專利名稱：一種水熱法制備納米氧化鋅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米氧化鋅的制備方法，特別是在常壓下采用水熱法，以聚丙烯酸鹽為分散控制劑，制備得到平均粒徑在87 460納米之間、能穩(wěn)定分散 在水溶液中的氧化鋅/聚丙烯酸鹽復(fù)合納米粒子，其中的納米氧化鋅粒子的粒徑 在2 5納米之間，被聚丙烯酸鹽分子鏈包裹著。
技術(shù)背景納米氧化鋅成本低，具有一定的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，良好的化學(xué)穩(wěn)定性及紫外 吸收性能，具有寬間隙(3.37 eV)、高激子束縛能(60meV)、低閾值電壓及發(fā) 光等特點(diǎn)，成為一類重要的新型半導(dǎo)體材料，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、紡織、化工、 電子等行業(yè)。納米氧化鋅與傳統(tǒng)氧化鋅相比，比表面積大、化學(xué)活性高，具有 傳統(tǒng)氧化鋅所無法達(dá)到的新特性和新用途。目前已經(jīng)報(bào)道過的制備納米氧化鋅的方法主要包括水熱法、溶膠凝膠法、 化學(xué)氣相沉積法、固相合成法以及噴霧裂解法等。其中水熱法具有工藝簡單， 不需要復(fù)雜儀器，不需要很高溫度且成本較低等優(yōu)點(diǎn)，受到許多研究者的親睞。中國專利ZL200410009367.6利用氫氧化鋅作前驅(qū)物，用氨水作礦化劑，在 高壓釜中加熱生成納米氧化鋅晶體。中國專利ZL200410084351.1采用十六垸基 三甲基溴化銨輔助水熱法制備得到了氧化鋅納米材料，其長度為500納米到10 微米，粗細(xì)為60到200納米，呈棒狀。Zeng等在J. Am. Chem. Soc., 2003， 125: 4430 中報(bào)到了以硝酸鋅和氫氧化鈉為原料、乙二胺為控制劑，在密封高壓釜中，180°C 的溫度下反應(yīng)20小時(shí)制備得到直徑在50 nm左右的棒狀納米氧化鋅。張孝彬等 在化學(xué)學(xué)報(bào)，2004, 62(17): 1658中報(bào)到了采用聚乙二醇PEG輔助水熱法制備氧 化鋅納米棒。Yang等在Cryst. Growth Des.， 2005, 5: 547中則報(bào)道了通過氨水、檸檬酸(CA)和聚乙烯醇(PVA)作為控制分子，在密封釜中20(TC下反應(yīng)20 小時(shí)，制備得到花狀、圓盤狀和啞鈴狀三種不同形貌的氧化鋅微晶。其中花狀 和圓盤狀的微晶是六邊形的單晶，而啞鈴狀的是六邊形雙晶。上述制備過程中 往往需要采用高壓設(shè)備，同時(shí)未涉及到利用聚羧酸鹽為穩(wěn)定劑來制備納米氧化 鋅的方法。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及加制備納米氧化鋅的方法包括以下步驟首先將鋅鹽、氨水、聚丙烯酸鹽和水配置成溶液，其中以整個(gè)溶液質(zhì)量百分比計(jì)，鋅鹽占i.oowty。，氨水占2.60wtM，聚丙烯酸鹽含量在0.75 2.50wty。之間。然后將配制所得溶液 在100 12(TC的溫度下常壓反應(yīng)15小時(shí)，得到平均粒徑在87 460納米之間、能 穩(wěn)定分散在水溶液中的氧化鋅/聚丙烯酸鹽復(fù)合納米粒子，其中的納米氧化鋅粒 子的粒徑在2 5納米之間，被聚丙烯酸鹽分子鏈包裹著。本發(fā)明中采用的聚丙烯酸鹽包括聚丙烯酸鋰、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鉀和 聚丙烯酸銨，其粘均分子量在4*103 2>104之間。本發(fā)明中所采用的鋅鹽為醋酸鋅、氯化鋅、硝酸鋅、硫酸鋅等，可以是無 水或是含結(jié)晶水的鋅鹽；所采用氨水的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)濃度在25 28 wt。/。之間。本發(fā)明涉及的水熱反應(yīng)在常壓下進(jìn)行，不需要在高壓密封反應(yīng)釜中進(jìn)行。本發(fā)明以聚丙烯酸鹽為分散控制劑采用水熱法在常壓下，得到了粒徑為2~5 納米氧化鋅粒子，因被聚丙烯酸鹽分子鏈包裹著，從而形成可以穩(wěn)定分散在水 溶液中的復(fù)合粒子。該復(fù)合粒子可以通過沉淀法從溶液中分離出來，便于直接 使用或與有機(jī)聚合物復(fù)合形成新的功能復(fù)合體系；也可以重新在水中分散，形 成穩(wěn)定的氧化鋅/聚丙烯酸鹽納米復(fù)合粒子分散液，便于穩(wěn)定保存。
具體實(shí)施例方式
以二水合醋酸鋅、氨水為原料，聚丙烯酸鹽為分散控制劑，水為溶劑，在
100~120°C的溫度下常壓反應(yīng)，制備得到被聚丙烯酸鹽分子鏈包裹的納米氧化鋅 粒子。按照此實(shí)施方式，以下列舉較好的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但是 本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)不限于以下實(shí)例。
實(shí)施例1:將二水合醋酸鋅、氨水、聚丙烯酸鈉(粘均分子量為5.7xl03) 和水配置成溶液，其中以整個(gè)溶液重量百分比計(jì)，二水合醋酸鋅占1.00 wt%， 氨水占2.60wtn/。，聚丙烯酸鈉鹽占1.50 wt%。然后將配制所得溶液在100~120°C 的溫度下常壓反應(yīng)15小時(shí)，得到平均粒徑為442 nm的納米氧化鋅/聚丙烯酸鈉 復(fù)合粒子，其中的納米氧化鋅粒子粒徑為2 3nm。
實(shí)施例2:參照實(shí)施例l，改變聚丙烯酸鈉質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為L75 wt%，得到平 均粒徑為151 nm的納米氧化鋅/聚丙烯酸鈉復(fù)合粒子，其中的納米氧化鋅粒子粒 徑為2 3 nm。
實(shí)施例3:參照實(shí)施例l，改變聚丙烯酸鈉鹽質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2.00 wt%，得到 平均粒徑為92 nm的納米氧化鋅/聚丙烯酸鈉復(fù)合粒子，其中的納米氧化鋅粒子 粒徑為2~3 nm。
實(shí)施例4:參照實(shí)施例l，改變聚丙烯酸鈉鹽質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2.25 wt%，得封 平均粒徑為87 nm的納米氧化鋅/聚丙烯酸鈉復(fù)合粒子，其中的納米氧化鋅粒子 粒徑為2 3 nm。
實(shí)施例5:參照實(shí)施例l，改變聚丙烯酸鈉鹽質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2.50 wt%，得到 平均粒徑為90 nm的納米氧化鋅/聚丙烯酸鈉復(fù)合粒子，其中的納米氧化鋅粒子 粒徑為2~3 nm。
實(shí)施例6:參照實(shí)施例l，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.75 wty。的聚丙烯酸鈉(粘均分子量為2.9xl04)為分散控制劑，然后在100-120'C的溫度下常壓反應(yīng)15小時(shí)， 得到平均粒徑為460nm的納米氧化鋅/聚丙烯酸鈉復(fù)合粒子，其中的納米氧化鋅 粒子粒徑為4~5 nm。
實(shí)施例7:參照實(shí)施例1，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.00wt。/。的聚丙烯酸鈉(粘均分 子量為2.9xl04)為分散控制劑，然后在100 12(TC的溫度下常壓反應(yīng)15小時(shí)， 得到平均粒徑為258 nm的納米氧化鋅/聚丙烯酸鈉復(fù)合粒子，其中的納米氧化鋅 粒子粒徑為4 5 nm。
實(shí)施例8:將二水合醋酸鋅、氨水、聚丙烯酸鉀(粘均分子量為4.4xl03) 和水配置成溶液，其中以整個(gè)溶液質(zhì)量百分比計(jì)，二水合醋酸鋅占1.00 wt%， 氨水占2.60 wt%，聚丙烯酸鉀占1.25 wt%。然后將配制所得溶液在100 120°C 的溫度下常壓反應(yīng)15小時(shí)，得到平均粒徑為207 nm的納米氧化鋅/聚丙烯酸鉀 復(fù)合粒子，其中的納米氧化鋅粒子粒徑為2 3nm。
實(shí)施例9:參照實(shí)施例8，改變聚丙烯酸鉀質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.50wt%，得到平 均粒徑為169 nm的納米氧化鋅/聚丙烯酸鉀復(fù)合粒子，其中的納米氧化鋅粒子粒 徑為2 3 nm。
實(shí)施例10:參照實(shí)施例8，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.00 wte/。的聚丙烯酸鉀(粘均 分子量為1.2xl04)為分散控制劑，在100 120'C的溫度下常壓反應(yīng)15小時(shí)，得 到平均粒徑為360 nm的納米氧化鋅/聚丙烯酸鉀復(fù)合粒子，其中的納米氧化鋅粒 子粒徑為2~4 nm。
實(shí)施例11:將二水合醋酸鋅、氨水、聚丙烯酸銨(粘均分子量為1.1xl04) 和水配置成溶液，其中以整個(gè)溶液質(zhì)量百分比計(jì)，二水合醋酸鋅占l.OO wt%， 氨水占2.60 wt%，聚丙烯酸銨占l.OO wt%。然后將配制所得溶液在100~120°C 的溫度下常壓反應(yīng)15小時(shí)，得到平均粒徑為208 nm的納米氧化鋅/聚丙烯酸銨復(fù)合粒子，其中的納米氧化鋅粒子粒徑為3 4nm。
實(shí)施例12:將二水合醋酸鋅、氨水、聚丙烯酸鋰(粘均分子量為1.2xl04) 和水配置成溶液，其中以整個(gè)溶液質(zhì)量百分比計(jì)，二水合醋酸鋅占1.00 wt%， 氨水占2.60 wt%，聚丙烯酸鋰占1.00 wt%。然后將配制所得溶液在100~120°C 的溫度下常壓反應(yīng)15小時(shí)，得到平均粒徑為205 nm的納米氧化鋅/聚丙烯酸鋰 復(fù)合粒子，其中的納米氧化鋅粒子粒徑為2 4nm。
權(quán)利要求
1、一種水熱法制備納米氧化鋅的方法，其特征在于包括以下步驟首先將鋅鹽、氨水、聚丙烯酸鹽和水配置成溶液，其中以整個(gè)溶液質(zhì)量百分比計(jì)，鋅鹽占1.00wt％，氨水占2.60wt％，聚丙烯酸鹽含量在0.75～2.50wt％之間；然后將配制所得溶液在100～120℃的溫度下常壓反應(yīng)15小時(shí)，得到平均粒徑在87～460納米之間、能穩(wěn)定分散在水溶液中的氧化鋅/聚丙烯酸鹽復(fù)合納米粒子，其中的納米氧化鋅粒子的粒徑在2～5納米之間，被聚丙烯酸鹽分子鏈包裹著。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于采用聚丙烯酸鹽作為分散控 制劑，包括聚丙烯酸鋰、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鉀和聚丙烯酸銨。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于所采用的聚丙烯酸鹽的粘均 分子量在4.4x 103~2.9x 104之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于所采用的鋅鹽為醋酸鋅、氯 化鋅、硝酸鋅、硫酸鋅等，可以是無水或是含結(jié)晶水的鋅鹽。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于所采用氨水的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)濃 度在25 28 wt。/。之間。
全文摘要
本發(fā)明是一種水熱法制備納米氧化鋅的方法。其主要內(nèi)容是以鋅鹽、氨水為原料，聚丙烯酸鹽為分散控制劑，水為溶劑，在100～120℃的溫度下常壓反應(yīng)15小時(shí)，得到平均粒徑在87～460納米之間、能穩(wěn)定分散在水溶液中的氧化鋅/聚丙烯酸鹽復(fù)合納米粒子，其中粒徑為2～5納米的納米氧化鋅粒子被聚丙烯酸鹽分子鏈包裹著。其特點(diǎn)在于工藝簡單，制備成本低，氧化鋅粒子粒徑小、均一性好且能以復(fù)合粒子的形式穩(wěn)定分散在水溶液中。
文檔編號B82B3/00GK101591036SQ200810113770
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者楊萬泰, 鑫 肖, 趙京波 申請人:北京化工大學(xué)