[发明专利]一种粒径可控的高度均匀氧化锌亚微米球及其制备方法

说明书

本发明公开了一种粒径可控的高度均匀氧化锌亚微米球及其制备方法，属于光子晶体材料制备领域。该方法采用醇水体系，降低了氧化锌微球合成所需的温度和压力，更加清洁的合成了单分散性良好的氧化锌多晶亚微米球。在成核过程中通过对温度，初始转速，锌源和去离子水量的调控使成核过程快速进行。在生长过程中通过引入多元醇控制体系的粘度进一步控制传质，可以一步反应得到稳定粒径的氧化锌亚微米球。按照上述合成方法，只需改变锌源量以及多元醇的种类与量即可得到特定目标粒径的氧化锌亚微米球。此方法制备氧化锌亚微米球可调控的粒径范围明显增大，可以调控范围为100nm‑800nm，且氧化锌亚微米球单分散性良好。

技术领域

本发明涉及一种粒径可控的高度均匀氧化锌亚微米球及其制备方法，属于光子晶体材料制备领域。

背景技术

氧化锌是一种理论折射率为2.1的II-VI半导体材料，其直接带隙约为3.4eV，激子结合能约为60meV，这使其在室温下具有热稳定性。氧化锌已经被广泛的应用于光解水、纳米发电机、高灵敏度传感器和光子晶体等领域。研究发现微纳米尺寸级别的半导体材料表现出诸多独特的物理化学现象，如量子效应，非线性光学效应等。单分散的微球消除了形状对材料性质的影响，微球的粒径可控可以进一步研究材料尺寸对性质的影响。因此，粒径精确可控的单分散氧化锌微球制备对进一步研究有重要的意义。

目前在合成粒径可调的氧化锌微球的研究中，大多数反应需要高温高压条件，成本高，效率低。例如，热注射法(参见W.Ji,L.Li,W.Song,X.Wang,B.Zhao,Y.Ozaki，Angew.Chem.Int.Ed.,2019,58,14452-14456.)，微波辅助法(参见X.Hu,J.Gong,L.Zhang,and J.C.Yu,Advanced Materials,2008,20,4845–4850.),煅烧法(参见H.M.Cheng,H.C.Hsu,S.L.Chen,W.T.Wu,C.C.Kao,L.J.Lin,and W.F.Hsieh,J.Cryst.Growth,2005,277192-199.)高压釜水热法(参见Yao,K.X.；Zeng,H.C.J.Phys.Chem.C 2007,111,13301–13308.)等。目前报道的方法合成的氧化锌球调控的粒径范围较窄，通常在10nm-200nm的范围内。使用醇水体系一步法合成氧化锌亚微米球并大范围精确调节其粒径的研究还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种粒径可控的高度均匀氧化锌亚微米球及其制备方法。一种粒径可控的高度均匀氧化锌亚微米球的制备方法，通过加大成核时期的转速达到爆发成核的作用，通过多元醇与水的比例控制粘度进一步控制稳定生长时期的传质过程得到目标粒径的氧化锌亚微米球；按照上述合成方法，可以通过预先设定的目标粒径，精确设计试验步骤，通过控制锌源的添加量，精确地得到目标粒径的氧化锌亚微米球；同时，此方法可调控的粒径范围明显增大，其可以调控范围为100nm-800nm，氧化锌亚微米球粒径高度均匀，为多晶结构，粒径分布系数小于10％。

本发明所述粒径可控的高度均匀氧化锌亚微米球的制备方法，包括如下步骤：

1)按照0.2-1.2mmol/L的浓度，取聚乙烯吡咯烷酮室温下搅拌分散在乙醇溶液中；

2)按照0.1-1mol/L的浓度，取一定量锌源室温下超声搅拌分散在多元醇溶液中；

3)将步骤1)，步骤2)得到的溶液混合，加热至60-80℃，搅拌2-4h；

4)按照多元醇与去离子水体积比为1-5的比例，将去离子水加入到步骤3)所得溶液中搅拌分散；

5)将搅拌速度调低，于60-80℃下，油浴搅拌反应1-2h；

6)得到的氧化锌亚微米球通过多次乙醇洗，离心处理，并通过干燥、研磨得到固态氧化锌亚微米球。

进一步地，上述技术方案中，聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为10000-130000。