专利名称：一种制备氧化镍一维纳米材料的方法
技术领域：
本发明属于一维纳米材料技术领域，涉及一种制备氧化镍一维纳米材料的方法，属于 烧结制备氧化镍一维纳米材料的技术。
背景技术：
氧化镍是一种具有3d电子结构的宽禁带金属氧化物半导体，常温下的禁带宽度 3.5-3.7eV。由于纳米氧化镍具有体积效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应， 因而具备了优良的催化活性、超顺磁性和热敏性，具备高电导率和磁化率，对电磁波有强 的吸收性能，还可以提高传感器灵敏度。纳米氧化镍被广泛应用于电池电极、高性能催化 剂、磁性材料和陶瓷着色料等领域，是一种重要的无机纳米材料。氧化镍属于NaCl型立 方晶，其氧含量不定，可在一定范围内变化，其晶格常数也依氧含量变化，由于这种固有 的晶格缺陷，使之成为一种良好的P型半导体材料。氧化镍的颜色随着氧含量而变化，依 氧含量降低的顺序，粉末的颜色呈灰黑色，灰绿色而至绿色。
目前制备纳米氧化镍的方法有化学沉淀法、喷雾热解法、微乳液法、微波辐射法、固 相法和溶胶-凝胶法等。迄今的文献报道中制备氧化镍一维纳米材料的方法主要集中在水热 法，但是此类反应需要在高压釜环境下进行，设备复杂，并需要24小时以上的漫长反应时 间，这些都限制了这种工艺的推广，难以实现大规模生长。
专利号为200510122214的发明专利"制备氧化锌纳米线或氧化锌纳米带的方法"，提 供了一种制备氧化锌纳米线或氧化锌纳米带的方法。发明人在后续的工艺研究中发现，当 采用该专利提供的工艺制备如ZnO之类的纳米线或纳米带时，会由于保温阶段的增加，而 使得纳米材料的尺寸过大，而且该工艺比较复杂，制作成本也比较高。同时在原料选择方 面，如果限制为金属醋酸盐和聚乙烯醇，则会局限工艺的设计。
发明内容
本发明的目的提供一种制备氧化镍一维纳米材料的方法，该方法过程简单，费用较低， 可与集成电路、半导体工艺兼容。
本发明是通过以下技术方案加以实现的 一种制备氧化镍一维纳米材料的方法，其特 征在于，包括以下过程
1) 以含有羟基、羧基或氨基三种官能团中一种或一种以上的有机物质作为有机络合
剂，在75 95'C水浴或者加热条件下，将所述的有机络合剂溶入去离子水中，配制 成质量浓度为1 6%的有机络合溶液；
2) 将含有镍元素的水溶性金属盐和所述的有机络合水溶液按金属盐和有机络合剂的
3质量比1:5 5:1均匀混合；
3) 将基板浸入混合溶液，平铺在溶液底部；
4) 将步骤3)的置有基板的混合溶液置于烘箱中并以5 2(TC/min的速率升温至120 150°C，保温0.5 3h;
5) 将歩骤4)制得的样品转移到箱式电阻炉中，以5 2(TC/min的速率升温至2卯 310°C，保温0.5 lh;以5 20。C/min的速率升温至530 56(TC，保温0.5 3h，在 基板上形成氧化镍一维纳米材料。
上述的制备氧化镍一维纳米材料的方法，所述的有机络合剂为含有羟基、羧基或氨基 三种官能团中一种或一种以上的有机物质作为有机络合剂，如明胶、壳聚糖、环糊精、羧 甲基纤维素钠、硼氢化钾、聚乙烯醇，并不只限于此例；所述的含有镍元素的水溶性金属 盐为氯化镍或乙酸镍；所述的基板为硅、石英或玻璃材质。
本发明的有益效果为:采用含镍元素的金属盐(镍的所有水溶性无机盐，如氯化镍等； 镍的所有水溶性有机盐，如乙酸镍等)和有机络合剂(明胶、壳聚糖、环糊精、羧甲基纤 维素钠、硼氢化钾、聚乙烯醇等，不只限于这些物质，可作为有机络合剂的物质，包括所 有含有羟基、羧基、氨基三种官能团中一种或一种以上的有机物质)制备氧化镍一维纳米 材料，具有可控性强、操作简单、费用较低等优点，氧化镍一维纳米材料的，长度可达10pm 以上。由于有机络合剂具有丰富的、分布均匀的官能团(如轻基、羧基、氨基等)，镍阳 离子与有机络合剂上的官能团相互作用，使镍盐在有机络合剂的空间构架中定位、排布， 经程控式快速升温热处理，含镍元素的金属盐和有机络合剂分阶段发生分解、裂解、氧化 等反应，通过控制程序升温参数和不同浓度的配比实现氧化镍一维纳米材料可控合成。由 于热处理温度低，可与现有的集成电路、半导体工艺兼容。相较于之前发明人申请的制备 氧化锌纳米线的工艺路线，本发明提供的工艺，由于减少了保温阶段，可制得尺寸更小的 纳米材料，同时纳米材料的尺寸更加均一，且呈现阵列排布的趋势，而且工艺也进一步简 化，从而进一步降低了制作成本。同时在原料选择方面，更加宽泛，使得合成工艺的设计 与条件参数选取空间更大。
具体实施方法
概括而言，本发明的制备方法如下
1) 在75 95'C水浴或者加热条件下，将有机络合剂(明胶、壳聚糖、环糊精、羧甲基 纤维素钠、硼氢化钾、聚乙烯醇等，不只限于这些物质，可作为有机络合剂的物质， 包括所有含有羟基、羧基、氨基的有机物质)溶入去离子水中，配制成质量浓度为
1 6%的有机络合溶液；
2) 将含有镍元素的金属盐(镍的所有水溶性无机盐，如氯化镍等；镍的所有水溶性有
机盐，如乙酸镍等)和有机络合水溶液按金属盐和有机络合剂的质量比1:5 5:1均 匀混合；3) 将基板(如硅、石英或玻璃)浸入混合溶液，平铺在溶液底部；
4) 将步骤3)的置有基板的混合溶液置于烘箱中并以5 2(TC/rnin的速率升温至120 150°C，保温0.5 3h;
5) 将步骤4)制得的样品转移到箱式电阻炉中，以5 20"C/min的速率升温至2卯 310°C，保温0.5 lh;以5 20。C/min的速率升温至530 560。C，保温0.5 3h，在 基板上形成氧化镍一维纳米材料。
下面以氯化镍、硝酸镍、乙酸镍和明胶、聚乙烯醇制备的氧化镍一维纳米材料为例来 说明如何实施本发明，本发明不限于这些实施例。 实施例1
在石英烧杯中，在75 95。C水浴或者加热条件下，将4g聚乙烯醇溶于100ml去离子水； 加入2g氯化镍，采用磁力搅拌0.5h，转速800转/min，用40KHz、 150W的超声波分散0.5h。 将石英玻璃基板平铺在石英烧杯底部。然后将石英烧杯置于烘箱中并以5"C/min的速率升温 至12(TC，保温0.5h，直至烘干。将样品转移到箱式电阻炉中，以5"C/min的速率升温至30(TC 下热处理0.5h;以5'C/min的速率升温至55(TC，保温lh。 SEM观察发现，在基板上形成直 径30 50nm、长度超过15pm的纳米线。 实施例2
本实施例与实施1相似，不同之处在于步骤2中乙酸镍和明胶的用量均为4g，以 1(TC/min的速率升温至13(TC，保温0.5h，直至烘干。将样品转移到箱式电阻炉中，以 10°C/min的速率升温至310。C下热处理0.5h;以1(TC/min的速率升温至560°C，保温lh。 SEM观察发现，产物为直径约50 80nm的纳米棒，长度10jim。 实施例3
本实施例与实例l相似，不同之处在于步骤2中硝酸镍和明胶的用量为4g和2g，以 15°C/min的速率升温至15(TC,保温lh，直至烘干。将样品转移到箱式电阻炉中，以15°C/min 的速率310'C，保温lh;以15t7min的速率升温至560°C，保温3h。 SEM观察发现，产 物为直径约80 100nm的纳米棒，长度10pm。 实施例4
本实施例与实例1相似，不同之处在于步骤2中氯化镍和明胶的用量为4g和2g，以 20°C/min的速率升温至140'C，保温lh，直至烘干。将样品转移到箱式电阻炉中，以20°C/min 的速率315'C，保温lh;以20°C/min的速率升温至550°C，保温2h。 SEM观察发现，产 物为直径约100 150nrn的纳米棒，长度10pm。 实施例5
本实施例与实例3相似，不同之处在于步骤2中，本实施例只采用机械搅拌0.5h，转 速800转/min。 SEM观察发现，产物中有直径100 1000nm、长度约lOpm的纳米线。
权利要求
1.一种制备氧化镍一维纳米材料的方法，其特征在于，包括以下过程1)以含有羟基、羧基或氨基三种官能团中一种或一种以上的有机物质作为有机络合剂，在75～95℃水浴或者加热条件下，将所述的有机络合剂溶入去离子水中，配制成质量浓度为1～6％的有机络合溶液；2)将含有镍元素的水溶性金属盐和所述的有机络合水溶液按金属盐和有机络合剂的质量比1∶5～5∶1均匀混合；3)将基板浸入混合溶液，平铺在溶液底部；4)将步骤3)的置有基板的混合溶液置于烘箱中并以5～20℃/min的速率升温至120～150℃，保温0.5～3h；5)将步骤4)制得的样品转移到箱式电阻炉中，以5～20℃/min的速率升温至290～310℃，保温0.5～1h；以5～20℃/min的速率升温至530～560℃，保温0.5～3h，在基板上形成氧化镍一维纳米材料。
2. 根据权利要求l所述的制备氧化镍一维纳米材料的方法，其特征在于，所述的有机络合 剂为含有羟基、羧基或氨基三种官能团中一种或一种以上的有机物质作为有机络合剂，如 明胶、壳聚糖、环糊精、羧甲基纤维素钠、硼氢化钾、聚乙烯醇，并不只限于此例。
3. 根据权利要求l所述的制备氧化镍一维纳米材料的方法，其特征在于，所述的含有镍元 素的水溶性金属盐为氯化镍或乙酸镍。
4. 根据权利要求l所述的制备氧化镍一维纳米材料的方法，其特征在于，所述的基板为硅、 石英或玻璃材质。
全文摘要
本发明涉及一种制备氧化镍一维纳米材料的方法，包括以下过程配制成质量浓度为1～6％的有机络合水溶液；将含有镍元素的金属盐和有机络合水溶液按金属盐和有机络合剂的质量比1∶5～5∶1均匀混合；将基板浸入混合溶液，平铺在溶液底部；将置有基板的混合溶液置于烘箱中并以5～20℃/min的速率升温至120～150℃，保温0.5～3h；将制得的样品转移到箱式电阻炉中，以5～20℃/min的速率升温至290～310℃，保温0.5～1h；以5～20℃/min的速率升温至530～560℃，保温0.5～3h，在基板上形成氧化镍一维纳米材料。本发明提供的工艺，可制得尺寸更小更加均一的纳米材料，工艺也进一步简化，原料可选范围更加广泛，从而进一步降低了制作成本。
文档编号C01G53/00GK101525161SQ200910068368
公开日2009年9月9日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者凯 何, 倪恒侃, 张之圣, 李付奎, 李玲霞, 慧 王, 涛 薛, 强 邹 申请人:天津大学