[发明专利]纳米结构氧化锌及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氧化锌的制备方法，尽管不仅仅涉及但尤其涉及纳米结构氧化锌粉末的制备方法。

背景

氧化锌已经广泛地用于油漆、化妆品、涂料、电子设备、树脂和纤维。氧化锌的许多制备方法是已知的并且通常由作为起始材料的锌金属开始。通常，存在两种不同的制备氧化锌的方法。它们是湿化学方法和干/气相化学方法。

干化学方法通常使用将金属锌粉末蒸发的热源。蒸发的锌粉与主要包含氧气的加工气体反应而形成氧化锌。然后冷却和收集所得的氧化锌。这些方法通常属于两个区域：

a)将原材料预处理并投入热源如炉子中。在环境的合适控制下产生氧化锌的所需形态。这些通常是间歇法。

b)将原材料和加工气体在线预处理，然后将它们″注入″反应器以完成所需反应。这也更可能是间歇法。

在一些干化学方法，如US5066475公开的干化学方法中，需要将金属锌粉末预处理，用一层氧化膜将它涂覆然后在包含分子氧的环境中将该表面氧化的粉末热处理以产生晶须和四足氧化锌。为了发生完全氧化以避免未反应的锌污染最终产物，必须将体系的所需温度维持。在一些干化学方法，如EP1215174公开的干化学方法中，使用若干加热器获得体系的所需温度然后将温度维持。这些加热器为方法的不同阶段所需要。在这一出版物中，惰性气体首先穿过第一加热器以提高其温度，然后与金属锌粉末一起注入蒸发器。金属锌粉末蒸发，然后将蒸发器中的锌蒸气和惰性气体的混合物输入另一个加热器以进一步加热该混合物。这一混合物穿过喷嘴然后被注入反应器。同时，在又一个加热器中将氧化性气体加热，然后将它引入该反应器。在这一方法中使用若干加热器是为了确保金属锌粉末的完全氧化/反应。还为了确保连续操作和改进反应速度。为了提高从加热器元件到原材料气体的热传导，在这一现有技术中使用促进热传导的热传导性介质。然而，使用该热传导性介质(它与反应物物理接触)将增加所得产物的可能杂质，因为引入了更多外来材料。

在上面描述的方法中，蒸发和氧化在不同的腔室中进行。在此类体系中，维持该体系的所需温度以使蒸发和氧化进行完全可能是困难的。一个解决方案是使用若干适合的加热器或热维持设备以获得或维持所需温度。然而，由于需要将若干特制的加热器用于操作，生产成本往往较高。

在JP05097597中，将从燃烧室产生的燃烧气体(热源)加入反应烘箱。来自燃烧气体的热使被注入反应腔室的熔融的锌蒸发。所述蒸发的锌与燃烧气体反应而形成氧化锌。在这一方法中，蒸发和氧化在同一个腔室中进行。使用反应烘箱来补充不充足的由燃烧区产生的热将体系的温度维持。然而，由于燃烧气体产生的低温，由此产生的氧化锌的尺寸可能不具有所需的纳米尺寸。此外，燃烧气体是潜在的附加的杂质源。

发明的目的

因此，本发明目的是提供纳米级氧化锌的制备方法，该方法解决了上述缺点或者将至少为公众提供有用的选择。

发明概述

因此，在第一个方面中，本发明在于纳米结构氧化锌粉末的制备方法，该方法包括以下步骤：

a.将选自金属锌或锌化合物的锌源和包括氧化性气体的加工气体混合物(反应物)引入反应器，

b.同时在反应器中，将反应物加热到有效使锌蒸发和使所述反应物起反应的加工温度以形成粉末产物，和

c.回收所述粉末产物。

优选地，所述方法是连续方法。

优选地，所述加工温度为1200k-10,000K。

优选地，所述加工温度为1500K-3800K。

优选地，所述锌源是金属锌。

优选地，所述金属锌选自粉末锌和锌丝中的一种或两种。

优选地，金属锌是锌粉并且具有1毫米-1微米的平均颗粒尺寸。

优选地，所述金属锌粉末具有基本上5微米的平均颗粒尺寸。

优选地，所述平均锌粉颗粒尺寸为基本上5微米。

优选地，所述氧化性气体至少包含氧原子，并且其再结合势能高于ZnO的形成。

优选地，所述氧化性气体是氧气。

优选地，所述氧化性气体占加工气体混合物的5wt％-95wt％。

优选地，所述氧化性气体占加工气体混合物的10wt％-60wt％。

优选地，所述加工气体混合物包括惰性气体和辅助气体中的一种或多种。

优选地，所述加工气体混合物除了氧气之外还包括氩气和氮气以及氢气。

优选地，所述加工气体混合物包括氩气和空气。

优选地，使用热源将反应物加热到加工温度。

优选地，所述反应器包括热源。