專利名稱：一種NiO納米線的制備方法及磁場(chǎng)熱處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種NiO納米線的制備方法。本發(fā)明還涉及一種熱處理裝置，特別涉及一種磁場(chǎng)熱處理裝置，具體涉及一種用于所述NiO納米線的制備方法的熱處理裝置。
背景技術(shù)：
氧化鎳(MO)納米材料是一種禁帶寬度較大的P-型半導(dǎo)體功能材料，具有優(yōu)異的催化活性、超順磁性、熱敏性能和電學(xué)性能，在催化劑、電池電極、電化學(xué)電容器、電子元件、 光電轉(zhuǎn)化材料、磁性材料、功能陶瓷、熱敏元件和氣敏傳感器等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用前景。近年來，各種形狀的NiO納米晶已被合成，如NiO納米顆粒、NiO花型結(jié)構(gòu)、NiO納米鏈、NiO納米棒、NiO納米纖維、NiO納米線和NiO納米薄膜等。其中，NiO納米線因具有獨(dú)特的一維結(jié)構(gòu)尺寸和奇特的物理化學(xué)特性，從而在理論研究和技術(shù)應(yīng)用方面具有很重要的意義。然而，由于NiO納米線的制備工藝復(fù)雜、成本高昂、產(chǎn)率較低、環(huán)境污染嚴(yán)重，尤其是 NiO納米線的強(qiáng)度較低、容易斷裂，阻礙了其進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用，使得一維P-型半導(dǎo)體功能材料的一維優(yōu)越特性難以在應(yīng)用上體現(xiàn)。因此，研制和開發(fā)一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、可工業(yè)化批量生產(chǎn)，且綠色環(huán)保的NiO納米線的制備方法具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，申請(qǐng)?zhí)枮?2156897. 9，公開號(hào)為CN1413946A的中國專利申請(qǐng)，記載了 “一種氧化鎳納米線的合成方法”，其中公開了一種利用氧化鋁模板(AAO) 的微孔結(jié)構(gòu)制備MO納米線的方法，此方法的制備步驟包括AAO模板的制備、鎳鹽溶液的配置、AAO微孔的鎳鹽填充、惰性氣氛焙燒、堿液除AAO模板，最后得到NiO半導(dǎo)體納米線。在制備工藝流程中，AAO模板的酸液制備需要多個(gè)步驟進(jìn)行精確控制微孔尺度，模板的堿液去除也需要精確控制溶液的溫度、PH值、時(shí)間和均勻度，其工藝極為復(fù)雜且難以規(guī)?；可a(chǎn)，再加上酸液、堿液的排放將會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大的影響。在去除模板的過程中，堿液對(duì)MO 納米線的腐蝕使得納米線的強(qiáng)度大為降低，半個(gè)小時(shí)的超聲處理使得納米線斷裂為較短的納米棒或者納米顆粒。因此，對(duì)于這種工藝復(fù)雜、成本高昂、環(huán)境污染嚴(yán)重，且制備得到的 NiO納米線強(qiáng)度較低的制備方法，需要進(jìn)一步的提高和改善。進(jìn)一步檢索發(fā)現(xiàn)，瑞士期刊《Sens. Actuators B =Chem.(傳感器與執(zhí)行器 B)》Q011，doi :10. 1016/j. snb. 2011. 04. 028)中篇名為《Synthesis and enhanced gas-sensing properties of ultralong NiO nanowires assembled with NiO nanocrystals (NiO納米晶組裝的NiO納米線的合成及其氣敏性能的提高)》的論文(作者 B. Liu,H. Q. Yang、H. Zhao等人)，公開了將高壓釜反應(yīng)后的含鎳產(chǎn)物進(jìn)行熱處理制得NiO納米線的方法。該方法首先將氯化鎳、草酸鈉和乙二醇在密封不銹鋼高壓釜220°C保溫12小時(shí)，然后自然冷卻至室溫，再將產(chǎn)物離心分離、清洗、烘干后產(chǎn)物在馬沸爐400°C熱處理2小時(shí)。此制備過程復(fù)雜，且反應(yīng)需在高壓環(huán)境中進(jìn)行，再加上工藝生產(chǎn)周期長(需M小時(shí)才能制備一爐樣品)，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。申請(qǐng)?zhí)枮?00910068368. 0，公開號(hào)為CN101525161A的中國專利申請(qǐng)，記載了 “一
種制備氧化鎳一維納米材料的方法”，其中公開了一種將有機(jī)絡(luò)合劑與鎳鹽混合溶液進(jìn)行高溫退火制備NiO納米線的方法。即將如明膠、殼聚糖、環(huán)糊精、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯醇之類的有機(jī)絡(luò)合物與鎳鹽按一定比例配置為溶液，再將基板浸泡于此溶液中進(jìn)行逐步高溫 (550°C左右)退火制得半導(dǎo)體納米線。此方法使用的有機(jī)絡(luò)合物均帶有羥基、羧基、氨基等官能團(tuán)，使得制備的NiO納米線表層被這些有機(jī)官能團(tuán)緊密包覆，很難清洗和去除。同時(shí)， NiO納米線正是由這些官能團(tuán)將納米顆粒組裝而成，因此在去除這些有機(jī)官能團(tuán)后，NiO納米線將會(huì)分裂為納米團(tuán)簇或納米粒子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面目的在于提出一種NiO納米線的制備方法，以解決現(xiàn)有的NiO 納米線制備方法工藝復(fù)雜、成本高昂、無法量化生產(chǎn)、環(huán)境污染嚴(yán)重的技術(shù)問題。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題，達(dá)到本發(fā)明的目的。一種NiO納米線的制備方法，其特征在于，將Ni納米線置于磁場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行熱處理，以得到所述mo納米線。進(jìn)一步，所述熱處理是退火處理。在實(shí)施本發(fā)明所述的NiO納米線的制備方法時(shí)，優(yōu)選地，包括以下步驟a)將Ni納米線置于磁場(chǎng)環(huán)境中；
b)在磁場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行升溫；c)在磁場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行保溫；d)在磁場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行自然冷卻，直至室溫，即得所述NiO納米線。在實(shí)施本發(fā)明所述的NiO納米線的制備方法時(shí)，優(yōu)選地，在所述步驟b)中，所述磁場(chǎng)環(huán)境的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 05T-0. 52T，所述升溫的升溫速率為0. 50C /min-50°C /min，所述升溫是升溫至物料溫度為400°C -1500°C。在實(shí)施本發(fā)明所述的NiO納米線的制備方法時(shí)，優(yōu)選地，在所述步驟C)中，所述磁場(chǎng)環(huán)境的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 05T-0. 52T，所述保溫是保持物料溫度為400°C -1500°C，所述保溫的保溫時(shí)間為1. 5h-15h0在實(shí)施本發(fā)明所述的NiO納米線的制備方法時(shí)，優(yōu)選地，在所述步驟d)中，所述磁場(chǎng)環(huán)境的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 05T-0. 52T。在實(shí)施本發(fā)明所述的NiO納米線的制備方法時(shí)，優(yōu)選地，所述NiO納米線的制備方法在常壓下、空氣中進(jìn)行。在實(shí)施本發(fā)明所述的NiO納米線的制備方法時(shí)，一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式是，在所述步驟b)中，所述磁場(chǎng)環(huán)境的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 05T-0. 52T，所述升溫的升溫速率為0. 5°C / min-50°C /min，所述升溫是升溫至物料溫度為400°C -1500°C ；在所述步驟c)中，所述磁場(chǎng)環(huán)境的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 05T-0. 52T，所述保溫是將物料溫度保持在所述步驟b)中升溫后的物料溫度，所述保溫的保溫時(shí)間為1. 5h-15h ；在所述步驟d)中，所述磁場(chǎng)環(huán)境的磁場(chǎng)強(qiáng)度為 0. 05T-0. 52T ；所述NiO納米線的制備方法在常壓下、空氣中進(jìn)行。本發(fā)明的第二方面目的在于提出一種磁場(chǎng)熱處理裝置，所述磁場(chǎng)熱處理裝置適用于本發(fā)明的NiO納米線的制備方法，使用所述磁場(chǎng)熱處理裝置，可以制備MO納米線，解決現(xiàn)有的NiO納米線制備方法工藝復(fù)雜、成本高昂、無法量化生產(chǎn)、環(huán)境污染嚴(yán)重的技術(shù)問題。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題，達(dá)到本發(fā)明的目的。
4
一種用于NiO納米線的制備方法的磁場(chǎng)熱處理裝置，包括物料臺(tái)，所述物料臺(tái)用于容置物料；磁場(chǎng)產(chǎn)生設(shè)備，所述磁場(chǎng)產(chǎn)生設(shè)備用于產(chǎn)生和調(diào)控所述制備方法所需要的磁場(chǎng)；恒溫控溫設(shè)備，所述恒溫控溫設(shè)備用于調(diào)控所述制備方法所需要的溫度。在本發(fā)明實(shí)施時(shí)，優(yōu)選地，所述磁場(chǎng)產(chǎn)生設(shè)備包括磁場(chǎng)產(chǎn)生電源；兩個(gè)磁極，所述兩個(gè)磁極相對(duì)設(shè)置，所述兩個(gè)磁極與所述磁場(chǎng)產(chǎn)生電源通過導(dǎo)線連接，所述物料臺(tái)設(shè)置在所述兩個(gè)磁極之間。在本發(fā)明實(shí)施時(shí)，優(yōu)選地，所述恒溫控制設(shè)備包括恒溫控制電源；加熱板，所述加熱板圍出一個(gè)腔室，所述物料臺(tái)設(shè)置在所述腔室中，所述加熱板與所述恒溫控制電源通過導(dǎo)線連接； 熱電偶，所述熱電偶設(shè)置在所述腔室中，所述熱電偶與所述恒溫控制電源通過導(dǎo)線連接。本發(fā)明的有益效果如下1、本發(fā)明的制備方法利用磁場(chǎng)定向強(qiáng)化代替了現(xiàn)有技術(shù)中的模板、表面活性劑、 有機(jī)絡(luò)合劑的組裝作用，且整個(gè)反應(yīng)過程中無有毒、有害氣體放出，綠色環(huán)保。2、本發(fā)明制備方法工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、可操作性強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。


圖1是本發(fā)明的磁場(chǎng)熱處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的NiO納米線的SEM (掃描電子顯微鏡)圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制備的NiO納米線的XRD (X射線衍射)圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例2制備的NiO納米線的SEM圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例2制備的NiO納米線的XRD圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例3制備的NiO納米線的SEM圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例3制備的NiO納米線的XRD圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例4制備的NiO納米線的SEM圖；圖9是本發(fā)明實(shí)施例4制備的NiO納米線的XRD圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明的磁場(chǎng)熱處理裝置包括物料臺(tái)8、磁場(chǎng)產(chǎn)生設(shè)備1、恒溫控溫設(shè)備2和支架4。物料臺(tái)8用于容置物料。磁場(chǎng)產(chǎn)生設(shè)備1用于產(chǎn)生和調(diào)控本發(fā)明的制備方法所需要的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)產(chǎn)生設(shè)備包括磁場(chǎng)產(chǎn)生電源3、兩個(gè)磁極51、52。磁場(chǎng)產(chǎn)生電源3用于向兩個(gè)磁極51、52供電以產(chǎn)生磁場(chǎng)并調(diào)控磁場(chǎng)強(qiáng)度，兩個(gè)磁極51、52相對(duì)設(shè)置，兩個(gè)磁極51、52與磁場(chǎng)產(chǎn)生電源3通過導(dǎo)線連接，物料臺(tái)8設(shè)置在兩個(gè)磁極51、52之間。恒溫控溫設(shè)備2用于調(diào)控磁場(chǎng)熱處理所需要的溫度。恒溫控制設(shè)備2包括恒溫控制電源6、加熱板9、熱電偶7。恒溫控制電源6用于向加熱板9供電并控制加熱板9的加熱，加熱板9設(shè)置在兩個(gè)磁極51、52之間。加熱板9圍出一個(gè)腔室，物料臺(tái)8設(shè)置在腔室中， 具體而言設(shè)置在腔室中心。加熱板9與恒溫控制電源6通過導(dǎo)線連接。熱電偶7設(shè)置在腔室中，熱電偶7與恒溫控制電源6通過導(dǎo)線連接。支架4用于支撐、固定物料臺(tái)8、加熱板9、磁極51、52。支架4是耐火磚支架。支架4包括U型底座41、墊塊42和兩隔塊431、432。在U型底座41中設(shè)置有墊塊42，加熱板 9位于U型底座41中，并固定在墊塊42上。磁極51、52位于U型底座41中，加熱板9和磁極51、52之間設(shè)置有隔塊431、432，如此，磁極51、52固定在支架4中。一種NiO納米線的制備方法，包括以下步驟a)將Ni納米線置于如本具體實(shí)施方式
所述的磁場(chǎng)熱處理裝置內(nèi)，具體而言是置于物料臺(tái)8中；b)在磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 05T-0. 52T的磁場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行升溫，升溫的升溫速率為0. 5°C / min-50°C /min，升溫是升溫至物料溫度為400°C -1500°C ；c)在磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 05T-0. 52T的磁場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行保溫，保溫是將物料溫度保持在步驟b)中升溫后的物料溫度，保溫的保溫時(shí)間為1. 5h-15h ；d)在磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 05T-0. 52T的磁場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行自然冷卻，直至室溫，即得NiO納米線。步驟b)、步驟C)和步驟d)中的磁場(chǎng)強(qiáng)度，可以相同，也可以不同。NiO納米線的制備方法在常壓下、空氣中進(jìn)行。在以下實(shí)施例中，進(jìn)行SEM表征采用的設(shè)備和相關(guān)參數(shù)為德國蔡司公司的型號(hào)為Ultra 55的掃描電子顯微鏡，測(cè)試時(shí)加速電壓為5kV ；進(jìn)行XRD表征采用的設(shè)備為德國布魯克公司的型號(hào)為D8ADVANCE的X射線衍射儀。在以下實(shí)施例中，所用的M納米線是市售的M納米線，對(duì)其相關(guān)參數(shù)并無限制。實(shí)施例1將M納米線置于如本具體實(shí)施方式
所述的磁場(chǎng)熱處理裝置內(nèi)，磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)定為 0. 3T，以10°C /min的速率升溫至800°C ；然后磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)定為0. 4T，800°C保溫8h ；最后磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)定為0. 3T，自然冷卻至室溫即可。制得的NiO納米線的SEM照片如圖2，XRD測(cè)試結(jié)果如圖3。實(shí)施例2將M納米線置于如本具體實(shí)施方式
所述的磁場(chǎng)熱處理裝置內(nèi)，磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)定為 0. 52T，以0. 50C /min的速率升溫至400°C ；然后磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)定為0. 52T，400°C保溫15h ；最后磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)定為0. 52T，自然冷卻至室溫即可。制得的NiO納米線的SEM照片如圖4，XRD測(cè)試結(jié)果如圖5。實(shí)施例3將M納米線置于如本具體實(shí)施方式
所述的磁場(chǎng)熱處理裝置內(nèi)，磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)定為 0. 3T，以5°C /min的速率升溫至600°C ；然后磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)定為0. 4T，600°C保溫IOh ；最后磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)定為0. 3T，自然冷卻至室溫即可。
制得的NiO納米線的SEM照片如圖6，XRD測(cè)試結(jié)果如圖7。實(shí)施例4將M納米線置于如本具體實(shí)施方式
所述的磁場(chǎng)熱處理裝置內(nèi)，磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)定為 0. 1T，以30°C /min的速率升溫至1000°C ；然后磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)定為0. 3T，1000°C保溫5h ；最后磁場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)定為0.1T，自然冷卻至室溫即可。制得的NiO納米線的SEM照片如圖8，XRD測(cè)試結(jié)果如圖9。在實(shí)施例1-4 的 XRD 圖(圖 3、5、7、9)中，都是在 37. 25 ° ,43. 28° ,62. 87 °、 75.41° ,79. 40° ,95. 06° 附近位置出現(xiàn)峰，這些峰依次對(duì)應(yīng)(111)、(200)、(220)、(311)、 (222)、(400)峰，且其它位置無峰，表明所制備出的是純的NiO晶體。由實(shí)施例1-4的SEM 圖(圖2、4、6、8)可以看出所制備出的是納米線。由XRD和SEM圖可以斷定實(shí)施例1-4所制備出的是NiO納米線。以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種NiO納米線的制備方法，其特征在于，將Ni納米線置于磁場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行熱處理， 以得到所述NiO納米線。
2.如權(quán)利要求1所述的NiO納米線的制備方法，其特征在于，包括以下步驟a)將Ni納米線置于磁場(chǎng)環(huán)境中；b)在磁場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行升溫；c)在磁場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行保溫；d)在磁場(chǎng)環(huán)境下進(jìn)行自然冷卻，直至室溫，即得所述NiO納米線。
3.如權(quán)利要求2所述的NiO納米線的制備方法，其特征在于在所述步驟b)中，所述磁場(chǎng)環(huán)境的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 05T-0. 52T，所述升溫的升溫速率為0. 50C /min-50°C /min，所述升溫是升溫至物料溫度為400°C -1500°C。
4.如權(quán)利要求2所述的NiO納米線的制備方法，其特征在于在所述步驟c)中，所述磁場(chǎng)環(huán)境的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 05T-0. 52T，所述保溫是保持物料溫度為400°C -1500°C，所述保溫的保溫時(shí)間為1. 5h-15h。
5.如權(quán)利要求2所述的NiO納米線的制備方法，其特征在于在所述步驟d)中，所述磁場(chǎng)環(huán)境的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 05T-0. 52T。
6.如權(quán)利要求2所述的NiO納米線的制備方法，其特征在于所述MO納米線的制備方法在常壓下、空氣中進(jìn)行。
7.一種用于權(quán)利要求1-6之一所述的NiO納米線的制備方法的磁場(chǎng)熱處理裝置，其特征在于，包括物料臺(tái)，所述物料臺(tái)用于容置物料；磁場(chǎng)產(chǎn)生設(shè)備，所述磁場(chǎng)產(chǎn)生設(shè)備用于產(chǎn)生和調(diào)控所述制備方法所需要的磁場(chǎng)； 恒溫控溫設(shè)備，所述恒溫控溫設(shè)備用于調(diào)控所述制備方法所需要的溫度。
8.如權(quán)利要求7所述的磁場(chǎng)熱處理裝置，其特征在于，所述磁場(chǎng)產(chǎn)生設(shè)備包括 磁場(chǎng)產(chǎn)生電源；兩個(gè)磁極，所述兩個(gè)磁極相對(duì)設(shè)置，所述兩個(gè)磁極與所述磁場(chǎng)產(chǎn)生電源通過導(dǎo)線連接， 所述物料臺(tái)設(shè)置在所述兩個(gè)磁極之間。
9.如權(quán)利要求7所述的磁場(chǎng)熱處理裝置，其特征在于，所述恒溫控制設(shè)備包括 恒溫控制電源；加熱板，所述加熱板圍出一個(gè)腔室，所述物料臺(tái)設(shè)置在所述腔室中，所述加熱板與所述恒溫控制電源通過導(dǎo)線連接；熱電偶，所述熱電偶設(shè)置在所述腔室中，所述熱電偶與所述恒溫控制電源通過導(dǎo)線連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種NiO納米線的制備方法。本發(fā)明還涉及一種熱處理裝置，特別涉及一種磁場(chǎng)熱處理裝置，具體涉及一種用于所述NiO納米線的制備方法的熱處理裝置。一種NiO納米線的制備方法，該方法是將Ni納米線置于磁場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行退火處理。一種磁場(chǎng)熱處理裝置，包括磁場(chǎng)產(chǎn)生設(shè)備和恒溫控溫設(shè)備。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的NiO納米線制備方法工藝復(fù)雜、成本高昂、無法量化生產(chǎn)、環(huán)境污染嚴(yán)重的技術(shù)問題。
文檔編號(hào)C01G53/04GK102502893SQ20111034405
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者張亞非, 王劍, 魏浩 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)