-ZnO納米復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，涉及一種Fe3O4-ZnO納米復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]ZnO與Fe3O4是兩種重要的功能材料。ZnO是直接帶隙的寬禁帶半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度為3.37eV，激子束縛能為60meV，具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)，可廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、顯示器件和光電器件，以及光催化、鋰離子電池負(fù)極材料、雷達(dá)波吸收材料等。半金屬材料Fe3O4是一種重要的磁性納米材料，在磁記錄、磁流體、磁性分離、隱身技術(shù)、污水處理、鋰離子電池、氣敏傳感器和生物醫(yī)藥等方面都重要應(yīng)用。將二者制備成納米復(fù)合材料，ZnO優(yōu)異的半導(dǎo)體性能與Fe3O4磁性能得以有機(jī)融合，必將使它們的應(yīng)用領(lǐng)域大大拓展，甚至目前，已經(jīng)有大量的研究工作者致力于研究Fe3O4-ZnO納米結(jié)構(gòu)并取得相關(guān)的成果，如中國(guó)專利CN201310133789.3公開(kāi)了一種Fe304/Zn0復(fù)合納米顆粒的制備方法及其應(yīng)用，該材料磁性強(qiáng)，磁敏感度強(qiáng)，具有優(yōu)異的熒光性能。盡管已形成復(fù)合納米結(jié)構(gòu)，但其制備的ZnO為納米顆粒，ZnO包裹在Fe3O4微球表面，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)定向生長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和不足，本發(fā)明不僅提供了一種新結(jié)構(gòu)的Fe3O4-ZnO納米復(fù)合材料，同時(shí)還提供了一種直接在Fe3O4微球上生長(zhǎng)ZnO納米棒復(fù)合材料的方法，方法簡(jiǎn)單，適于大批量制備。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0005]一種Fe3O4-ZnO納米復(fù)合材料，包括Fe3O4微球和生長(zhǎng)在Fe 304微球上的ZnO納米棒。
[0006]具體地，包括單體，所述的單體包括Fe3O4微球和生長(zhǎng)在Fe 304微球上的ZnO納米棒。
[0007]具體地，所述的Fe3O4微球的直徑為200?500nm，ZnO納米棒沿Fe 304微球球面半徑方向排列生長(zhǎng)，ZnO納米棒的長(zhǎng)徑比為3?20。
[0008]更具體地，所述的ZnO納米棒的直徑為30?lOOnm，ZnO納米棒的長(zhǎng)度為300?600nmo
[0009]所述的Fe3O4-ZnO納米復(fù)合材料的方法，其特征在于，包括采用溶劑熱法制備Fe3O4微球，再在Fe3O4微球上采用水熱法生長(zhǎng)ZnO納米棒。
[0010]具體地，所述的溶劑熱法制備Fe3O4微球包括:含鐵化合物、絡(luò)合劑及表面活性劑三者混合稀釋溶解后在200°C下進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物洗滌至中性后烘干即得Fe3O4微球。
[0011]更具體地，所述的含鐵化合物為FeCl3, FeCl3稀釋溶解后的濃度為0.1?0.3mol/L，所述的表面活性劑為PEG10000，PEG10000稀釋溶解后的濃度為0.0001?0.003mol/L，所述的絡(luò)合劑為CH3COONa, CH3COONa稀釋溶解后的濃度為0.5?0.7mol/L。
[0012]進(jìn)一步的，含鐵化合物、絡(luò)合劑及表面活性劑三者混合稀釋的溶劑為乙二醇。
[0013]另外，所述的在Fe3O4微球上采用水熱法生長(zhǎng)ZnO納米棒包括:將Fe 304微球、含鋅化合物、表面活性劑混合稀釋溶解后，再往混合溶液中加入強(qiáng)堿作為反應(yīng)源在90?150°C下保溫3?Sh進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物洗滌為中性并烘干即得Fe3O4-ZnO納米復(fù)合材料。
[0014]同時(shí)，F(xiàn)e3O4微球的濃度為0.01?0.lmol/L，所述的含鋅化合物為Zn(CH3COO)2,Zn (CH3COO) 2的濃度為0.03?0.5mol/L，所述的強(qiáng)堿為NaOH，NaOH與Zn (CH 3C00) 2的摩爾比為(NaOH): (Zn(CH3COO)2) = 8 ?15:1。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為:
[0016](I)本發(fā)明制備得到的Fe3O4-ZnO納米復(fù)合材料是在直徑為200?500nm的Fe3O4微球表面包覆著ZnO單晶納米棒，且ZnO單晶納米棒共球心沿Fe3O4磁性微球半徑方向排列，ZnO納米棒的直徑為30?lOOnm，其長(zhǎng)度為300?600nm，其長(zhǎng)徑比為3?12 ;從微觀結(jié)構(gòu)上看，F(xiàn)e3O4-ZnO納米復(fù)合物結(jié)構(gòu)具有很大的比表面積，可以用作氣敏傳感器；從分級(jí)結(jié)構(gòu)的物性融合上看，F(xiàn)e3O4-ZnO納米復(fù)合材料應(yīng)既對(duì)雷達(dá)波磁分量具有良好的吸收能力，也對(duì)雷達(dá)波電分量具有良好的吸收能力，是一種優(yōu)異的吸波材料；
[0017](2)本發(fā)明在制備Fe3O4-ZnO納米復(fù)合材料時(shí)，采用水熱法在Fe3O4微球表面生長(zhǎng)ZnO單晶納米棒，水熱過(guò)程中無(wú)需任何模板和催化劑，工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)率高，且成本低廉，適合批量生產(chǎn)；
[0018](3) Fe3O4微球作為核直接包覆生長(zhǎng)ZnO納米棒，所制備單晶ZnO納米棒形態(tài)均一，在Fe3O4微球上包覆均勻。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明中實(shí)施例1的X射線衍射(XRD，X-ray Diffract1n)圖譜；
[0020]圖2為本發(fā)明中實(shí)施例2的XRD圖譜；
[0021]圖3為本發(fā)明中實(shí)施例3的XRD圖譜；
[0022]圖4為實(shí)施例1的掃描電子顯微鏡(SEM, scanning electron microscopy)照片；
[0023]圖5為實(shí)施例2的SEM照片；
[0024]圖6為實(shí)施例3的SEM照片；
[0025]圖7為本發(fā)明一種荔枝狀Fe3O4-ZnO納米復(fù)合結(jié)構(gòu)典型的透射電子顯微鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明主要采用溶劑熱法與水熱法，通過(guò)控制反應(yīng)體系中錫鹽的濃度、堿鹽比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等因素獲得了一種Fe3O4-ZnO納米復(fù)合材料及制備該材料的方法，水熱過(guò)程中無(wú)需任何模板和催化劑，工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)率高，且成本低廉，適合批量生產(chǎn)；Fe304微球作為核直接包覆生長(zhǎng)ZnO納米棒，所制備單晶ZnO納米棒形態(tài)均一，在Fe3O4微球上包覆均勻。
[0027]圖7是本發(fā)明產(chǎn)物Fe3O4-ZnO納米復(fù)合材料中ZnO納米棒的選區(qū)電子衍射照片，照片上的衍射斑點(diǎn)揭示該ZnO納米棒是單晶。
[0028]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029]實(shí)施例一
[0030]以FeCl3.6H20、CH3COONa.3H20和PEG10000的混合物為溶質(zhì)，以乙二醇為溶劑，充分?jǐn)嚢瑁@得 0.2mol/L 的 FeCl3.6H20、0.65mol/L 的 CH3COONa.3H20 和 0.00286mol/L的PEG10000的乙二醇混合溶液，取出35mL乙二醇混合溶液移入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜(內(nèi)襯的容積為50ml)中，將其密封置于200°C烘箱中保溫8h，待反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行離心分離處理，并用無(wú)水乙醇洗滌多次，直到濾液的PH = 7，然后將所得產(chǎn)物置于烘箱中60°C下烘干，便得到Fe3O4微球；將Fe 304微球、Zn(CH3COO)2.2H20和PEG10000的混合物加入適量去離子水充分?jǐn)嚢?，所得混合溶液中Fe3O4微球?yàn)?.01mol/L, Zn(CH3COO)2.2H20為0.03mol/L, PEG10000 為 0.001mol/L，將混合溶液超聲處理 15 分鐘后，將 0.24mol/L NaOH溶液逐滴滴入到上述混合溶液后再次超聲15分鐘，便得到了前驅(qū)體溶液，取出35ml前驅(qū)體溶液移入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜(內(nèi)襯的容積為