專利名稱：一種具有納米花狀微結(jié)構(gòu)的氧化鋅微球的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化物半導(dǎo)體材料的制備方法，具體是一種具有納米花狀微結(jié)構(gòu)的氧化鋅微球的制備方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅作為一種禁帶寬度為3. 37eV的寬禁帶半導(dǎo)體材料，無毒，原料廉價易得，它具有優(yōu)異的壓電、光電及介電特性。其中納米氧化鋅在氣敏、光催化、抗菌及光電材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但是其納米級的尺寸范圍，給回收帶來了困難，不利于循環(huán)使用，由 此希望找到一種既能保持納米材料大部分性質(zhì)，又利于循環(huán)利用的氧化鋅產(chǎn)品。ZnO納米片是一種易得到的納米結(jié)構(gòu)，在這種存在形式下，ZnO具有較大的表面積以及非常好的光化學(xué)活性。但是，在這種情況下，固液分離是非常困難的。此外，ZnO低的水力傳導(dǎo)性，使得納米ZnO粉末材料不能直接在工程應(yīng)用，必須將粉末材料加工成某種形狀之后(一般是顆粒狀)才能用于濾層吸附法等工業(yè)水處理過程中。但是傳統(tǒng)的成型過程往往是以犧牲ZnO的比表面積及催化活性為代價的。因此如果能夠合成出一種具有多尺度結(jié)構(gòu)的氧化鋅微球，即微結(jié)構(gòu)為納米級，而整體又是微米或者毫米級的材料，將有可能解決上述問題。目前，對于這種特殊結(jié)構(gòu)氧化鋅微米球的制備只有少量的報道。如中國專利(CN101249979B)報道了一種刺球狀氧化鋅的水浴制備方法，該水浴合成法需要超聲活化處理，溶液需要加水稀釋，水浴溫度要達(dá)到沸點且需攪拌，因此過程較為復(fù)雜，工程化放大不易；文獻(xiàn)(Journal of Crystal Growth 282(2005) 165-172)報道了類似的 ZnO 納米結(jié)構(gòu)，該方法采用無水乙醇為媒介的溶劑熱法，溶劑溫度190°C ;中國專利(CN102249286A)報道了一種氧化鋅微米球的常壓水浴制備方法，經(jīng)過混合后的溶液需要在70°C的水浴中保溫10 24個小時，所得微米球只有表面有片層結(jié)構(gòu)，延伸性有限，不能最大化其比表面積；此外中國專利(CN102303896A)報道了一種空心花型微米結(jié)構(gòu)氧化鋅的制備方法，該方法需要將混合溶液攪拌0. I 2h，40°C到60°C預(yù)熱后，還需要在60V 200°C下反應(yīng)I 48h。以上方法雖能制備出較符合條件的氧化鋅微米球，然而上述方法存在以下缺點制備緩慢，工藝較復(fù)雜，由此帶來的影響就是費時，制備的高成本，如果走上產(chǎn)業(yè)化的道路，就與國家所倡導(dǎo)的綠色環(huán)保經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略相違背。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種快速簡便、耗能小、儀器設(shè)備簡單、產(chǎn)率高、重復(fù)性好、易于工業(yè)化生產(chǎn)的具有納米花狀微結(jié)構(gòu)的氧化鋅微球的制備方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種具有納米花狀微結(jié)構(gòu)的氧化鋅微球的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(I)溶液的配制將可溶性鋅鹽配制成鋅離子摩爾濃度為0. 01 0. 5mol/L的水溶液，將可溶性堿配制成氫氧根離子摩爾濃度為0. I 5mol/L的水溶液；
(2)溶液混合在室溫下，可溶性鋅鹽水溶液與可溶性堿水溶液按照體積比為
I: 10 10 : 1，將可溶性鋅鹽的水溶液緩慢倒入可溶性堿的水溶液中，伴隨攪拌，得到澄
清液；(3)產(chǎn)物制備將弱酸溶液快速倒入步驟⑵所得的澄清液中，弱酸溶液與澄清液的體積比為I : 10 10 1，伴隨攪拌，得到含有大量產(chǎn)物的渾濁液，用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌，并在烘箱中干燥得到最終產(chǎn)品。
所述的可溶性鋅鹽可以是醋酸鋅、硫酸鋅、硝酸鋅或氯化鋅的一種或者任意組合的幾種混合物，或者為上述鋅鹽的水合物的一種，或者為任意一種或幾種鋅鹽與任意一種或幾種鋅鹽水合物的混合物。所述的可溶性堿是氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或者兩種的混和物。所述的室溫的溫度是指0 37°C。所述的弱酸溶液是指酸的濃度范圍在0. 025g/mL 0. lg/mL之間；弱酸是指戊二酸、油酸、甲苯-4-磺酸、草酸、一水合檸檬酸、硼酸、甘氨酸中的一種或幾種。所述的弱酸為油酸時，采用無水乙醇溶解，且油酸和無水乙醇是按照體積比
I: 10 10 : I的范圍內(nèi)進(jìn)行混合。所述的烘箱的溫度為40 200°C，在烘箱中干燥的時間為2 48h。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明以可溶性鋅鹽為鋅源，以堿和弱酸為輔料，分別配制成一定濃度的溶液后，將鋅鹽水溶液與堿溶液按一定體積比混合得到澄清溶液，利用一定濃度范圍的弱酸溶液改變體系平衡，快速簡便得到具有納米花狀微結(jié)構(gòu)的氧化鋅微球產(chǎn)物。無需超聲活化、額外預(yù)熱，且該方法快速簡便，生產(chǎn)周期短，無需昂貴的設(shè)備投入，無污染，綠色環(huán)保，后處理方便，只需使用弱酸，可選擇的范圍廣泛。反應(yīng)環(huán)境溫和，更便于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖I使用硼酸制得氧化鋅微米球的SEM圖；圖2使用油酸制得氧化鋅微米球的SEM圖；圖3使用硝酸鋅制得氧化鋅微米球的SEM圖；圖4使用油酸制得氧化鋅微米球的TEM圖；圖5使用油酸制得氧化鋅微米球的XRD圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。實施例I在室溫下，將Ig硼酸溶于20mL去離子水中，配制鋅離子摩爾濃度0. 5mol/L的醋酸鋅水溶液15mL，摩爾濃度5mol/L的氫氧化鈉溶液10mL，然后伴隨著玻璃棒攪拌，緩慢將15mL鋅鹽水溶液倒入氫氧化鈉溶液中，將得到澄清的水溶液。接著將20mL硼酸溶液快速倒入得到的澄清液中，靜止得到白色的沉淀。將沉淀離心清洗，放入烘箱溫度為80°C，時間為4h烘干，即可得到由納米片構(gòu)建的氧化鋅微球，其SEM圖如圖I所示。實施例2在室溫下，將5ml油酸溶于15mL無水乙醇中，配制鋅離子摩爾濃度0. 5mol/L的醋酸鋅水溶液15mL，摩爾濃度5mol/L的氫氧化鈉溶液10mL，然后伴隨著玻璃棒攪拌，緩慢將15mL鋅鹽水溶液倒入氫氧化鈉溶液中，將得到澄清的水溶液。接著將20mL油酸無水乙醇混合溶液快速倒入得到的澄清液中，靜止得到白色的沉淀。將沉淀離心清洗，放入烘箱中溫度為90°C，時間為3. 5h，即可得到由納米片構(gòu)建的氧化鋅微球，其SEM圖如圖2所示，其TEM圖如圖4所示，XRD圖如圖5所示。實施例3在室溫下，將Ig硼酸溶于20mL去離子水中，配制鋅離子摩爾濃度0. 5mol/L的硝酸鋅水溶液15mL，摩爾濃度5mol/L的氫氧化鈉溶液10mL，然后伴隨著玻璃棒攪拌，緩慢將15mL鋅鹽水溶液倒入氫氧化鈉溶液中，將得到澄清的水溶液。接著將20mL硼酸溶液快速倒入得到的澄清液中，靜止得到白色的沉淀。將沉淀離心清洗，放入烘箱中溫度為70°C，時間為5h，即可得到由納米片構(gòu)建的氧化鋅微球，其SEM圖如圖3。實施例4在(TC下，將IOml油酸溶于IOOmL無水乙醇中，配制鋅離子摩爾濃度0. Olmol/L的硫酸鋅水溶液10mL，摩爾濃度0. lmol/L的氫氧化鈉溶液30mL，然后伴隨著玻璃棒攪拌，緩慢將IOmL鋅鹽水溶液倒入30mL氫氧化鉀溶液中，將得到澄清的水溶液。接著將IlOmL油酸無水乙醇混合溶液快速倒入得到的澄清液中，靜止得到白色的沉淀。將沉淀離心清洗，放入烘箱中溫度為40°C，時間為48h，即可得到由納米片構(gòu)建的氧化鋅微球。實施例5在室溫37°C下，將IOOml油酸溶于20mL無水乙醇中，配制鋅離子摩爾濃度
0.5mol/L的氯化鋅與醋酸鋅混合水溶液30mL，摩爾濃度5mol/L的氫氧化鉀溶液10mL，然后伴隨著玻璃棒攪拌， 緩慢將30mL鋅鹽水溶液倒入IOmL氫氧化鉀溶液中，將得到澄清的水溶液。接著將120mL油酸無水乙醇混合溶液快速倒入得到的澄清液中，靜止得到白色的沉淀。將沉淀離心清洗，放入烘箱中溫度為200°C，時間為2h，即可得到由納米片構(gòu)建的氧化鋅微球。
權(quán)利要求
1.一種具有納米花狀微結(jié)構(gòu)的氧化鋅微球的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 (1)溶液的配制將可溶性鋅鹽配制成鋅離子摩爾濃度為0.01 0. 5mol/L的水溶液，將可溶性堿配制成氫氧根離子摩爾濃度為0. I 5mol/L的水溶液； (2)溶液混合在室溫下，可溶性鋅鹽水溶液與可溶性堿水溶液按照體積比為I : 10 10 : I混合，將可溶性鋅鹽的水溶液緩慢倒入可溶性堿的水溶液中，伴隨攪拌，得到澄清液； (3)產(chǎn)物制備將弱酸溶液倒入步驟(2)所得的澄清液中，弱酸溶液與澄清液的體積比為I : 10 10 : 1，伴隨攪拌，得到含有大量產(chǎn)物的渾濁液，用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌，并在烘箱中干燥得到最終產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有納米花狀微結(jié)構(gòu)的氧化鋅微球的制備方法，其特征在于，所述的可溶性鋅鹽可以是醋酸鋅、硫酸鋅、硝酸鋅或氯化鋅的一種或者任意組合的幾種混合物，或者為上述鋅鹽的水合物的一種，或者為任意一種或幾種鋅鹽與任意一種或幾種鋅鹽水合物的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有納米花狀微結(jié)構(gòu)的氧化鋅微球的制備方法，其特征在于，所述的可溶性堿是氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種或者兩種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有納米花狀微結(jié)構(gòu)的氧化鋅微球的制備方法，其特征在于，所述的室溫的溫度是指0 37°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有納米花狀微結(jié)構(gòu)的氧化鋅微球的制備方法，其特征在于，所述的弱酸溶液的濃度范圍在0. 025g/mL 0. lg/mL之間；弱酸是指戊二酸、油酸、甲苯-4-磺酸、草酸、一水合朽1檬酸、硼酸、甘氨酸中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有納米花狀微結(jié)構(gòu)的氧化鋅微球的制備方法，其特征在于，所述的弱酸為油酸時，采用無水乙醇溶解，且油酸和無水乙醇是按照體積比I : 10 10 I的范圍內(nèi)進(jìn)行混合。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有納米花狀微結(jié)構(gòu)的氧化鋅微球的制備方法，其特征在于，所述的烘箱的溫度為40 200°C，在烘箱中干燥的時間為2 48h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有納米花狀微結(jié)構(gòu)的氧化鋅微球的制備方法，該方法包括以下步驟(1)溶液的配制將可溶性鋅鹽配制成水溶液，將可溶性堿配制成水溶液；(2)溶液混合在室溫下，可溶性鋅鹽水溶液與可溶性堿水溶液按照體積比為1∶10～10∶1混合，將可溶性鋅鹽的水溶液緩慢倒入可溶性堿的水溶液中，伴隨攪拌，得到澄清液；(3)產(chǎn)物制備將弱酸溶液倒入步驟(2)所得的澄清液中，弱酸溶液與澄清液的體積比為1∶10～10∶1，伴隨攪拌，得到含有大量產(chǎn)物的渾濁液，用去離子水和無水乙醇反復(fù)洗滌，并在烘箱中干燥得到最終產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可在室溫條件下快速簡便制備產(chǎn)物，并且產(chǎn)率高，成本低，環(huán)境友好，原料可選擇范圍廣泛，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號B82Y40/00GK102627312SQ20121010363
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者吳海霞, 楊彥強, 楊永強, 郭守武 申請人:上海交通大學(xué)