[发明专利]一种气化氧化法制备不同形貌氧化锌晶须的工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化锌晶须的制备方法，特别涉及一种利用气化氧化法制备不同形貌氧化锌晶须的工艺方法，属于无机材料制备工艺技术领域。

背景技术

氧化锌本身具有优良的光、电性能，比如压电性，半导体性，光折射性，而其低廉的价格又为其广泛应用打下基础。氧化锌晶须在现代工业中有着广泛的应用。四脚、多脚氧化锌晶须可广泛用作金属、合金、陶瓷、橡胶、树脂、塑料等材料的增强材料，可以各向同性的改善其抗拉，抗弯，抗磨等性能及高温下的化学稳定性和形稳性；具有高比重性，可作为吸声抗震材料。作为近场光学显微镜探头和蓝光激光器的研究也正在进行中。

目前已经报道的氧化锌晶须主要是针状和四脚状两种。日本专利公报No.50-6597，No.60-5529描述了针状晶须的制备方法。采用管式炉，在特定腔体中形成锌蒸气，然后引入有温差的氧化气氛中生长。日特开平4-144,995、日特开平5-97,597及日特开平4-170,339分别提供了自己的四脚晶须制备装置。《晶体生长》(Journal of crystal growth)1990年102卷965页曾报道了一种四脚氧化锌晶须的制备方法，主要是采用水浸磨处理，制备表面粗糙的前驱物，然后在900℃以上气化氧化制得。后来又于1993年在同一杂志128卷1099页发表文章，采用Zn/Sn合金来参与成核和生长，制备出八脚晶须和部分多脚晶须。这些方法都是以锌粉为原料，采用在一定条件下气化氧化的方法制成了目标产物。但是现有的制备方法还需进一步简化，采用Zn/Sn合金制备多脚晶须，其生产成本还需降低，而其他形貌的氧化锌晶须制备则少有报道，尚不能满足科技发展的需要。

发明内容

一种气化氧化法制备四脚氧化锌晶须的方法，其特征在于按如下步骤进行：

(1)锌粉暴露于空气中，使其表面自然形成氧化物薄膜；

(2)将上述所得锌粉直接放入温度为700℃～1200℃的高温炉中，加热5～60分钟，即可制四脚晶须。

一种气化氧化法制备束管状氧化锌晶须的方法，其特征在于按如下步骤进行：

(1)将锌粉直接放入温度为700℃～1200℃的高温炉中，加热5～20分钟后，取出；

(2)冷却、再加热，即可制得束管状氧化锌晶须。

一种气化氧化法制备多脚氧化锌晶须的方法，其特征在于按如下步骤进行：

(1)将锌粉用铜离子浸蚀，反应生成的铜单质附着在锌粉表面，使表面粗糙化；生成物用去离子水洗涤并烘干；

(2)得前驱物放入温度为700℃～1200℃的高温炉中，加热5～60分钟，可制得多脚氧化锌晶须。

一种气化氧化法制备梳状氧化锌晶须的方法，其特征在于按如下步骤进行：

(1)将锌粉直接放到已经升温到700℃～1200℃的高温炉中加热，氧化形成表面的氧化锌硬壳，然后将其取出；

(2)将硬壳掀开复盖上，使周边出现大的裂缝，再次于700℃～1200℃加热，控制时间大于10分钟，即可氧化形成梳状晶须。

一种气化氧化法制备羽毛状氧化锌晶须的方法，其特征在于按如下步骤进行：

(1)接将锌粉放入温度为700℃～1200℃的高温炉中加热，表面的锌氧化形成氧化锌硬壳后取出；

(2)将硬壳掀开复盖上，使周边出现大的裂缝；

(3)再次于700℃～1200℃加热，炉冷至室温，可以收集得到羽毛状氧化锌晶须。

一种气化氧化法制备阵列状状氧化锌晶须的方法，其特征在于按如下步骤进行：

(1)直接将锌粉放入温度为700℃～1200℃的高温炉中加热，表面的锌氧化形成氧化锌硬壳后取出；

(2)在硬壳上制造一个直径1～5mm的洞，体系迅速放回700℃～1200℃的高温炉中再加热，在原先成洞处可得形状如烟筒的筒状产品，晶须阵列生长在烟筒内壁。

本发明充分利用了锌金属的低沸点性，其成核和生长都受到锌蒸气气流的影响。四脚和多脚的晶须的制备，氧化锌晶须在空气中自然地或者在铜影响下成核，其过程不同于一般地在金属表面发生的氧化生长，因此具有特殊的形貌。束管状晶须的制备则是利用降温使晶须生长点分化，因此一根变多根，实心变空心。羽毛状、梳状氧化锌晶须的制备，主要是利用锌气流的方向来促进晶须一侧的生长能力，然后以此为生长点，形成特殊的形貌。晶须阵列则是利用了锌蒸气气流在通过某一通道冲出时与氧气相遇，形成的氧化锌自然沉积在端口处使端口抬高，这一过程具有自组织特性，因此可以在“烟筒”内部生长形成阵列。