[发明专利]ZnO介孔纳米纤维

说明书

本发明公开的ZnO介孔纳米纤维，纳米纤维主要组成元素为Zn、O和其它不可避免的杂质元素，纳米纤维具有多孔结构，多孔结构的孔包括介孔；其中Zn、O元素在纳米纤维中的主要表现形式为ZnO，纳米纤维在垂直于生长轴法向截面为圆形或者椭圆形或者扁带状或者近圆形或者近椭圆形或者近扁带状。本发明结构简单稳定，生产方便，质量稳定性好，具有较好的重复性，便于扩大生产规模。

技术领域

本发明涉及一种一维纳米纤维材料，特别是ZnO介孔纳米纤维。

本发明中TS指茶皂素；ZnAc指代醋酸锌，包括含水醋酸锌或者无水醋酸锌；圆形或者椭圆形或者扁带状中的圆形或者椭圆形或者扁带状或者近圆形或者近椭圆形或者近扁带状包括而不限于正圆、光滑或者不光滑的近圆形、椭圆、光滑或者不光滑的近椭圆形、扁平带状、光滑或者不光滑或者曲折的扁形结构。

背景技术

由于一维纳米材料在光电子学、电子学、热力学等方面表现出来的特性以及在光电、微电子器件、环境以及生物医学等领域的潜在应用前景，收到了越来越多的重视。ZnO是一种重要的II-V族直接带系宽禁带半导体材料，具有合适的禁带宽度，常温下为3.37eV，较高的激子束缚能，高于60meV，低廉的价格，较好的导电、导热性能和很高的化学稳定性，这使得纳米ZnO材料在半导体材料、光电转化、光催化以及传感器等领域有广阔应用前景。一维无机纳米材料，由于其不同于块体材料的独特物理化学性能使它们在未来纳米器件等领域有着巨大的潜在应用前景。制备一维ZnO材料的方法有很多种，其中静电纺丝法是近年来发展起来的一种制备ZnO纳米纤维的方法。静电纺丝技术始于上世纪30年代，兴起于上世纪90年代。由于其制备工艺简单，成本低廉等特点越来越受到重视，其应用领域也逐渐由纺织业向生物医学、半导体等领域拓展。所制备纤维的类型也由最初的高分子材料发展到无机材料和无机/有机复合材料。电纺ZnO纳米纤维本身比表面积大、可以制备较长的一维结构，电纺聚合物/ZnO纳米纤维可以发射出较强白光，可应用于白光纳米器件，如LED和平板显示器件。

此外，一维介孔ZnO材料具有宽带系、高载流子迁移率、高化学稳定性以及独特的高比表面积等诸多优异物理特性，在光催化、生物医学、光电探测、气体传感器以及太阳能电池等领域应用广泛。各种形貌结构、掺杂体系的一维介孔ZnO纳米材料的制备研究已经引起世界各国研究者的密切关注。

目前，ZnO介孔纳米纤维材料的制备研究已经取得了重大的进展，成功研制出了静电纺丝法、水热法、模板法和气相沉积法。但仍然面临着制备工艺复杂、材料纯度较低、比表面积偏低等困难和挑战。而且，ZnO介孔纳米纤维材料结构精细调控的工作还未见报道，严重制约了ZnO材料的发展。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开的ZnO介孔纳米纤维结构稳定，在作为光电材料时具有良好的活性和反应灵敏度，同时产品纯度高，通过调节静电纺丝前驱体溶液中水和乙醇的含量，实现了ZnO一维纳米结构从介孔圆柱状纤维到介孔椭圆柱状纤维再到介孔带状纤维的可控转变，并且工艺简单操作方便，具有良好的重复性。

本发明公开的ZnO介孔纳米纤维，纳米纤维主要组成元素为Zn、O和其它不可避免的杂质元素，

纳米纤维具有多孔结构，所述多孔结构的孔包括介孔；

其中Zn、O元素在纳米纤维中的主要表现形式为ZnO(ZnO在纳米线中晶型结构为六方纤锌矿结构或者立方闪锌矿结构)，所述纳米纤维在垂直于生长轴法向截面为圆形或者椭圆形或者扁带状或者近圆形或者近椭圆形或者近扁带状。

本发明公开的ZnO介孔纳米纤维的一种改进，纳米纤维具有多孔结构且所述多孔结构的孔均为介孔。

本发明公开的ZnO介孔纳米纤维的一种改进，具有介孔结构的纳米纤维的比表面积为45-55m2/g，介孔的孔径平均为3-20nm。