[发明专利]一种纳米金属氧化物材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米金属氧化物材料的制备方法，其方案为由依次连通的火花烧蚀装置和收集装置组成的制备系统，步骤一，使用火花烧蚀装置制备纳米金属，通过调节火花烧蚀装置电极两端所加电压的大小，来控制生成纳米金属颗粒的大小；步骤二，向制备系统通入空气，纳米金属与空气中的氧气发生反应生成纳米金属氧化物，并随空气的流动进入收集装置，最终沉积到收集装置指定区域的基底上。

技术领域

本发明涉及材料工程科技领域，尤其涉及一种纳米金属氧化物材料的制备方法。

背景技术

表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应是纳米材料的基本特性,使纳米材料在电学、光学和化学等方面呈现出不同于体相材料的特性。目前,纳米金属氧化物材料在催化剂、光电器件、传感器等领域具有广阔的应用前景。(1)纳米金属氧化物在催化领域有良好的应用前景，可用于加氢反应、氧化反应、光催化反应、合成氨催化反应等。其催化活性和稳定性不仅与颗粒的大小有关,还受形状及成份的影响。(2)纳米金属氧化物材料的光物理和光化学性质是目前最活跃的研究领域之一。其中金属氧化物纳米线所具有的光致发光特性倍受瞩目。在纳米级的器件中,开关对于存储以及逻辑等方面的应用至关重要，通过控制单个半导体纳米线的光电导性可以得到高度灵敏的电子开关。(3)纳米金属氧化物材料高的表面体积比使其电学性质对表面吸附非常敏感,当外界环境(温度、光、湿度)等因素改变时,会迅速引起界面离子电子输运的变化,利用其电阻的显著变化,可作成传感器,其特点是响应速度快、灵敏度高、稳定性好。(4)纳米金属氧化物材料与其它材料复合而成的功能复合材料具有良好的物理特性。如稀土氧化物和聚四氟乙烯混合制得的纳米复合材料,可以用作发光材料；TiO₂/聚吡咯复合材料则是很好的光电转换材料。

纳米金属氧化物材料由于其出色的物理化学性能，一直是材料领域研究的重点之一。制备纳米金属氧化物材料大都采用化学反应途径来完成，主要有溶胶-凝胶沉积法、化学气相沉积法、电化学沉积法等。化学制备方法的普适性较差，每种方法应用于单一目标材料的制备时都是很成功的,但没有一种方法可以指导所有或大多纳米金属氧化物材料的制备。

发明内容

针对上述现有技术中所存在的技术问题，本发明提出一种纳米金属氧化物材料的制备方法，本方法采用的火花烧蚀法制备纳米金属氧化物解决了上述化学法制备普适性差的问题，只需更换火花发生器的电极材料即可制备出不同的纳米金属氧化物颗粒。火花烧蚀装置的两个电极上加有高压电，当电压达到电极之间气体击穿电压时，气体击穿形成电火花，两个电极之间形成放电通道，电能被释放，使得放电通道具有非常高的温度，将电极表面局部材料瞬时气化。放电结束后，电极材料蒸汽以极高的冷却速率冷却，形成高浓度的非常小的核簇，这些核簇通过凝聚生长为较大的纳米颗粒，被通入的气体氧化后形成纳米氧化物并随气流进入收集装置。

一种纳米金属氧化物材料的制备方法，使用由依次连通的火花烧蚀装置和收集装置组成的制备系统，包括以下步骤：

步骤一，使用火花烧蚀装置制备纳米金属粉；

步骤二，调节火花烧蚀装置电极两端所加电压的大小，来控制生成纳米金属颗粒的大小；

步骤三，向制备系统通入气体，纳米金属粉与气体发生氧化反应，生成纳米金属氧化物；

步骤四，纳米金属氧化物随流动的空气从制备装置进入收集装置，最终沉积在收集装置指定区域的基底上。

通过物理法制备纳米金属氧化物，火花烧蚀装置也为现有市售装置，最后成品为干燥的纳米金属氧化物粉末。步骤四中，收集的纳米金属氧化物粉末，有时会较为分散，实际可通过缩小收集管与基板的距离，使粉末收集更集中。

优选地，所述火花烧蚀装置是一种用物理法制备微纳金属颗粒的装置。

优选地，所述金属粉包括铝、锰、锌、锡、银、钴、铬、铁、镍、铜、钨、钼。

优选地，所述纳米金属颗粒粒径为1nm-100nm。