[发明专利]一种新型纳米氧化锌的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体及光学材料制备技术领域，特别涉及一种新型纳米氧化锌的制备方法。

背景技术：

ZnO半导体的禁带宽度为3.37eV，激光束能够达到60eV，具有优异的压电和光电性能。近年来ZnO半导体被用作第三代半导体以及新一代光学材料的研究引起了人们的广泛关注，纳米氧化锌作为纳米材料和重要半导体氧化物的完美结合，颗粒的细微化及比表面积急剧增加使得纳米ZnO具有了其块状材料所不具备的新的性质。因此，纳米ZnO在磁、光、电等领域具有一般ZnO材料无法匹敌的特殊功能和新的用途。它是21世纪世界各国投巨资开发研制的新材料，也是我国“863”计划攻关的重大课题。目前，我国各类氧化锌的年需求量在150万吨左右，而且需求量不断提高，今后ZnO必会有更加广阔的市场前景。因此，纳米氧化锌的制备技术和方法的开发显得尤为重要。

当前，制备纳米氧化锌的方法主要包括：化学沉降法、溶胶凝胶法、微乳液法、喷雾热解法、水热合成法、固相反应法、激光诱导化学法等，不同的方法制得的纳米氧化锌的结构和尺寸及其均匀度有较大的差异。而纳米氧化锌的形貌和尺寸及其均匀度直接影响产品的性能。不同结构、不同尺寸的氧化锌的光、电、磁等性能有很大的差异。

大量的研究表明，影响纳米氧化锌微观结构及性能的主要因素是反应速率和结构导向作用。反应速率过高，会使产物抱团，最终失去纳米结构；结构导向剂的微观结构影响着产物的微观结构和形貌。

高吸水树脂是一种具有独特的吸水保水能力的功能高分子材料，它是由轻度交联的高分子链构成的，不溶于水和有机溶剂，能吸收自身重量几百倍乃至上千倍的水而呈凝胶状，该凝胶保水能力强且无毒无味。对该凝胶的微观结构进行研究发现，吸入高吸水树脂内部的水有三种状态，分别为自由水(Free water)，中间态水(Intermediate water)和结合水(Bound water)，绝大部分为自由水。其中结合水与高分子链上的官能团发生强烈的氢键作用，这部分水不再具有普通水分的一些性质，例如其凝固点低于0℃，在有些高吸水树脂中可达-100℃，自由水几乎不与这些官能团相互作用，其凝固点还是0℃，又称为冻结水；中间态水与介于两者之间，与结合水之间有一定的氢键作用，其凝固点在0℃以下，在结合水凝固点之上。高分子链，中间态水和结合水通过氢键作用将大量的自由水束缚在高分子链的三维网络中(结构模型如图1所示)，进而形成一个个彼此相连的细胞状结构，所以即使对水凝胶加压也不会将水挤出来，从而使高吸水树脂具有了优异的吸水保水功能。

    吸水后的高吸水树脂具有张开的三维高分子网络结构和缓慢释放的性质特点，从理论上讲这些特点可以用来设计新型纳米材料：缓慢释放的特点可以控制反应速度，张开的三维高分子网络可以作为软模板和导向剂来调整产物的微观结构和形貌。

    发明内容：

本发明的目的是提供一种新型纳米氧化锌的制备方法，其特征在于，采用高吸水树脂为模板，利用其模板和结构导向作用在高吸水树脂内部生成纳米氧化锌，具体制备步骤如下：

（一）纳米网状结构氧化锌的制备

A：配制氨水溶液和锌盐溶液，氨溶液的体积浓度为5%-15%，锌盐溶液的浓度为0.75～2g/L；

B：制备氨水凝胶细末：取一定质量的高吸水树脂加入到配制的氨水溶液中，放置12～24h至体系达到吸附平衡，此时体系为凝胶状的胺液凝胶，将该凝胺液凝胶在孔径为0.5-1.5微米的筛子上筛成细末，并多筛几遍，以保证其凝胶细末颗粒均匀，避免因一次过筛时产生条状凝胶而使反应物间的接触面积减小，从而导致反应进行不充分；

C：将步骤B中的凝胶细末与锌盐溶液同时加入反应器中，搅拌使其充分混合均匀，在45～55℃恒温水浴中反应2～3h；

D：将步骤C所得到的反应液静置后在5000～10000rpm的转速下离心，离心时间为5～10min；

E：在离心后的产物中加入大量无水乙醇并搅拌一段时间，将所得的沉淀静置分离，将沉淀洗涤、干燥即得氧化锌/树脂复合体；所得清液中分散着三维网状纳米材料； 

（二）以纳米网状结构为模板制备多角状纳米氧化锌

A：在步骤（一）E所得的含有纳米网状结构的清液中加入一定质量氨水配成体积浓度为5%-15%的氨水溶液；

B：在步骤（二）A的溶液中再加入一定质量的固体锌盐，并使其浓度与步骤（一）A的锌盐溶液浓度相同；

C：将步骤（二）B的反应液加入反应器中，搅拌使其充分混合均匀，在45～55℃恒温水浴中反应2～3h；