xù)攪拌并滴加NaOH溶液，至ffl " 13，繼續(xù) 加入無(wú)水乙醇至高壓釜密閉容器的80%，充分?jǐn)嚢韬螅瑢⑺没旌衔镛D(zhuǎn)入內(nèi)襯聚四氟乙烯 的高壓釜中，密封高壓釜，在12(TC保溫，反應(yīng)8小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將最終產(chǎn)物過濾，再分 別用去離子水、無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次至完全去除表面活性劑，在6(TC干燥2小時(shí)，制得0. 224g 納米氧化鉍單晶片，產(chǎn)率為96%。
實(shí)施例2 取10ml的0. 5mo1/1.的腦3置于燒杯中，加入2,1的Bi (N03)3 51120，攪拌，溶 解，然后加入lmmol SDBS和4ml油酸，攪拌均勻，繼續(xù)攪拌并滴加NaOH溶液，至ra" 13，繼 續(xù)加入無(wú)水乙醇至高壓釜密閉容器的80%，充分?jǐn)嚢韬?，將所得混合物轉(zhuǎn)入內(nèi)襯聚四氟乙 烯的高壓釜中，密封高壓釜，在12(TC保溫，反應(yīng)8小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將最終產(chǎn)物過濾，再分 別用去離子水、無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次至完全去除表面活性劑，在5(TC干燥3小時(shí)，制得0. 416g 納米氧化鉍單晶片，產(chǎn)率為91. 3%。
實(shí)施例3 取10ml的lmo1/1.的HN03置于燒杯中，加入5mmo1的Bi (N03) 3 *5H20，攪拌，溶解， 然后加入3mmo1 SDBS和2ml油酸，攪拌均勻，繼續(xù)攪拌并滴加Na0H溶液，至ra" 10，繼續(xù)加入無(wú)水乙醇至高壓釜密閉容器的90%，充分?jǐn)嚢韬螅瑢⑺没旌衔镛D(zhuǎn)入內(nèi)襯聚四氟乙烯的 高壓釜中，密封高壓釜，在12(TC保溫，反應(yīng)12小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將最終產(chǎn)物過濾，再分別 用去離子水、無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次至完全去除表面活性劑，在6(TC干燥2小時(shí)，制得1.06g(尺 度)納米氧化鉍單晶片，產(chǎn)率為91%。
實(shí)施例4 取8ml的lmo1/1.的腦3置于燒杯中，加入1,1的Bi (N03) 3 5H20，攪拌，溶解， 然后加入3mmo1 SDBS和3ml油酸，攪拌均勻，繼續(xù)攪拌并滴加NaOH溶液，至ra" 13，繼續(xù)加 入無(wú)水乙醇至高壓釜密閉容器的70%，充分?jǐn)嚢韬?，將所得混合物轉(zhuǎn)入內(nèi)襯聚四氟乙烯的 高壓釜中，密封高壓釜，在16(TC保溫，反應(yīng)7小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將最終產(chǎn)物過濾，再分別用 去離子水、無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次至完全去除表面活性劑，在室溫干燥6小時(shí)，制得0. 216g(尺 度)納米氧化鉍單晶片，產(chǎn)率為92.3%。
實(shí)施例5 取10ml的O. 5mo1/1.的HN03置于燒杯中，加入1. 5,1的Bi (N03) 3 *5H20，攪拌，溶 解，然后加入2mmo1 SDBS和3ml油酸，攪拌均勻，繼續(xù)攪拌并滴加NaOH溶液，至ra" 12，繼 續(xù)加入無(wú)水乙醇至高壓釜密閉容器的80%，充分?jǐn)嚢韬?，將所得混合物轉(zhuǎn)入內(nèi)襯聚四氟乙 烯的高壓釜中，密封高壓釜，在14(TC保溫，反應(yīng)6小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將最終產(chǎn)物過濾，再分 別用去離子水、無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次至完全去除表面活性劑，在6(TC干燥2小時(shí)，制得0. 337g 納米氧化鉍單晶片，產(chǎn)率為96. 4%。
實(shí)施例6 取5ml的lmo1/1.的腦3置于燒杯中，加入3,1的Bi (N03) 3 5H20，攪拌，溶解， 然后加入3mmo1 SDBS和2ml油酸，攪拌均勻，繼續(xù)攪拌并滴加Na0H溶液，至ffl " 10，繼續(xù) 加入無(wú)水乙醇至高壓釜密閉容器的80%，充分?jǐn)嚢韬?，將所得混合物轉(zhuǎn)入內(nèi)襯聚四氟乙烯 的高壓釜中，密封高壓釜，在ll(TC保溫，反應(yīng)12小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將最終產(chǎn)物過濾，再分 別用去離子水、無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次至完全去除表面活性劑，在4(TC干燥5小時(shí)，制得0. 333g 納米氧化鉍單晶片，產(chǎn)率為94. 3%。
權(quán)利要求
一種溶劑熱合成納米氧化鉍單晶片的方法，包含如下步驟(1)將Bi(NO3)3·5H2O加入到HNO3溶液中，并攪拌至完全溶解；(2)在攪拌情況下，加入表面活性助劑，并攪拌均勻；(3)繼續(xù)攪拌情況下，滴加NaOH溶液來(lái)調(diào)節(jié)PH值；(4)繼續(xù)加入無(wú)水乙醇，至混合液體積為即將裝入的密閉容器體積的70％～90％，并攪拌至完全均勻；(5)將步驟(4)的混合液轉(zhuǎn)移至密閉容器中，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)；(6)將所得反應(yīng)產(chǎn)物用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌多次洗滌至表面活性劑完全去除，在低于80℃溫度下干燥，即可制得納米氧化鉍單晶片。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的溶劑熱合成納米氧化鉍單晶片的方法，其特征在于，步驟(1) 所述的腦3溶液濃度為(0. 5-l)mol/l.，控制物質(zhì)量比為Bi (N03)3 5H20(,1) : HN03溶 液(ml) = (1-5) : (5-10)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的溶劑熱合成納米氧化鉍單晶片的方法，其特征在于，步驟(2) 所加入的表面活性助劑為SDBS(十二烷基苯磺酸鈉)和油酸，加入量控制使體系中各物 質(zhì)量的比例關(guān)系為Bi(N03)3 5H20(mmol) : SDBS(mmol):油酸(ml) = (1 5) : (1 3) : (2 4)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水熱合成納米氧化鉍單晶片的方法，其特征在于，步驟(3)中 NaOH溶液的濃度為2-10mol/L，調(diào)整后的ra值^ 10。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水熱合成納米氧化鉍單晶片的方法，其特征在于，步驟(5)中 溶劑熱反應(yīng)的溫度是110 16(TC，時(shí)間為6 12小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單晶氧化鉍納米片的制備方法。該方法采用廉價(jià)易得的原料，利用油酸和十二烷基苯磺酸鈉復(fù)合表面活性劑輔助溶劑熱合成法，可控合成大量高純單斜單晶片狀納米氧化鉍粉體。具體步驟為首先，將Bi(NO3)3·5H2O加入到HNO3溶液中，并攪拌至溶解；然后，加入表面活性助劑，并攪拌均勻；在繼續(xù)攪拌情況下，滴加NaOH溶液來(lái)調(diào)節(jié)pH值；接著加入無(wú)水乙醇，并攪拌至完全均勻；之后將上述的混合液轉(zhuǎn)移至密閉容器中，進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)；最后，將所得反應(yīng)產(chǎn)物用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌、干燥，即可制得納米氧化鉍單晶片。利用上述方法制備單晶氧化鉍納米片的工藝流程短、操作簡(jiǎn)單，并且產(chǎn)品性能優(yōu)異。
文檔編號(hào)C30B29/64GK101748484SQ20081024366
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者房國(guó)麗, 王雄, 陳 光 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)