專利名稱：棒狀氧化鋅顆粒及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體無機(jī)材料領(lǐng)域，特別是涉及幾十個(gè)納米至幾個(gè)微米長的棒狀一維氧化鋅(ZnO)顆粒及其液相制備方法和用途。
背景技術(shù)：
ZnO俗名鋅白，作為一種寬禁帶的半導(dǎo)體，是一種研究較多的高功能精細(xì)無機(jī)材料，由于其優(yōu)異的物理化學(xué)性能而在陶瓷材料，光電裝置，催化，變阻器，化工，涂料、橡膠工業(yè)，制藥及化妝品等行業(yè)得以廣泛應(yīng)用。目前由于結(jié)構(gòu)(微結(jié)構(gòu))、尺寸和形貌等因素對材料特性及其應(yīng)用具有的重要影響，對無機(jī)材料的形貌控制研究已經(jīng)引起了人們的極大興趣。這不僅要求充分發(fā)揮材料的本征性質(zhì)，還需要通過對無機(jī)材料的尺寸和形貌控制對其性質(zhì)進(jìn)行裁減和調(diào)整。為了提高其性能進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用，就有必要對ZnO的形貌及尺寸大小加以控制。目前，對于球形的氧化鋅粒子的制備方法已經(jīng)比較完備，而對于棒狀的一維ZnO粒子的報(bào)道則相對較少。但由于小尺寸一維或準(zhǔn)一維氧化鋅的優(yōu)良的強(qiáng)度、剛性及化學(xué)穩(wěn)定性，其作為復(fù)合強(qiáng)化材料已經(jīng)在工業(yè)應(yīng)用中引起了極大的關(guān)注，對其制備及應(yīng)用也已經(jīng)開始了研究，但可以預(yù)測隨著納米技術(shù)的發(fā)展，一維及其準(zhǔn)一維ZnO也將有更廣闊的應(yīng)用前景。
目前，主要采用氣相法與液相法來制備棒狀的一維氧化鋅。氣相法雖然制得的產(chǎn)品品質(zhì)高，但設(shè)備昂貴，制作成本高，而且實(shí)驗(yàn)條件要求苛刻。液相法目前主要采用了高溫?zé)Y(jié)法和水熱法等。Matijevic等人先在90℃下制備了棒狀的堿式碳酸鋅，隨后在300℃下灼燒4小時(shí)制得了棒狀的長徑比為1～8的ZnO[Castellano M.and Matijevic E.Chem.Mater.，1989，1，78.]。Zhang等人也利用高壓釜于180℃下在乙醇體系中分解Zn(OH)12-前驅(qū)物合成了棒狀的長徑比為1～5的ZnO[Zhang J.，Sun L.D，Yin J.L.，Su H.L.，Liao C.S.，and Yan C.H.Chem.Mater.，2002，14，4172.]。Kamata等人首先水解乙酰基丙酮酸鋅鹽的絡(luò)合物，隨后經(jīng)80℃燒結(jié)制備了棒狀ZnO[Kamata K.，Hosono H.，Maeda Y.and Miyokawa K.Chem.Lett.，1984，2021.]。然而以上制備方法制備過程復(fù)雜，對設(shè)備的要求嚴(yán)格，溫度要求高，實(shí)驗(yàn)條件苛刻，需要后處理過程，而且所得ZnO棒的長徑比較小。因而有必要發(fā)展簡單的條件溫和的重復(fù)性好的長徑比范圍大的棒狀一維氧化鋅的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供棒狀氧化鋅顆粒，使得到的棒狀氧化鋅顆粒純度高，直徑可達(dá)30～600納米，長度可達(dá)50納米～5微米，長徑比在1～30范圍內(nèi)。
本發(fā)明的另一目的是提供棒狀氧化鋅顆粒的液相制備方法，以條件溫和，過程簡單，重復(fù)性好的制備方法得到棒狀氧化鋅顆粒，且氧化鋅顆粒純度高。
本發(fā)明的再一目的是提供棒狀氧化鋅顆粒的用途。
本發(fā)明的目的是通過下面技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的在溶液體系中于50～100℃溫度下直接沉積合成了棒狀的一維ZnO粒子，得到棒狀氧化鋅顆粒的直徑達(dá)30～600納米，長度達(dá)50納米～5微米，長徑比在1～30范圍內(nèi)。
本發(fā)明的棒狀氧化鋅顆粒的液相制備方法步驟包括①.配制金屬鋅鹽的水溶液，其摩爾濃度為0.001～0.5mol/L，優(yōu)選為0.005～0.1mol/L，依據(jù)所要求一維氧化鋅棒的長徑比來確定金屬鋅鹽的摩爾濃度及其用量。
②.配制醇胺化合物的水溶液，其摩爾濃度為0.001～5mol/L，優(yōu)選為0.01～1mol/L，并依據(jù)所要求一維氧化鋅棒的長徑比來確定其摩爾濃度及其用量。
③.取步驟①配制的金屬鋅鹽溶液和步驟②配制的醇胺化合物水溶液同時(shí)雙注加入到已預(yù)熱到60～100℃的二次水溶劑中，其中，金屬鋅鹽和醇胺化合物溶液的用量依據(jù)一維氧化鋅棒的長徑比要求來確定，混合液中醇胺化合物∶金屬鋅鹽的摩爾比為0.5∶1～50∶1。
④.將步驟③混合液攪拌反應(yīng)0.5～3小時(shí)，反應(yīng)后陳化0.5～10小時(shí)。
⑤.將步驟④的混合液離心分離，沉淀物用二次水洗滌，每次洗滌之后再離心分離出顆粒，得到棒狀的一維氧化鋅粒子顆粒，長徑比在1～30范圍內(nèi)。
⑥.將步驟⑤所得氧化鋅顆粒離心分離，所得沉淀可真空干燥使用。
所述的金屬鋅鹽為硝酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅或乙酸鋅等，優(yōu)選為乙酸鋅。
所述的醇胺化合物(代替常規(guī)所用氫氧化鉀、氫氧化鈉或氫氧化銨)為二乙醇胺或三乙醇胺等，優(yōu)選為三乙醇胺。
本發(fā)明所用金屬鋅鹽水解法能耗低，產(chǎn)品純度高，且顆粒的尺寸、長徑比大小可通過反應(yīng)條件加以控制。
本發(fā)明與過去制備技術(shù)顯著不同的是，本方法條件溫和，過程簡單，制備的氧化鋅產(chǎn)物純度高，長徑比范圍大。
本發(fā)明的棒狀氧化鋅顆粒，是一種新型的高功能精細(xì)無機(jī)材料，是重要的陶瓷，半導(dǎo)體及催化材料，廣泛應(yīng)用于化工、電子、生物、涂料、傳感器、介電材料、塑料、油墨、造紙、化纖、橡膠等領(lǐng)域。本發(fā)明的棒狀氧化鋅顆粒純度高，顆粒的尺寸可控，可用于高平臺的產(chǎn)品，是用于制備光電裝置，化學(xué)傳感器，原子力顯微鏡與掃描隧道顯微鏡等的材料。
本發(fā)明的棒狀氧化鋅顆粒的液相制備方法具有1.反應(yīng)條件溫和，制備簡單易行，易于推廣應(yīng)用。
2.通過選擇鋅鹽與醇胺化合物的用量，易于制備不同長徑比的棒狀氧化鋅顆粒產(chǎn)品。
3.所得產(chǎn)品純度高，不需要后處理過程。


圖1.本發(fā)明實(shí)施例1的棒狀氧化鋅顆粒電鏡照片；圖2.本發(fā)明實(shí)施例2的棒狀氧化鋅顆粒電鏡照片；圖3.本發(fā)明實(shí)施例3的棒狀氧化鋅顆粒電鏡照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將10ml的二次水加熱到90℃，在此溶劑中同時(shí)以雙注滴加摩爾濃度比為1∶1的三乙醇胺和乙酸鋅溶液，使三乙醇胺-乙酸鋅的初始摩爾比為1∶1，其滴加時(shí)間為20分鐘，此溫度下攪拌反應(yīng)30分鐘，陳化2.0小時(shí)，得到白色渾濁溶液，離心分離，所得離心產(chǎn)物真空干燥，得到棒狀一維氧化鋅顆粒，直徑可達(dá)200～400納米，長度可達(dá)2微米～5微米，長徑比在5～20范圍內(nèi)，可用于制備原子力顯微鏡與掃描隧道顯微鏡等的材料。見附圖1。
實(shí)施例2將8mL的二次水加熱到60℃，在此溶劑中同時(shí)以雙注滴加摩爾濃度比為2∶1的三乙醇胺和乙酸鋅溶液，使三乙醇胺-乙酸鋅的初始摩爾比為2∶1，其滴加時(shí)間為10分鐘，維持此溫度攪拌下反應(yīng)120分鐘，陳化1.0小時(shí)，得到白色渾濁溶液，離心分離，所得離心產(chǎn)物真空干燥，得到棒狀氧化鋅顆粒，直徑可達(dá)30～60納米，長度可達(dá)60納米～120納米，長徑比在1～4范圍內(nèi)，可用于制備光電裝置的材料。見附圖2。
實(shí)施例3將15mL的二次水加熱到90℃，在此溶劑中同時(shí)以雙注滴加摩爾濃度比為40∶1的三乙醇胺和乙酸鋅溶液，使三乙醇胺-乙酸鋅的初始摩爾比為40∶1，其滴加時(shí)間為25分鐘，維持此溫度攪拌下反應(yīng)60分鐘，陳化1.0小時(shí)，得到白色渾濁溶液，離心分離，所得離心產(chǎn)物真空干燥，得到棒狀氧化鋅顆粒，直徑可達(dá)600納米，長度可達(dá)1～2微米，長徑比在1～4范圍內(nèi)，可用于制備化學(xué)傳感器的材料。見附圖3。
實(shí)施例4將10mL的二次水加熱到80℃，在此溶劑中同時(shí)以雙注滴加摩爾濃度比為20∶1的三乙醇胺和乙酸鋅溶液，使三乙醇胺-乙酸鋅的初始摩爾比為20∶1，其滴加時(shí)間為40分鐘，維持此溫度攪拌下反應(yīng)30分鐘，陳化1.5小時(shí)，得到白色渾濁溶液，離心分離，所得離心產(chǎn)物真空干燥，得到棒狀氧化鋅顆粒，直徑可達(dá)80～100納米，長度可達(dá)700～900納米，長徑比在7～10范圍內(nèi)，可用于制備光電裝置，化學(xué)傳感器，原子力顯微鏡與掃描隧道顯微鏡等的材料。
權(quán)利要求
1.一種棒狀氧化鋅顆粒，其特征是所述的棒狀氧化鋅顆粒的直徑為30～600納米，長度為50納米～5微米，長徑比在1～30范圍內(nèi)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的棒狀氧化鋅顆粒的制備方法，其特征是該方法的步驟包括①.配制金屬鋅鹽的水溶液；②.配制醇胺化合物的水溶液；③.取步驟①配制的金屬鋅鹽溶液和步驟②配制的醇胺化合物水溶液同時(shí)雙注加入到已預(yù)熱到60～100℃的二次水溶劑中，其中，混合液中醇胺化合物∶金屬鋅鹽的摩爾比為0.5∶1～50∶1；④.將步驟③混合液攪拌反應(yīng)，反應(yīng)后陳化；⑤.將步驟④的混合液分離，沉淀物用二次水洗滌，分離出顆粒，得到棒狀的一維氧化鋅顆粒。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的棒狀氧化鋅顆粒的直徑為30～600納米，長度為50納米～5微米，長徑比在1～30范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的步驟①配制的金屬鋅鹽水溶液的摩爾濃度為0.001～0.5mol/L。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的步驟②配制的醇胺化合物水溶液的摩爾濃度為0.001～5mol/L。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的金屬鋅鹽為硝酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅或乙酸鋅。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的醇胺化合物為二乙醇胺或三乙醇胺。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的步驟④的攪拌反應(yīng)時(shí)間為0.5～3小時(shí)。
9.一種如權(quán)利要求1所述的棒狀的氧化鋅顆粒的用途，其特征是所述的棒狀的氧化鋅顆粒是用于制備光電裝置，化學(xué)傳感器，原子力顯微鏡與掃描隧道顯微鏡的材料。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體無機(jī)材料領(lǐng)域，特別是涉及幾十個(gè)納米至幾個(gè)微米長的棒狀一維氧化鋅(ZnO)顆粒及其液相制備方法和用途。①配制金屬鋅鹽的水溶液；②配制醇胺化合物的水溶液；③取步驟①和②配制的溶液，同時(shí)雙注加入到已預(yù)熱的二次水溶劑中，混合液中醇胺化合物金屬鋅鹽的摩爾比為0.5∶1～50∶1；④將步驟③混合液反應(yīng)后陳化。⑤將步驟④的混合液離心分離，得到棒狀的一維ZnO顆粒，直徑可達(dá)30～600納米，長度可達(dá)50納米～5微米，長徑比在1～30范圍內(nèi)，該復(fù)合顆粒是用于制備光電裝置，化學(xué)傳感器，原子力顯微鏡與掃描隧道顯微鏡等的材料。
文檔編號C01G9/02GK1539741SQ03109799
公開日2004年10月27日 申請日期2003年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月21日
發(fā)明者唐芳瓊, 夏海龍 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所