專利名稱：一種低溫濕化學(xué)制備氧化鋅納米棒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋅納米棒的制備方法，尤其涉及一種低溫濕化學(xué)法制備直徑低于100nm，長(zhǎng)度約為2μm氧化鋅納米棒的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，納米材料由于其特殊的尺寸效應(yīng)和界面效應(yīng)所帶來(lái)的顯著異于體相的物理、化學(xué)性質(zhì)，以及許多情況下表現(xiàn)出的量子效應(yīng)，使得納米結(jié)構(gòu)材料的制備和研究成為材料化學(xué)領(lǐng)域最前沿的領(lǐng)域之一。作為納米家族的重要成員的一維納米材料，由于其在實(shí)現(xiàn)介觀物理和納米器件上的應(yīng)用潛力，受到人們的普遍關(guān)注。
由于II-VI族半導(dǎo)體材料的一維納米結(jié)構(gòu)在光學(xué)、電子和機(jī)械等領(lǐng)域表現(xiàn)出了特殊的量子尺寸效應(yīng)，從而引起人們極大的研究興趣。ZnO為寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體，室溫下禁帶寬度為3.37eV，這使得ZnO很適合應(yīng)用于短波長(zhǎng)光學(xué)器件尤其是短波長(zhǎng)激光器；同時(shí)ZnO的激子結(jié)合能為60meV，因此室溫下不易被熱激發(fā)，具備了室溫下發(fā)射短波長(zhǎng)光的必要條件。
Yang等人通過(guò)VLS方法在藍(lán)寶石基底上生長(zhǎng)ZnO納米棒陣列并在室溫的環(huán)境中光泵浦激發(fā)下觀察到紫外激光發(fā)射(M.Huang，S.Mao，H.Feick，H.Yan，Y.Wu，H.Kind，E.Weber，R.Russo，P.Yang，Science 2001，292，1897)。由此掀開了對(duì)于ZnO一維納米結(jié)構(gòu)又一次的研究熱潮。一般來(lái)說(shuō)，制備一維ZnO納米結(jié)構(gòu)的方法主要有陽(yáng)極氧化鋁模板法、汽-液-固(VLS)法、金屬無(wú)機(jī)物氣相外延生長(zhǎng)法(MOVPE)以及更普遍采用的熱蒸發(fā)法等。雖然采用上述方法可獲得形態(tài)均一、滿足各向異性要求的一維納米結(jié)構(gòu)，但是反應(yīng)條件極端苛刻且都需要復(fù)雜、昂貴的設(shè)備。濕化學(xué)法制備一維ZnO納米棒所需條件較為溫和，成本較低且過(guò)程易控。現(xiàn)在，濕化學(xué)法在制備一維ZnO納米結(jié)構(gòu)中被廣泛采用，如微乳液生長(zhǎng)法、溶劑熱分解法和高溫濺射分解法。但此方法的缺點(diǎn)是較難獲得形態(tài)均一的納米棒結(jié)構(gòu)且很難控制納米棒的直徑低于100nm。此外，在反應(yīng)過(guò)程中由于ZnO納米棒是隨機(jī)地在反應(yīng)溶液中生長(zhǎng)，取向性難以控制，從而很難依靠其實(shí)現(xiàn)納米器件上的應(yīng)用。這些缺點(diǎn)限制了濕化學(xué)法在制備ZnO納米棒上的進(jìn)一步應(yīng)用，尤其是對(duì)于直徑的控制，如果直徑過(guò)大則有可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)ZnO納米棒的量子效應(yīng)，因此如何利用簡(jiǎn)單易行的濕化學(xué)法制備直徑低于100nm的ZnO納米棒已成為研究的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種氧化鋅納米棒，該納米棒的形態(tài)分布均一且直徑降至100nm以下，這樣的直徑分布及其有利于量子效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種上述氧化鋅納米棒的濕化學(xué)制備方法。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是以陰離子表面活性劑作為模板劑引導(dǎo)氧化鋅納米棒的生長(zhǎng)，并且在制備過(guò)程中采用冰水浴的手段，提供低溫環(huán)境抑止氧化鋅晶核的生長(zhǎng)，從而達(dá)到將氧化鋅納米棒直徑降至100nm以下的目的，所得產(chǎn)品形態(tài)分布均一。
本發(fā)明提出一種直徑低于100nm氧化鋅納米棒的濕化學(xué)制備方法，其制備步驟如下1一定量的十二烷基苯磺酸鈉和乙酸鋅在冰水浴條件下溶于二甲苯中。
2將上述混合物連續(xù)攪拌后得到混濁懸浮液，超聲分散。
3在連續(xù)攪拌的條件下，逐滴滴加水合肼至上述冰浴中的混濁液中。
4隨著反應(yīng)的進(jìn)行，有乳白色的前驅(qū)物產(chǎn)生，將此前驅(qū)物加熱回流適當(dāng)時(shí)間。
5將回流后的產(chǎn)品離心、分別用無(wú)水乙醇和蒸餾水清洗若干次后，真空條件下70℃干燥12小時(shí)后得到白色粉末狀產(chǎn)品。
與傳統(tǒng)的制備氧化鋅納米棒的濕化學(xué)法相比，本發(fā)明克服了產(chǎn)品形態(tài)分布不均一以及很難控制納米棒的直徑低于100nm的缺點(diǎn)，使ZnO納米棒更易實(shí)現(xiàn)量子效應(yīng)。利用本發(fā)明的方法制備氧化鋅納米棒，其工藝實(shí)施簡(jiǎn)單、可重復(fù)性好、制備成本低廉，所制備的ZnO納米棒直徑為80～100nm，長(zhǎng)度約為2μm。作為一種功能材料，在光學(xué)、電子和機(jī)械等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。不僅如此，本發(fā)明中ZnO納米棒各相異性生長(zhǎng)的模板機(jī)理還可用于設(shè)計(jì)其它化合物半導(dǎo)體材料一維納米結(jié)構(gòu)的制備。


圖1為本發(fā)明制備的氧化鋅納米棒的掃描電子顯微分析圖。圖中顯示所制備氧化鋅納米棒的形態(tài)分布均一，可以看出該方法得到的氧化鋅納米棒直徑為80～100nm，長(zhǎng)度約為2μm，圖中插入部分可以看出明顯的六方柱狀結(jié)構(gòu)。
圖2為本發(fā)明制備的氧化鋅納米棒的X射線衍射圖。圖中氧化鋅納米棒的各衍射峰的位置與JCPDS卡(No.36-1451)相吻合，表明所得ZnO納米棒屬于六方晶型。不僅如此，XRD中沒有雜質(zhì)峰的存在，說(shuō)明所得樣品純度很高。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出一種直徑低于100nm氧化鋅納米棒的濕化學(xué)制備方法，其制備步驟如下在冰水浴中將30ml二甲苯降低溫度至0℃～5℃后，首先稱取0.22g乙酸鋅加入至低溫條件下的二甲苯中，強(qiáng)烈攪拌后使其溶解，再將2～4g(濃度范圍6.95wt％～13.00wt％)十二烷基苯磺酸鈉加入并充分?jǐn)嚢瑁玫交鞚釕腋∫?，將此懸浮液超?0～40分鐘后繼續(xù)強(qiáng)力攪拌1小時(shí)后得到輕微混濁的懸浮液。用微取液器量取0.8ml水合肼溶液，4倍體積的無(wú)水乙醇稀釋后，在連續(xù)攪拌的條件下逐滴滴加至上述冰浴中(0℃～5℃)的懸浮液中。反應(yīng)1～3小時(shí)后得到乳白色的前驅(qū)體。撤去冰浴，將此前驅(qū)體加熱至100℃～140℃回流2～7小時(shí)后得到乳白色產(chǎn)品。4000rmp速度下離心后，分別用無(wú)水乙醇和蒸餾水清洗，最后在真空下70℃干燥8～13小時(shí)得到白色粉末狀產(chǎn)物，即得氧化鋅納米棒。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明實(shí)施例1在冰水浴中將30ml二甲苯降低溫度至0℃～5℃后，首先稱取0.22g乙酸鋅加入至低溫條件下的二甲苯中，強(qiáng)烈攪拌后使其溶解，再將2.8g十二烷基苯磺酸鈉加入并充分?jǐn)嚢瑁玫交鞚釕腋∫?，將此懸浮液超?0分鐘后繼續(xù)強(qiáng)力攪拌1小時(shí)后得到輕微混濁的懸浮液。用微取液器量取0.8ml水合肼溶液，4倍體積的無(wú)水乙醇稀釋后，在連續(xù)攪拌的條件下逐滴滴加至上述冰浴中(0℃～5℃)的懸浮液中。反應(yīng)3小時(shí)后得到乳白色的前驅(qū)體。撤去冰浴，將此前驅(qū)體加熱至100℃回流5小時(shí)后得到乳白色產(chǎn)品。4000rmp速度下離心后，分別用無(wú)水乙醇和蒸餾水清洗，最后在真空下70℃干燥12小時(shí)得到白色粉末狀產(chǎn)物，即得氧化鋅納米棒。如圖1所示，納米棒直徑范圍在80nm～100nm，長(zhǎng)度約為2μm。
實(shí)施例2在冰水浴中將30ml二甲苯降低溫度至0℃～5℃后，首先稱取0.22g乙酸鋅加入至低溫條件下的二甲苯中，強(qiáng)烈攪拌后使其溶解，再將2.8g十二烷基苯磺酸鈉加入并充分?jǐn)嚢瑁玫交鞚釕腋∫?，用微取液器量?.8ml水合肼溶液，4倍體積的無(wú)水乙醇稀釋后，在連續(xù)攪拌的條件下逐滴滴加至上述冰浴中(0℃～5℃)的懸浮液中。反應(yīng)3小時(shí)后得到乳白色的前驅(qū)體。撤去冰浴，將此前驅(qū)體加熱至100℃回流5小時(shí)后得到乳白色產(chǎn)品。4000rmp速度下離心后，分別用無(wú)水乙醇和蒸餾水清洗，最后在真空下70℃干燥12小時(shí)得到白色粉末狀產(chǎn)物，即得氧化鋅納米棒。納米棒直徑范圍在300nm～500nm，長(zhǎng)度約為5μm。
權(quán)利要求
1.一種低溫濕化學(xué)制備氧化鋅納米棒的方法，其主要特征在于合成中采用冰水浴提供低溫環(huán)境控制納米棒直徑，以陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉為模板劑引導(dǎo)納米棒生長(zhǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低溫濕化學(xué)制備氧化鋅納米棒的方法，其特征在于冰水浴控制溫度范圍在0℃～5℃之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低溫濕化學(xué)制備氧化鋅納米棒的方法，其特征在于十二烷基苯磺酸鈉的濃度范圍為6.95wt％～13.00wt％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種低溫濕化學(xué)制備氧化鋅納米棒的方法，其特征在于制備工藝包括以下步驟(1)在冰水浴中將30ml二甲苯降低溫度至0℃～5℃后，首先稱取0.22g乙酸鋅加入至低溫條件下的二甲苯中，強(qiáng)烈攪拌后使其溶解，再將2.8g十二烷基苯磺酸鈉加入并充分?jǐn)嚢?，得到混濁懸浮液?2)將步驟(1)得到的混濁懸浮液超聲分散30分鐘后，在低溫(0℃～5℃)下繼續(xù)攪拌1小時(shí)后，可得到輕微混濁的液體；(3)量取0.8ml的水合肼并用4倍體積的無(wú)水乙醇稀釋，在持續(xù)攪拌的條件下緩慢滴加到步驟(2)所得到的輕微混濁液中。待全部水合肼加入完畢后，低溫(0℃～5℃)下繼續(xù)攪拌1～4小時(shí)即得到前驅(qū)體；(4)將步驟(3)得到的前驅(qū)體加熱至100℃～140℃，回流3～8小時(shí)，得到乳白色的懸浮液，離心并分別用無(wú)水乙醇和蒸餾水洗滌，70℃下真空干燥12小時(shí)，得到白色松散的粉末狀樣品，即得到氧化鋅納米棒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧化鋅納米棒的制備方法。本方法在制備過(guò)程中采用了冰水浴提供低溫環(huán)境來(lái)控制氧化鋅納米棒的直徑，并以十二烷基苯磺酸鈉為模板劑引導(dǎo)納米棒的生長(zhǎng)，制得ZnO納米棒直徑約為80～100nm，長(zhǎng)度約為2μm。與以往制備氧化鋅納米棒的濕化學(xué)法相比，本發(fā)明方法制備的氧化鋅納米棒形態(tài)均一且直徑降至100nm以下，更有利于量子效應(yīng)的實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明方法工藝實(shí)施簡(jiǎn)單、可重復(fù)性好、制備成本低廉。所制備的ZnO納米棒，作為一種功能材料和半導(dǎo)體材料，在光學(xué)、電子和機(jī)械等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。附圖顯示了本方法制得的氧化鋅納米棒的外形特征。
文檔編號(hào)B82B3/00GK1769183SQ20041007322
公開日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2004年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月3日
發(fā)明者趙曉鵬, 李佳, 劉秀蘭 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)