制備高比表面積氧化鋅復(fù)合材料的方法及該氧化鋅復(fù)合材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米氧化鋅的制備領(lǐng)域，尤其是涉及一種高比表面積的氧化鋅復(fù)合材料的制備方法及該氧化鋅復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]2006年，美國佐治亞理工學(xué)院教授王中林等成功地在納米尺度范圍內(nèi)將機械能轉(zhuǎn)換成電能，研制出世界上最小的發(fā)電機-納米發(fā)電機。納米發(fā)電機的基本原理是:當(dāng)納米線(NWs，例如氧化鋅納米線)在外力下動態(tài)拉伸時，納米線中生成壓電電勢，相應(yīng)瞬變電流在兩端流動以平衡費米能級。
[0003]常規(guī)生長氧化鋅納米線的方法為化學(xué)生長方法，例如水熱法，使氧化鋅納米線在帶有種子層的金屬層基底表面生長。以往，在氧化鋅納米線生長過程中，培養(yǎng)液中產(chǎn)生的氣泡上升到溶液表面且時常被面朝下的基底表面捕獲，抑制了氧化鋅納米線在大面積金屬層基底表面上均勻生長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]常規(guī)生長納米線的方法，例如水熱法，氧化鋅納米線在金屬層基底表面生長取向度較差，比表面積不高。本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種制備氧化鋅復(fù)合材料的方法及該氧化鋅復(fù)合材料，增加了氧化鋅納米柱陣列單位體積里的比表面積。
[0005]本發(fā)明采用靜電紡絲法在基底上生成氧化鋅納米膜，經(jīng)煅燒后，在生成的六邊纖鋅礦晶相的氧化鋅納米膜表面上以每根氧化鋅納米線為軸生長氧化鋅納米柱以形成氧化鋅納米柱陣列，該氧化鋅納米柱是在(001)面優(yōu)勢取向的六角柱。由于合成的氧化鋅納米柱(六角柱)的寬高比較高，可以增加氧化鋅納米柱陣列單位體積里的比表面積。本發(fā)明所得氧化鋅可以用于LED、太陽能電池或光催化表面等。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的第一技術(shù)方案是:一種制備氧化鋅復(fù)合材料的方法，該方法包括以下步驟:
[0007]( I)配制氧化鋅納米膜用靜電紡絲液
[0008]將聚乙烯類聚合物加入到溶劑中，待聚乙烯類聚合物溶解后，向液體中加入鋅鹽，然后混合均勻得到靜電紡絲液；其中，聚乙烯類聚合物與鋅鹽的重量比為1-5:0.5-3 ；
[0009](2)靜電紡絲
[0010]將步驟(I)所得靜電紡絲液加入到靜電紡絲裝置中，然后將靜電紡絲液注射到基底上進行靜電紡絲，在基底上獲得聚乙烯類聚合物/鋅鹽纖維膜纖維紡絲；
[0011](3)煅燒
[0012]將步驟(2)所得聚乙烯類聚合物/鋅鹽纖維膜連同基底一起進行煅燒，煅燒條件為:按照2-10°C /min的升溫速率升溫至500-600°C，恒溫煅燒1_6小時；然后冷卻到室溫，得到氧化鋅納米膜，所述氧化鋅納米膜由六邊纖鋅礦晶相的氧化鋅納米線構(gòu)成；以及
[0013](4)生長氧化鋅納米柱陣列
[0014]以步驟(3)所得氧化鋅納米膜為種子層，在所述種子層上以每根氧化鋅納米線為軸，生長氧化鋅納米柱以形成氧化鋅納米柱陣列，得到氧化鋅納米膜-氧化鋅納米柱陣列的復(fù)合材料。
[0015]前述的制備氧化鋅復(fù)合材料的方法，步驟(I)中，所述鋅鹽是醋酸鋅、硝酸鋅、草酸鋅及它們的水合物；所述溶劑是甲基甲酰胺(DMF)，乙醇(ethanol)或四氫呋喃(THF);所述聚乙烯類聚合物是聚乙烯醇(PVA)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
[0016]前述的制備氧化鋅復(fù)合材料的方法，步驟(I)中，在靜電紡絲液中摻雜氧化物或金屬，氧化物是Al2O3或SnO2,金屬是Ag、Au、Pt或Cu。
[0017]前述的制備氧化鋅復(fù)合材料的方法，步驟(2)中，在電壓為10kV_20kV，接收距離為8cm-20cm，推動速度0.lml/hr-lml/hr條件下，將靜電紡絲液注射到基底上進行靜電紡絲。
[0018]前述的制備氧化鋅復(fù)合材料的方法，紡絲時間為30秒到10分鐘。
[0019]前述的制備氧化鋅復(fù)合材料的方法，步驟(3)中，所述氧化鋅納米線的直徑為200nm-300nmo
[0020]前述的制備氧化鋅復(fù)合材料的方法，步驟(4)中，采用水熱合成法或微波加熱法，在含氫氧源的鋅鹽溶液中，以每根氧化鋅納米線為軸生長氧化鋅納米柱以形成氧化鋅納米柱陣列。
[0021]前述的制備氧化鋅復(fù)合材料的方法，所述含氫氧源的鋅鹽溶液是醋酸鋅、硝酸鋅或草酸鋅的水溶液；所用氫氧源是氫氧化鈉、氨水、碳酸銨、或六亞甲基四胺。
[0022]前述的制備氧化鋅復(fù)合材料的方法，步驟(4)中，所述水熱合成法為:在80-100°C下，在含氫氧源的鋅鹽溶液中，以每根氧化鋅納米線為軸生長氧化鋅納米柱2-12小時。
[0023]前述的制備氧化鋅復(fù)合材料的方法，步驟(4)中，所述氧化鋅納米柱是(001)面優(yōu)勢取向的六角柱，所述六角柱橫截面最大寬度為200nm-300nm，六角柱高度為2_3 μ m。
[0024]前述的制備氧化鋅復(fù)合材料的方法，所述氧化鋅復(fù)合材料的厚度是5-8 μ m。
[0025]前述的制備氧化鋅復(fù)合材料的方法，步驟(2)中，該方法還包括得到纖維紡絲有序排列的聚乙烯類聚合物/鋅鹽纖維膜。
[0026]前述的制備氧化鋅復(fù)合材料的方法，靜電紡絲之前，將基底放置在載體的容置腔中；其中，該載體包括第一載體底材，設(shè)置在第一載體底材一側(cè)表面的第二載體底材和第三載體底材，第二載體底材和第三載體底材平行并間隔設(shè)置，在第二載體底材上設(shè)有第一金屬條，在第三載體底材上設(shè)有第二金屬條，第一金屬條與第二金屬條平行設(shè)置；第二載體底材和第一金屬條，與第三載體底材和第二金屬條之間形成容置腔。
[0027]前述的制備氧化鋅復(fù)合材料的方法，所述第一金屬條和第二金屬條所用材質(zhì)是鋁箔、銅箔、鋁片或銅片；所述第一載體底材、第二載體底材和第三載體底材所用材質(zhì)是絕緣材料，例如玻璃。
[0028]前述的制備氧化鋅復(fù)合材料的方法，所述氧化鋅納米膜由六邊纖鋅礦晶相的氧化鋒納米線平行構(gòu)成。
[0029]前述的制備氧化鋅復(fù)合材料的方法，每立方微米氧化鋅納米膜平均由2-3根氧化鋅納米線構(gòu)成,氧化鋅納米柱彼此交纏。
[0030]本發(fā)明提供的第二技術(shù)方案是:一種氧化鋅復(fù)合材料，采用上述任一項方法制成。
[0031]本發(fā)明提供的第三技術(shù)方案是:一種氧化鋅復(fù)合材料，包括氧化鋅納米膜和氧化鋅納米柱陣列；所述氧化鋅納米膜由六邊纖鋅礦晶相的氧化鋅納米線構(gòu)成，氧化鋅納米柱以每根氧化鋅納米線為軸生長，構(gòu)成所述氧化鋅納米柱陣列，所述氧化鋅納米柱是(001)面優(yōu)勢取向的六角柱。
[0032]前述的氧化鋅復(fù)合材料，所述六角柱橫截面最大寬度為200-300nm，六角柱高度為2_3 u m0
[0033]前述的氧化鋅復(fù)合材料，所述氧化鋅納米線的直徑為200_300nm。
[0034]前述的氧化鋅復(fù)合材料，所述氧化鋅納米膜經(jīng)由煅燒靜電紡絲聚乙烯類聚合物/鋅鹽纖維膜制成。
[0035]前述的氧化鋅復(fù)合材料，所述氧化鋅復(fù)合材料的厚度為5-8 μ m。
[0036]前述的氧化鋅復(fù)合材料，所述氧化鋅納米膜由六邊纖鋅礦晶相的的氧化鋅納米線平行構(gòu)成。
[0037]前述的氧化鋅復(fù)合材料，每立方微米氧化鋅納米膜平均由2-3根氧化鋅納米線構(gòu)成，氧化鋅納米柱彼此交纏。
[0038]本發(fā)明所得氧化鋅復(fù)合材料，在經(jīng)煅燒成六邊纖鋅礦晶相的氧化鋅納米膜種子層上，以每根的氧化鋅納米線為軸生長氧化鋅納米柱以形成氧化鋅納米柱陣列，氧化鋅納米柱生長成(001)面優(yōu)勢取向的六角柱。由于合成氧化鋅納米柱的寬高比較高，可以增加單位體積里的表面積。本發(fā)明所得氧化鋅復(fù)合材料可用于以ZnO為基礎(chǔ)的LED、太陽能電池、光催化表面等。本發(fā)明氧化鋅復(fù)合材料制備工藝簡單。
【附圖說明】
[0039]圖1是靜電紡絲經(jīng)煅燒后由氧化鋅納米線構(gòu)成的氧化鋅納米膜XRD譜圖，其中氧化鋅沉積在鍍金的硅芯片上。
[0040]圖2是第一【具體實施方式】靜電紡絲經(jīng)煅燒后由氧化鋅納米線構(gòu)成的氧化鋅納米膜光學(xué)顯微鏡(1000倍)下的形貌圖。
[0041]圖3是第一【具體實施方式】靜電紡絲經(jīng)煅燒后由氧化鋅納米線構(gòu)成的氧化鋅納米膜SEM(10000倍)下的形貌圖。
[0042]圖4是本發(fā)明第二【具體實施方式】所用基底的載體示意圖。
[0043]圖5是本發(fā)明第二【具體實施方式】所用基底的載體剖面示意圖。
[0044]圖6是在本發(fā)明第二【具體實施方式】所用基底的載體上進行靜電紡絲的過程。
[0045]圖7是在本發(fā)明第二【具體實施方式】所用基底的載體上完成靜電紡絲后的狀態(tài)。
[0046]圖8是從本發(fā)明第二【具體實施方式】所用基底的載體上取下基底的過程。
[0047]圖9是本發(fā)明第二【具體實施方