[发明专利]一种片状氧化锌的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化锌，尤其是涉及一种具有分级结构的片状氧化锌纳米材料的制备方法，这种片状结构对乙醇气体都具有较高的灵敏度。

背景技术

气体传感器是传感器技术的重要组成部分，它可以将外界的非电信号转化为电信号，从而实现自动控制的目的。它广泛被用于检测有毒有害、易燃易爆气体，对生产、生活以及环保等都具有重要的意义。

ZnO是一种宽禁带氧化物半导体，可以作为电阻式气体传感器的材料，在气体传感器方面得到广泛的应用。ZnO材料来源广泛，制备简单，其熔点为1973℃，相对于其他氧化物，熔点较高，在空气中的热稳定性比较好，所以在传感器方面的应用具有热稳定性较好、成本低廉等优点。它的气体传感原理是利用表面反应来导致材料电阻发生变化，从而达到检测气体的目的，其原理可以简单叙述如下：在空气中，实际ZnO表面会吸附氧和氧负离子(O^-和O^2-)，在表面形成电子耗尽层，这个时候的电阻比较大。在一定的温度下，当与还原性气体接触时，表面吸附的氧会与气体反应，释放电子回表面电子耗尽层，材料的电阻变小。利用这种与被测气体接触前后电阻的变化可以检测被测气体。

关于ZnO纳米材料的合成及其在气敏传感器方面的应用已有许多的报道，但片状的ZnO却比较少，如安黛宗和殷庆瑞分别报道了一种合成单晶片状ZnO的制备方法(见公开号为CN1526857和CN176327的中国专利)，而占金华等(见公开号为CN101177296的中国专利)报道了一种片状多孔结构的ZnO纳米粉体的制备方法，但分级片状或者多孔片状ZnO还是难以通过溶液法、气相法直接合成，其性质也比较少受到关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高气敏灵敏度的片状氧化锌的制备方法，本方法利用热分解片状甘油锌前驱物的方法合成具有分级片状或者多孔片状结构的ZnO，它们对乙醇气体具有较高的灵敏度，可以做成酒敏传感器。

本发明包括以下步骤：

1)将无水醋酸锌分散在甘油中，再置入长石英管，按质量/体积比，无水醋酸锌的质量与甘油的体积比小于1/10；

2)将长石英管置于管式炉中加热，再取出冷却至室温，用水洗涤，离心，烘干得片状甘油锌前驱物；

3)将片状甘油锌前驱物加热，即可得片状氧化锌。

在步骤2)中，加热的温度最好为300～400℃，加热的时间最好保持至少0.5h，再取出冷却至室温。

在步骤3)中，加热的温度最好为400～600℃，加热的时间最好至少1h。

本发明利用合成片状前驱物，很容易地通过热分解的方法合成片状的ZnO，整个过程分为两个步骤进行，首先是片状前驱物的合成，然后是片状前驱物的分解转化为ZnO。整个过程具有以下突出优点：1)原料来源广泛，价格低廉；2)合成简单，并且适合大量生产；3)操作简单方便，不需要什么昂贵设备；4)合成温度低，能耗小，产率高；5)该方法没有使用对环境影响大的有机溶剂，而且合成过程不会有什么有毒气体产生，相对比较环保。

附图说明

图1为甘油锌热重分析(TG)图。在图1中，横坐标为温度Temperature(℃)，纵坐标为质量Mass(％)；样品的失重比为-46.4％。

图2为前驱物甘油锌的SEM图。在图2中，标尺为50μm。

图3为前驱物甘油锌的XRD图。在图3中，横坐标为衍射角2Theta(degree)，纵坐标为强度(a.u.)；插入部分为局部放大图。

图4为不同温度分解的ZnO的SEM图。在图4中，(A)400℃，标尺为20μm，放大图的标尺为100nm；(B)500℃，标尺为20μm，放大图的标尺为100nm；(C)600℃，标尺为20μm，放大图的标尺为100nm。

图5为不同温度分解的ZnO XRD图。在图5中，横坐标为衍射角2Theta(degree)，纵坐标为强度(a.u.)；自上至下的曲线相应的温度分别为400℃，500℃，600℃。

图6为不同温度分解的ZnO固体荧光图。在图6中，横坐标为波长Wavelength(nm)，纵坐标为强度Intensity(a.u.)；曲线(a)400℃，(b)500℃，(c)600℃。

图7为商品ZnO的SEM图。在图7中，标尺为200nm。