[发明专利]立体花状氧化锌纳米材料的制备方法及所得产品

说明书

技术领域

本发明涉及一种呈立体花状形貌的氧化锌纳米材料的制备方法及所得的立体花状氧化锌纳米材料，属于半导体制备技术领域。

背景技术

氧化锌是一种宽禁带n型半导体材料，纳米氧化锌具有块体材料所不具备的独特性质如小尺寸效应、表面效应、体积效应以及宏观隧道效应等。这些特殊的效应使得纳米氧化锌在光学，电学，磁学，热力学等方面具有良好的应用前景。特别是纳米氧化锌具有独特的光电性质、防紫外辐射以及抗菌性，使其在化工、生物医药、化妆品制造等多领域成为重要的研究对象。

不同微观形貌的氧化锌可以赋予产品更佳的性能，目前公开的氧化锌的形貌有棒状、片状、花状、雪花状等多种形貌，其制备方法总体可以分为固相法、液相法和气相法三大类。其中，固相法具有高产率，工艺简单等优点，但是该方法在控制颗粒尺寸均一性以及产品纯度等方面存在不足；气相法虽可以克服固相法的不足，但是其工艺复杂，成本较高；相比上述两种方法，液相法具有工艺简单，化学组分可控，经济易行，所制备的纳米颗粒粒度分布均匀，形貌均一。因此，液相法已成为制备纳米氧化锌最常用的方法。液相法制备得到的纳米氧化锌多为球形，目前也有采用液相法制备花状氧化锌的相关报道，但所得花状氧化锌大多是自组装结构，并非单晶结构。如何采用液相法制备得到结晶性好且形貌多样的纳米氧化锌依然值得人们不断探索。

发明内容

本发明针对现有的液相法制备的纳米氧化锌形貌较为单一的不足，提供了一种立体花状氧化锌纳米材料的制备方法及所得产品，该方法操作简单、经济易行、可控性强，所制得产品为立体花状，形貌特殊、尺寸均匀。

本发明具体技术方案如下：

一种花状氧化锌纳米材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）将无水乙酸锌先与乙二醇混合，得透明溶液，然后再向该透明溶液中加入十二胺和油酸的混合物，混合均匀，得前驱体溶液；

（2）将前驱体溶液在气体保护下升温至130-140℃进行回流反应，反应后离心分离、洗涤，得氧化锌纳米材料，所述氧化锌纳米材料为立体花状。

本发明方法中，先将无水乙酸锌与乙二醇混合，形成溶液后再加入十二胺与油酸的混合物进行混合，得到前驱体溶液。无水乙酸锌先与乙二醇进行混合，乙二醇能控制乙酸锌与十二胺的酰胺反应速度，使氢氧化锌单体缓慢的形成及分解，同时油酸能减缓氧化锌生长速度，使单体缓慢地生长，通过锌源浓度、胺、酸、乙二醇的共同作用可以有效控制氧化锌的生长过程，最终形成所需形貌的氧化锌单体。

本发明方法中，锌源的类型及浓度，醇、胺、酸的选择及用量，反应温度等条件对于产品尺寸和形貌的形成均有不同程度的控制作用。

本发明方法中，以无水乙酸锌为原料，其他类型的锌盐会影响产品形貌的形成。

本发明方法中，反应在无水条件下进行，水的加入会加速单体的生长，影响产品的形貌。

本发明方法中，十二胺在常温下是固体，与油酸混合时需要先熔化为液体，具体操作过程是：将十二胺加热，熔化成液体后加入油酸混合均匀，得混合物，然后将该混合物加入无水乙酸锌与乙二醇形成的透明溶液中。

经过大量的实验和研究，本发明得出了如下最佳的反应条件：上述步骤（1）中，油酸和加热熔化后的液体十二胺的体积比为1：1-3；油酸和十二胺的混合物与乙二醇的体积比为2：3。上述步骤（1）中，无水乙酸锌在前驱体溶液中的浓度为0.03 mol/L。当选择此最佳条件时，所得产品形貌单一、均匀，结晶度高。

进一步的，上述步骤（2）中，前驱体溶液优选在130°C下进行反应，反应时间优选为30min。

进一步的，上述步骤（2）中，前驱体溶液优选以4°C /min的升温速率升至所需温度。升温速率过快或过慢均会影响产品形貌的均一性。

进一步的，上述步骤（2）中，前驱体溶液在惰性气体或氮气保护下进行回流反应。

进一步的，上述步骤（2）中，反应产物先后用正己烷和乙醇洗去油溶性和水溶性反应物。

本发明通过简单的液相法即可制备立体花状氧化锌纳米材料，该立体花具有半个红绒球花（红绒球，别名红合欢、朱缨花，拉丁学名：Calliandra haematocephala Hassk.）的类似形貌。本发明所得立体花状氧化锌纳米材料由单晶直接生长而成，非自组装结构。立体花状氧化锌纳米材料的平均尺寸为150-220 nm。

本发明所得产品形貌特殊、单一，尺寸均一，为氧化锌提供了新的形貌。按照该方法所得花状氧化锌纳米材料也在本发明保护范围之内。