專利名稱：一種制備片狀或塊狀納米氧化鋅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米氧化鋅的制備方法，具體是一種制備片狀或塊狀納米氧化鋅的方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅(ZnO)是一種重要的寬禁帶半導(dǎo)體功能材料，室溫下能帶帶隙為3. ;3eV，激子束縛能高達(dá)60meV，在紫外波段具有強(qiáng)的自由激子躍遷發(fā)光，加上原材料資源豐富、價(jià)格便宜，對(duì)環(huán)境無毒無害，在太陽(yáng)能電池、感應(yīng)器及光催化領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。近年來人們已經(jīng)大量地研究了用不同的方法制備各種不同形貌的納米氧化鋅，像納米顆粒、納米線、 納米帶、納米管、納米片等，常用的制備方法主要有溶膠-凝膠法、直接沉淀法、微乳液法和水熱法等。目前已有報(bào)道用熱氧化法直接在銅鋅合金表面制備出了單晶的氧化鋅納米線和納米片，但是其氧化溫度較高達(dá)到500-600°C，而且氧化的氣氛要求比較嚴(yán)格，不易控制，本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，在熱氧化之前，先在室溫下用草酸溶液對(duì)銅鋅合金表面進(jìn)行活化，進(jìn)而使后來的氧化溫度大大地降低，氧化氣氛比較寬松，并控制條件最終生成了多晶的片狀或塊狀納米氧化鋅。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種制備片狀或塊狀納米氧化鋅的方法，其操作更加簡(jiǎn)單，條件更加溫和，成本較低。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種制備片狀或塊狀納米氧化鋅的方法，包括以下幾個(gè)步驟
(1)、以水或乙醇為溶劑，配制草酸溶液，草酸濃度為0.05mol/L至過飽和；
(2)、用磨砂紙除去銅鋅合金表面的氧化膜，然后使銅鋅合金在丙酮或者無水乙醇中超聲清洗以除去其表面的雜質(zhì)，再用蒸餾水沖洗，干燥處理；
(3)、將配好的草酸溶液滴在銅鋅合金表面，直至整個(gè)合金表面完全浸透，然后使其自然晾干；
(4)、將晾干后的銅鋅合金放入坩堝中，并將坩堝置于加熱爐中，在氧分壓為 0. 0001-latm的氮氧混合氣中，100-500 V的溫度下加熱30min-12h，然后將含有銅鋅合金的平底坩堝取出，自然冷卻至室溫，即可在銅鋅合金上得到片狀或塊狀納米氧化鋅。由本發(fā)明方法制備的納米SiO晶粒尺寸為5 30nm，這些ZnO納米晶粒構(gòu)成多晶片狀、立方狀、柱狀和棒狀的氧化鋅結(jié)構(gòu)。有益效果本發(fā)明所制備的產(chǎn)品為多晶的片狀或塊狀納米氧化鋅，其具有更大的表面積，應(yīng)用更加廣泛；本發(fā)明方法較現(xiàn)有技術(shù)條件溫度低，節(jié)約了能量，而且氧化氣氛比較輕松，方便操作；所用設(shè)備簡(jiǎn)單，環(huán)境污染少。


圖1為實(shí)施例1中所得的氧化鋅的掃描電鏡圖。圖2為實(shí)施例1中所得單個(gè)薄氧化鋅納米片的透射電鏡圖。圖3為圖2中納米片相應(yīng)的選區(qū)電子衍射圖。圖4為實(shí)施例2中所得的氧化鋅的掃描電鏡圖。圖5為實(shí)施例3中所得的氧化鋅的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式一種制備片狀或塊狀納米氧化鋅的方法，包括以下幾個(gè)步驟
(1)、以水或乙醇為溶劑，配制草酸溶液，草酸濃度為0.05mol/L至過飽和；
(2)、用磨砂紙除去銅鋅合金表面的氧化膜，然后使銅鋅合金在丙酮或者無水乙醇中超聲清洗以除去其表面的雜質(zhì)，再用蒸餾水沖洗，干燥處理；
(3)、將配好的草酸溶液滴在銅鋅合金表面，直至整個(gè)合金表面完全浸透，然后使其自然晾干；
(4)、將晾干后的銅鋅合金放入坩堝中，并將坩堝置于加熱爐中，在氧分壓為 0. 0001-latm的氮氧混合氣中，100-500°C的溫度下加熱30min-12h，然后將含有銅鋅合金的平底坩堝取出，自然冷卻至室溫，即可在銅鋅合金上得到片狀或塊狀納米氧化鋅。實(shí)施例1
取厚度為0. 03mm含鋅38% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的銅鋅合金片，用1000#細(xì)砂紙磨其表面，除去表層的氧化膜后，將合金片放入無水酒精中超聲波清洗10分鐘，以除去其表面的油污、灰塵，再用蒸餾水沖洗干凈，晾干，取濃度為0. 5mol/L的草酸溶液滴在合金片表面，直至整個(gè)合金片表面完全浸透，待表面自然干燥后，將合金片置于坩堝中，放入溫度為400°C的箱式爐中，在空氣中保溫2個(gè)小時(shí)，然后取出，自然冷卻至室溫，即可在合金片上得到一層灰色的氧化膜。用掃描電鏡(SEM)觀察銅鋅合金表面上的氧化物的形貌，結(jié)果見圖1，可以看到合金表面上有厚度大約為IMffl較大的片狀氧化物和許多厚度IOOnm的薄片狀氧化物。將少量氧化產(chǎn)物放在透射電鏡銅網(wǎng)上，并用透射電鏡(TEM)觀察，結(jié)果見圖2，可以看到單個(gè)薄納米片尺寸為lMffl，厚度約為30nm，圖3為圖2中納米片相應(yīng)的選區(qū)電子衍射圖，圖中出現(xiàn)了多晶衍射環(huán)，說明納米片是由多晶構(gòu)成的，經(jīng)過標(biāo)定圖中的衍射環(huán)對(duì)應(yīng)于六方ZnO的(103)，(110)，(102)，(101)，(100)晶面，說明這些納米片是由六方晶體的更細(xì)小的納米ZnO組成的，在納米片的高分辨像下，可以看到納米片是由尺寸為5-30nm的晶粒組成。實(shí)施例2
取厚度為0. 03mm的工業(yè)純鋅箔，用1000#細(xì)砂紙磨其表面，除去表層的氧化膜后，然后將工業(yè)純鋅箔放入丙酮中，經(jīng)超聲波清洗10分鐘，再用蒸餾水沖洗干凈，晾干，取濃度為 0. 5mol/L的草酸溶液滴在鋅箔表面，直至整個(gè)鋅箔表面完全浸透，待表面自然干燥后，將鋅箔置于坩堝中，放入溫度為100°c的箱式爐中，在空氣中保溫2個(gè)小時(shí)，然后取出，自然冷卻至室溫，即可在鋅箔上得到一層灰白色的氧化鋅膜。用掃描電鏡觀察鋅箔表面上的氧化鋅的形貌見圖4，鋅箔表面所得的相貌為立方塊狀的&ι0，尺寸約為IMmX IMmX lMm。
實(shí)施例3
取厚度為0. 03mm的工業(yè)純鋅箔，用1000#細(xì)砂紙磨其表面，除去表層的氧化膜后，然后將工業(yè)純鋅箔放入丙酮中，經(jīng)超聲波清洗10分鐘，再用蒸餾水沖洗干凈，晾干，取過飽和的草酸溶液滴在鋅箔表面，直至整個(gè)鋅箔表面完全浸透，待表面自然干燥后，將鋅箔置于坩堝中，放入溫度為100°C的箱式爐中，在空氣中保溫2個(gè)小時(shí)，然后取出，自然冷卻至室溫，即可在鋅箔上得到一層灰白色的氧化鋅膜。用掃描電鏡觀察鋅箔表面上的氧化鋅的形貌，見圖5，為長(zhǎng)條狀的&10，尺寸約為 IMmX IMmX IOMm,高倍鏡下觀察這些塊狀結(jié)構(gòu)的ZnO是由尺寸為IOnm左右的晶粒組成的。實(shí)施例4
將純銅和含鋅38% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的銅鋅合金稱重配比后，在真空電弧爐中冶煉成得到厚度為3mm的銅鋅合金，能譜儀測(cè)得該銅鋅合金的成分為7. 38at% Zn,(即銅鋅合金中Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%)，將冶煉后所得銅鋅合金裁成尺寸為IOmmX 5mmX 3mm的小長(zhǎng)方體，用IOOOs 金相砂紙磨其表面去除表層氧化皮，然后將其放入無水酒精中，超聲波清洗10分鐘，再用去離子水沖洗干凈，晾干后，取濃度為0. 5mol/L的草酸溶液滴在銅鋅合金表面，直至其整個(gè)表面完全浸透，待表面自然干燥后，放入舟型坩堝中，放入溫度為300 V的管式爐中，并在工業(yè)純氮?dú)庵?氧分壓很少，約為0. OOOlatm)保溫3個(gè)小時(shí)，然后取出，自然冷卻至室溫，即可在銅鋅合金上得到一層灰白色的氧化鋅膜。用掃描電鏡觀察銅鋅合金表面上所得的氧化鋅的形貌，為納米棒結(jié)構(gòu)，納米棒長(zhǎng)度大約為300nm，直徑小于lOOnm。實(shí)施例5
取實(shí)施例4中冶煉的含Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的銅鋅合金，裁成尺寸為IOmmX 5mmX 3mm的小長(zhǎng)方體，用IOOOs金相砂紙磨其表面去除表層氧化皮，然后將其放入無水酒精中，超聲波清洗10分鐘，再用去離子水沖洗干凈，晾干后，取濃度為0. 5mol/L的草酸溶液滴在銅鋅合金表面，直至其整個(gè)表面完全浸透，待表面自然干燥后，放入舟型坩堝中，放入溫度為300°C 的管式爐中，并在氧分壓為0. 33atm的氮氧混合氣體中保溫3個(gè)小時(shí)，然后取出，自然冷卻至室溫，即可在銅鋅合金上得到一層灰色的氧化鋅膜。用掃描電鏡觀察銅鋅合金表面上所得的氧化鋅的形貌，為分布較稀疏的薄納米片結(jié)構(gòu)，厚度大約小于lOOnm。實(shí)施例6
取實(shí)施例4中冶煉的含Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的銅鋅合金，裁成尺寸為IOmmX 5mmX 3mm的小長(zhǎng)方體，用IOOOs金相砂紙磨其表面去除表層氧化皮，然后將其放入無水酒精中，超聲波清洗10分鐘，再用去離子水沖洗干凈，晾干后，取濃度為0. 5mol/L的草酸溶液滴在銅鋅合金表面，直至其整個(gè)表面完全浸透，待表面自然干燥后，放入舟型坩堝中，放入溫度為300°C 的管式爐中，并在氧氣(氧分壓為Iatm)中保溫3個(gè)小時(shí)，然后取出，自然冷卻至室溫，即可在銅鋅合金上得到一層灰色的氧化鋅膜。用掃描電鏡觀察銅鋅合金表面上所得的氧化鋅的形貌，亦為納米片結(jié)構(gòu)，分布較密，這些納米片是由尺寸為10個(gè)nm左右的SiO晶粒組成。實(shí)施例7
取厚度為0. 03mm含鋅38%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的銅鋅合金片，用IOOOs細(xì)砂紙磨其表面，除去表層的氧化膜后，將合金片放入無水酒精中超聲波清洗10分鐘，以除去其表面的油污、灰塵， 再用蒸餾水沖洗干凈，晾干，取濃度為0. 05mol/L的草酸溶液滴在合金片表面，直至整個(gè)合金片表面完全浸透，待表面自然干燥后，將合金片置于坩堝中，放入溫度為500°C的箱式爐中，在空氣中保溫30min，然后取出，自然冷卻至室溫，即可在銅鋅合金上得到一層灰色的氧化鋅膜。用掃描電鏡觀察銅鋅合金表面上所得的氧化鋅的形貌，為納米片結(jié)構(gòu)。實(shí)施例8
取厚度為0. 03mm的含鋅38% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))的銅鋅合金片，用1000#細(xì)砂紙磨其表面，除去表層的氧化膜后，將合金片放入丙酮中超聲波清洗10分鐘，以除去其表面的油污、灰塵， 再用蒸餾水沖洗干凈，晾干，取濃度為0. 5mol/L的草酸溶液滴在合金片表面，直至整個(gè)合金片表面完全浸透，待表面自然干燥后，將合金片置于坩堝中，放入溫度為200°C的箱式爐中，在空氣中保溫12小時(shí)，然后取出，自然冷卻至室溫，即可在銅鋅合金上得到一層灰色的氧化鋅膜。用掃描電鏡觀察銅鋅合金表面上所得的氧化鋅的形貌，為納米片結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1. 一種制備片狀或塊狀納米氧化鋅的方法，其特征在于包括以下幾個(gè)步驟(1)、以水或乙醇為溶劑，配制草酸溶液，草酸濃度為0.05mol/L至過飽和；(2)、用磨砂紙除去銅鋅合金表面的氧化膜，然后使銅鋅合金在丙酮或者無水乙醇中超聲清洗以除去其表面的雜質(zhì)，再用蒸餾水沖洗，干燥處理；(3)、將配好的草酸溶液滴在銅鋅合金表面，直至整個(gè)合金表面完全浸透，然后使其自然晾干；(4)、將晾干后的銅鋅合金放入坩堝中，并將坩堝置于加熱爐中，在氧分壓為 0. 0001-latm的氮氧混合氣中，100-500°C的溫度下加熱30min-12h，然后將含有銅鋅合金的平底坩堝取出，自然冷卻至室溫，即可在銅鋅合金上得到片狀或塊狀納米氧化鋅。
全文摘要
一種制備片狀或塊狀納米氧化鋅的方法，涉及一種納米氧化鋅的制備方法，方法中以銅鋅合金為基體，先除去其表面的氧化膜及其他雜質(zhì)，清洗、干燥后，將預(yù)先配好的草酸溶液滴在合金表面上，使其完全浸透，自然晾干后，將其置于加熱爐中，在含氧氣氛中，100-500℃的溫度下加熱30min-12h后，取出自然冷卻至室溫，即可在銅鋅合金上得到片狀或塊狀納米氧化鋅。本發(fā)明所制備的產(chǎn)品為多晶的片狀或塊狀納米氧化鋅，其具有更大的表面積，應(yīng)用更加廣泛，本發(fā)明方法較現(xiàn)有技術(shù)條件溫度低，節(jié)約了能量，而且氧化氣氛比較輕松，方便操作。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102515249SQ20111043517
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者尤玉飛, 徐春花, 李炎, 楊飛, 王俊鵬, 王錄飛, 祝要民 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)