[发明专利]一种稀土掺杂氧化锌纳米阵列/空心玻璃微珠复合结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机纳米材料的制备及应用领域，特别是涉及一种稀土掺杂氧化锌纳米阵列/空心玻璃微珠复合结构及其制备方法。具体涉及一种通过无模板法在空心玻璃微珠表面生长稀土掺杂氧化锌纳米阵列的新方法。

背景技术

空心玻璃微珠是上个世纪五、六十年代发展起来的一种微米级新型轻质材料，由于具有优异的理化性能和使用性能，被誉为“空间时代材料”。它具有密度低、熔点高、电绝缘性好、流动性好、收缩率小、稳定性强、隔热、隔音、耐高温、导热系数和热收缩系数小等一系列优点，可以与其他无机材料和高聚物制备各种复合材料，被广泛应用于高档建材、塑料、橡胶、电绝缘材料、汽车、航空航天，以及军事特种高分子复合材料等领域。

纳米氧化锌尺寸介于1～100nm之间，是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，表现出许多特殊的性质，如光催化性、非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇特性能，可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。稀土金属具有独特的4f亚层电子结构，几乎可以喝所有元素发生反应，形成多价态、多配位数的化合物，具有许多优异的光、电、磁等特性。稀土掺杂氧化锌在电磁、压敏、光学、超导和生物活性等方面得到了广泛应用，是一种新型的特种材料。将稀土掺杂纳米氧化锌与空心玻璃微珠相结合，制备的功能复合体具有重要的应用意义。

基于此，本发明专利提出一种稀土掺杂氧化锌纳米阵列/空心玻璃微珠复合结构及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稀土掺杂氧化锌纳米阵列/空心玻璃微珠复合结构及其制备方法。具体为一种以醋酸锌、乙二醇甲醚和络合剂为原料在空心玻璃微珠上制备纳米晶种子层，再将此空心玻璃微珠放入稀土硝酸盐和硝酸锌的生长液中，控制反应温度和时间可得到稀土掺杂氧化锌纳米阵列/空心玻璃微珠复合结构。经该方法制备的复合结构具有核壳结构，其中核为空心玻璃微珠，壳为垂直与空心玻璃微珠表面生长的稀土掺杂氧化锌纳米阵列结构。该方法工艺简单，具有较高的实际应用价值。

为实现这样的目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种稀上掺杂氧化锌纳米阵列/空心玻璃微珠复合结构及其制备方法，其原料的质量组成为：

(1)种子层溶液：醋酸锌1～10份，乙二醇甲醚10～100份，络合剂1～5份。

(2)生长液：硝酸锌10～60份，稀土硝酸盐0.1～3份，六次甲基四胺10～50份，蒸馏水500～2000份，空心玻璃微珠2～30份。

优选地，所述的络合剂为柠檬酸、单乙醇胺、六次甲基四胺的一种或几种的混合物。

优选地，所述的稀土硝酸盐为硝酸镧、硝酸铈、硝酸镱、硝酸钇、硝酸铕、硝酸铽、硝酸钐、硝酸钕、硝酸钷、硝酸钆、硝酸镝、硝酸钬、硝酸铒、硝酸铥和硝酸镥的一种或几种的混合物。

优选地，所述的空心玻璃微珠平均粒径为20～40μm，分布范围为5～100μm。

本发明还提供一种稀土掺杂氧化锌纳米阵列/空心玻璃微珠复合结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)按计量将醋酸锌和乙二醇甲醚充分混合，静置2h，滴加络合剂，搅拌2h，再加入空心玻璃微珠，搅拌，过滤，干燥，在450℃下烧制2h。

(2)按计量将稀土硝酸盐、硝酸锌、六次甲基四胺和蒸馏水充分混合，配制成生长液，将步骤(1)中制得的空心玻璃微珠加入生长液中，在80～100℃下保温4h，即得稀土掺杂氧化锌纳米阵列/空心玻璃微珠复合结构。

本发明所具有的有益效果：

本发明的目的在于提供一种稀土掺杂氧化锌纳米阵列/空心玻璃微珠复合结构及其制备方法。首先在空心玻璃微珠上制备纳米晶种子层，再将此空心玻璃微珠放入生长液中，制备得到稀土掺杂氧化锌纳米阵列/空心玻璃微珠复合结构。经该方法制备的复合结构具有核壳结构，其中核为空心玻璃微珠，壳为垂直与空心玻璃微珠表面生长的稀土掺杂氧化锌纳米阵列结构。该复合结构不仅具有空心玻璃微珠的轻质、隔热等性能，还具有纳米氧化锌的光催化性能，而且经过了稀土掺杂后，纳米氧化锌的光催化性能得到改善，该复合结构可应用于特殊领域的光催化材料的制备。

附图说明

图1为未经表面改性的空心玻璃微珠扫描电子显微镜图；

图2为实施例1中稀土铈掺杂氧化锌纳米阵列/空心玻璃微珠复合结构扫描电子显微镜图；