专利名称：单分散无团聚及强紫外吸收的纳米氧化锌的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种单分散无团聚及强紫外吸收的纳米氧化锌的制备方法，具体涉及采用化学溶液法制备具有单分散、无团聚、强紫外吸收特性的氧化锌纳米晶体，属于无机纳米材料的制备技术领域。
背景技术：
纳米氧化锌是一种良好的半导体材料，它由于具有较大的能隙宽度(和氮化镓相似)而具有良好的发光、光电转换、紫外吸收等性能，广泛应用于发光材料、光电转换材料、橡胶、陶瓷、涂料、日用化工材料，可以用来制造气敏材料、发光电极、橡胶添加剂、气体传感器、紫外线遮蔽材料、变压器和多种光学装置。2001年，权威杂质Science上报道了室温下纳米氧化锌可产生激射现象而引起人们的广泛关注，使其成为纳米材料研究领域中的热点。近年来关于纳米氧化锌材料的制备方法报道较多，包括气相合成法，例如化学气相沉积(CVD)、磁控溅射法、喷雾热解法、脉冲激光沉积法(PLD)、原子层外延生长法以及分子束外延法等，溶液合成法，包括溶胶凝胶法、水解法、水热法、反相乳液法、沉淀法和电化学沉积法。相比较之下，气相方法中存在反应温度高、设备复杂、成本高、效率低等缺点。而溶液合成法简单方便、成本低、效率高。但是目前采用的溶液方法制备纳米氧化锌存在着粒径不均匀和易团聚的缺点，而这些缺点对纳米氧化锌的光、电等性能有很大的影响，因而难以满足科研和市场的需要。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种粒径均匀、无团聚的、操作简单，反应温度低、成本低、生产效率高的氧化锌纳米晶体的制备方法。
为实现这样的目的，本发明的技术方案中，采用聚乙烯吡咯烷酮辅助的化学溶液法制备纳米氧化锌晶体。聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是日化工业的重要原料。作为一种新型高分子表面活性剂，它具有优良的溶解性、生物相容性、低毒性、成膜性及高分子表面活性、胶体保护能力和与许多化合物的复合能力，因而成为制备纳米材料的优良的保护剂。本发明技术中，首先将锌盐和氨源分别按照一定的浓度和比例溶解于甲醇溶液中，再加入一定比例的PVP，在溶液澄清后倒入四氟乙烯反应器中，密闭，升温至95-100℃，反应3-4小时即可获得纳米氧化锌晶体。制备的纳米氧化锌晶体的尺寸为13-17纳米，粒径均匀并且没有团聚，并且具有优良的紫外光吸收特性，经过室温放置一年，所制备的纳米氧化锌仍然没有团聚。
本发明的制备方法包括如下具体步骤①反应溶液的制备锌盐和氨源分别按照1∶1.5的摩尔浓度比例溶解于甲醇溶液中，再加入一定浓度的聚乙烯吡咯烷酮PVP，搅拌至溶液澄清，即可制备成反应溶液。
本发明所说的锌盐为六水合硝酸锌；氨源为六次亚甲基四氨(HMT，俗称乌洛托品)。
本发明所说的各个原料用量的比例为锌盐、氨源、聚乙烯吡咯烷酮、甲醇用量的比例为0.0005摩尔∶0.00075摩尔∶0.5克∶100毫升。
②纳米氧化锌的合成将上述制备好的氧化锌纳米晶的生长反应溶液倒入四氟乙烯反应器中，密闭，升温至95-100℃，反应3-4小时，反应结束后自然冷却至常温，离心分离，经过多次洗涤后自然晾干即可获得纳米氧化锌晶体。
本发明的优良效果是①产物纳米氧化锌的粒径均匀，并且没有团聚。
②产物纳米氧化锌具有优良的紫外光吸收特性，相对比于没有添加PVP所制备的纳米氧化锌，其紫外吸收强度提高了4倍。
③PVP是一种常用的化工原料，来源丰富、成本低。
④由于HMT是一种受热缓慢分解的氨源，可以均匀的和硝酸锌反应，因而可以均匀生成纳米氧化锌晶体。
⑤甲醇是一种底沸点的溶剂，在较低的温度下具有较高的蒸汽压，使得反应溶液粘度降低，为获得粒径较小的纳米晶体提供了条件。
⑥由于本发明采用的化学溶液法反应温度低，只有95～100℃，反应时间短，最短只需3小时，反应原料便宜，溶剂甲醇可回收再利用，反应体系密闭，不会造成污染，因而本发明方法操作简单、成本低，效率高，制备的纳米氧化锌晶体粒径分布均匀，没有团聚，并且具有优良的紫外光吸收特性，为氧化锌纳米材料的应用奠定了基础。
图1为本发明实施例1所得到的纳米氧化锌粉末的X-射线衍射图。
图2为本发明实施例1所得到的纳米氧化锌透射电子显微镜照片。
图2中，a大面积透射电镜图片，b为放大透射电镜图片，c为电子衍射图片。
图3为本发明包括实施例1在内的在不同PVP浓度下所得到的纳米氧化锌材料的紫外-可见光谱吸收图。
具体实施例方式
下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
实施例1①反应溶液的制备将0.0005mol硝酸锌、0.00075mol六次亚甲基四氨溶解于100ml甲醇溶液中，再加入0.5克PVP，搅拌至溶液澄清，即可制备成反应溶液。
②纳米氧化锌的合成将上述制备好的氧化锌纳米晶的生长反应溶液倒入四氟乙烯反应器中，密闭，升温至100℃，反应3小时，反应结束后自然冷却至常温，取出样品用离心分离，经过多次洗涤后自然晾干即可获得纳米氧化锌晶体。
所得到氧化锌薄膜的X-射线衍射谱图如图1，由图1可见所制备的氧化锌为六方晶形(36-1451)。根据Scherrer公式计算的氧化锌晶体的粒径为15纳米。透射电子显微镜照片如图2a，b，由图可见所制备的氧化锌的粒径约为15(13-17之间)纳米，和XRD一致。所制备的氧化锌晶体粒径分布均匀、分散性好、没有团聚。图2c是所制备的纳米氧化锌晶体的电子衍射照片，由图中亮点可知，所制备的纳米氧化锌为单晶。所制得的纳米氧化锌的紫外-可见光吸收光谱如图3曲线c。由图可见，所制备的纳米氧化锌在紫外区有很好的吸收性，可见光区有很好的透过性。图3曲线a、b和d分别是在不同PVP浓度(0％、0.25％、2％)获得的纳米氧化锌的紫外-可见光吸收光谱，由图可见，在PVP浓度为0.5％时，所获得的纳米氧化锌材料具有最好的紫外吸收性能。
实施例2①反应溶液的制备将0.0005mol硝酸锌、0.00075mol六次亚甲基四氨溶解于100ml甲醇溶液中，再加入0.5克PVP，搅拌至溶液澄清，即可制备成反应溶液。
②纳米氧化锌的合成将上述制备好的氧化锌纳米晶的生长反应溶液倒入四氟乙烯反应器中，密闭，升温至98℃，反应3.5小时，反应结束后自然冷却至常温，取出样品用离心分离，经过多次洗涤后自然晾干即可获得纳米氧化锌晶体。
实施例3①反应溶液的制备将0.0005mol硝酸锌、0.00075mol六次亚甲基四氨溶解于100ml甲醇溶液中，再加入0.5克PVP，搅拌至溶液澄清，即可制备成反应溶液。
②纳米氧化锌的合成将上述制备好的氧化锌纳米晶的生长反应溶液倒入四氟乙烯反应器中，密闭，升温至97℃，反应4小时，反应结束后自然冷却至常温，取出样品用离心分离，经过多次洗涤后自然晾干即可获得纳米氧化锌晶体。
权利要求
1.一种单分散无团聚及强紫外吸收的纳米氧化锌的制备方法，其特征在于首先将六水合硝酸锌和六次亚甲基四氨分别溶解于甲醇溶液中，再加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至溶液澄清制备成氧化锌纳米晶的生长反应溶液，将上述反应溶液倒入四氟乙烯反应器中，密闭，升温至95-100℃，反应3-4小时，反应结束后自然冷却至常温，离心分离，洗涤后晾干即可获得粒径为13-17纳米的氧化锌晶体，其中六水合硝酸锌、六次亚甲基四氨、聚乙烯吡咯烷酮、甲醇用量的比例为0.0005摩尔∶0.00075摩尔∶0.5克∶100毫升。
全文摘要
一种单分散无团聚及强紫外吸收的纳米氧化锌的制备方法，首先将锌盐六水合硝酸锌和氨源六次亚甲基四氨分别按照1∶1.5的摩尔浓度比例溶解于甲醇溶液中，再加入一定比例的聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至溶液澄清制备成氧化锌纳米晶的生长反应溶液，将上述反应溶液倒入四氟乙烯反应器中，密闭升温至95℃－100℃反应，反应结束后自然冷却，离心分离，洗涤后晾干即可获得粒径为15纳米的氧化锌晶体。本发明方法操作简单、成本低，生产周期短，制备的纳米氧化锌晶体粒径均匀并且没有团聚，并且具有优良的紫外光吸收特性。
文档编号C01G9/00GK1562762SQ200410017850
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月22日 优先权日2004年4月22日
发明者王卓, 钱雪峰, 朱子康, 印杰 申请人:上海交通大学