[发明专利]一种ZnO晶须及基于水热技术制备ZnO晶须的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种ZnO晶须的制备方法，尤其是涉及一种ZnO晶须及基于水热技术制备ZnO晶须的方法。

背景技术

我国锌资源丰富，地质储量居世界第一位，但售锌产品主要以低廉价格的硝酸锌、硫酸锌、氯化锌和普通氧化锌等为主，而性能优良、高附加值的ZnO晶须产品至今尚未得到大规模工业化应用。近年来，由于市场竞争的冲击和科学技术的推动，传统锌冶金企业正经历着一场重大变革，国内诸多锌冶金企业的战略方法也发生很大转变，从20世纪50～60年代的“规模效益第一”，经过70～80年代“价格竞争第一”和“质量竞争第一”，发展到现在的“市场响应速度第一”。因此，如何在传统锌冶金生产中引入快速响应纳米制造技术，对我国锌冶金产品制造企业而言是必要和迫切的，对促进我国锌资源的增值利用具有重要的意义。

ZnO是一种宽禁带宽(3.3eV)的半导体材料，ZnO晶须原子结构排列高度有序，内部缺陷较少，其强度和模量均接近其完整晶体材料的理论值，是一种力学性能十分优异的复合材料补强增韧剂。ZnO晶须主要作为一种增强剂，譬如用在橡胶工业，可提高其强度、韧性、硬度、耐热性、耐磨性、耐腐蚀性和触变性等，还可具有导电、绝缘、抗静电、减振、阻尼、隔音、吸波、防滑、阻燃等多种功能。目前ZnO晶须的主要制备方法是热蒸发方法，该方法主要以锌粉为原料，在1000-1300℃反应温度下，通过对氮气流量、反应温度、反应时间等工艺参数的调控，制备ZnO晶须产品。虽然该方法制备ZnO晶须产率较高(>85％)，但存在制备能源消耗大、设备要求苛刻、工艺流程复杂、产率偏低，生产难以形成规模，不适合在补强增韧剂等复合材料领域的大规模应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种ZnO晶须及基于水热技术制备ZnO晶须的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种ZnO晶须，其特征在于，该ZnO晶须长度在50-80微米、ZnO晶须顶端呈针状、ZnO晶须长径比大于50。

一种基于水热技术制备如权利要求1所述ZnO晶须的方法，该方法包括以下步骤：

(1)分散剂预处理二价锌盐溶液工序：将二价锌盐溶液与分散剂在室温下混合；

(2)二价锌盐溶液的沉降工序：往步骤(1)得到的二价锌盐溶液中添入沉淀剂，混合均匀，调节混合溶液的pH值为8～11，得到前驱体溶液；

(3)前驱体的水热反应工序：将步骤(2)生成的前驱体溶液直接转入水热反应装置中，在150-260℃水热反应5-15小时；

(4)产物的洗涤及干燥工序：将步骤(3)中水热反应后得到的产物进行分离、洗涤、干燥后，得到ZnO晶须产品。

所述的二价锌盐选自Zn(NO₃)₂·6H₂O、ZnSO₄·7H₂O和ZnCl₂中的一种或几种。

步骤(1)中在室温下混合的温度为25℃，混合的搅拌转速为700～1000转/min。

所述的分散剂选自十二烷基苯磺酸钠、十六烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、月桂酸钾和三嵌段共聚物中的一种或几种。

所述的三嵌段共聚物为F127或P123。

步骤(1)中二价锌盐与分散剂的摩尔比为100：1，其中二价锌盐溶液的浓度为0.2-0.5摩尔/升。

所述的沉淀剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵、碳酸氢钠、碳酸氢钾和碳酸氢铵中的一种或几种，其添加量与二价锌盐溶液中的锌离子浓度比在1：1至1.5：1之间。

步骤(2)中混合的搅拌时间为0.5～1h。

步骤(4)所述的分离为过滤分离，所述的洗涤为用去离子水洗涤滤饼，所述的干燥为先用离心机将滤饼甩干，然后再用气流干燥机于100～120℃下烘干，即得到ZnO晶须产品。

与现有技术相比，本发明方法制备的ZnO晶须具有成本低、产品纯度高、形貌规则、ZnO晶须的形貌转化率可以达到95％以上、ZnO晶须长度在50-80微米、ZnO晶须顶端呈现针状特性、ZnO晶须长径比大于50、生产工艺稳定和易于大规模生产等突出优点。本发明方法主要通过对ZnO晶须前驱体的形貌结构进行精细调控，使得ZnO晶须前驱体具有单分散特性，避免出现大量具有缺陷结构特性的前驱体(缺陷结构的ZnO晶须前驱体能够阻抑ZnO晶须在一维方向的定向和持续生长)，从而使得制备的ZnO晶须长度达到50～80微米，转化率达到95％以上。