CN101285206B - 氧化锌与铝酸锌复合纳米管及阵列的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用电化学沉积及高温退火制备氧化锌与铝酸锌复合纳米管及阵列的方法，属于纳米材料的制备技术领域。制备方法如下：第一步利用电沉积方法在氧化铝模板中制备锌纳米线。第二步对载有锌纳米线的氧化铝模板在空气环境下进行两次退火，第一次退火使锌纳米线转化为氧化锌纳米线，第二次退火使氧化铝与氧化锌在界面处发生固态扩散反应形成铝酸锌层。第三步利用氢氧化钠溶液去掉氧化铝模板，得到氧化锌在内层铝酸锌在外层的复合纳米管。本发明可将氧化锌与铝酸锌复合起来，使产品同时具有氧化锌和铝酸锌优异的物理性能，在催化、纳米器件等方面有潜在的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用电化学沉积及高温退火制备氧化锌与铝酸锌复合纳米管及阵列的方法，属于纳米材料的制备技术领域。
背景技术
氧化锌是一种性能优异的II-VI族半导体材料，禁带宽度为3.37eV，激子束缚能大(～60meV)和化学稳定性好等特点。当氧化锌尺寸为纳米级时，会表现出独特的光活性、电活性、烧结活性和催化活性。因此在发光二极管(LED)、蓝紫光激光器以及透明电极等方面都有很好的应用价值。研究发现在纳米尺寸下不同形貌氧化锌的性能差异很大，目前人们的研究焦点主要集中在获得不同形貌的纳米结构上，已经获得了氧化锌纳米颗粒、纳米棒、纳米线、纳米笼、纳米螺旋、纳米环、纳米管等纳米结构。这些新颖的纳米结构往往具有独特的性能，从而在光电、传导、传感以及生化等许多领域有新的应用。
铝酸锌(尖晶石)具有良好的耐蚀、耐磨性及化学稳定性，而且其绝缘性好、热膨胀系数小、硬度高，广泛用作电子元器件的绝缘骨架、合金或金属制品的陶瓷保护膜、远红外波段窗口材料、耐火材料及精细陶瓷器皿，而且还是优秀的蓝绿紫波段激光基质晶体材料。尽管制备铝酸锌的方法很多，但制备纳米铝酸锌却比较困难，其原因在于铝酸锌在晶型转变过程中颗粒会发生团聚。国内外研究者围绕降低铝酸锌晶型转变温度、减少颗粒接触机会，克服团聚，旨在合成超细铝酸锌方面做了大量工作。
如何在纳米尺寸下，将氧化锌与铝酸锌复合起来，同时具有氧化锌和铝酸锌优异的物理性能，将在催化、纳米器件等方面有潜在的应用，具有重要的应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种氧化锌与铝酸锌复合纳米管及阵列的制备方法，它可将氧化锌与铝酸锌复合起来，使产品同时具有氧化锌和铝酸锌优异的物理性能。
解决本发明的技术问题所采用的工艺步骤是：第一步利用电沉积方法在氧化铝模板中制备锌纳米线，第二步对载有锌纳米线的氧化铝模板在空气环境下进行两次退火，第一次退火使锌纳米线转化为氧化锌纳米线，第二次退火使氧化铝与氧化锌界面处发生固态扩散反应形成铝酸锌层，第三步利用氢氧化钠溶液去掉氧化铝模板，得到氧化锌在内层铝酸锌在外层的复合纳米管。
本发明的具体工艺技术参数是：电沉积方法制备的锌纳米线直径为20纳米～200纳米。第一次退火加热到300℃～350℃，保温30小时～40小时；第二次退火加热到600℃～700℃，保温1小时～2小时，最后随炉冷到室温。采用2mol～3mol的氢氧化钠溶液去掉氧化铝模板，温度50℃～60℃，时间35分钟～60分钟，用去离子水清洗干净后得到成品。
本发明的有益效果是：氧化锌与铝酸锌复合纳米管及阵列具有特殊的形貌特征，在催化、纳米器件制备等方面有潜在的应用；本发明公布的氧化锌与铝酸锌复合纳米管及阵列制备方法具有制备工艺简单，对环境无污染，产量高，所得到的纳米管结构均一性好，排列规则有序。
附图说明
图1制备的氧化锌与铝酸锌复合纳米管阵列SEM图；
图2制备的氧化锌与铝酸锌复合纳米管TEM图；
图3制备的氧化锌与铝酸锌复合纳米管阵列EDX图；
图4制备的氧化锌与铝酸锌复合纳米管阵列XRD图；
图5制备的氧化锌与铝酸锌复合纳米管电子衍射图。
具体实施方式
实施例1
第一步利用电沉积方法在氧化铝模板中制备锌纳米线。
按二步阳极氧化法制备出氧化铝模板(详见Masuda H，Fukuda K.Science，1995，268(9)：146)，制备模板时使用的电解液为0.3mol草酸溶液，阳极化电压40V。在氧化铝模板一面喷金。
电沉积锌纳米线电解液溶液为80g/L ZnSO4·7H2O，20g/L H3BO3，电沉积电压：2V。沉积时间：30分钟。
第三步对载有锌纳米线的氧化铝模板在空气环境下进行退火，退火规范为20分钟由室温加热到350℃，保温40小时后，随炉冷却到室温，这一过程使锌纳米线转化为氧化锌纳米线。
第四步对载有氧化锌纳米线的氧化铝模板在空气中进行二次退火，退火规范为20分钟由室温加热到700℃，保温1小时后，随炉冷却到室温。在这一加热和保温过程中，氧化铝与氧化锌界面处发生固态扩散反应形成铝酸锌层。
第五步去掉氧化铝模板，将退火后的样品放入3mol的氢氧化钠溶液中，在60℃恒温箱中保温50分钟，用去离子水清洗干净后，得到氧化锌在内层铝酸锌在外层的复合纳米管。
图1为该条件下制备的产品SEM图，图2为该产品的TEM图，图3为该产品的EDX图，图4为该产品的XRD图，图5为该产品的电子衍射图。
实施例2
第一步按实施例1第一步制备氧化铝模板，并电沉积锌纳米线。
第二步对载有锌纳米线的氧化铝模板在空气环境下进行退火，退火规范为20分钟由室温加热到320℃，保温35小时后，随炉冷却到室温，这一过程使锌纳米线转化为氧化锌纳米线。
第三步对载有氧化锌纳米线的氧化铝模板在空气中进行二次退火，退火规范为20分钟由室温加热到650℃，保温1.5小时后，随炉冷却到室温。在这一加热和保温过程中，氧化铝与氧化锌界面处发生固态扩散反应形成铝酸锌层。
第四步去掉氧化铝模板，将退火后的样品放入2mol的氢氧化钠溶液中，在50℃恒温箱中保温60分钟，用去离子水清洗干净后，得到氧化锌在内层铝酸锌在外层的复合纳米管。
实施例3
采用二次阳极化方法制备Y型氧化铝模板(详见J.Li，C.Papadopoulos，and J.Xu.Nature，1999，420：253-254)，电解液为0.3mol草酸溶液，二次氧化时，阳极化电压50V，2小时，35V，9小时。在氧化铝模板主杆端喷金，电沉积Zn纳米线时，电解液溶液与实施例1的溶液相同，电沉积电压：2V，沉积时间：60分钟。两次退火工艺及去模板工艺与实施例1相同。本例得到带有Y型分叉的氧化锌在内层铝酸锌在外层复合纳米管。
Claims (2)
1.一种氧化锌与铝酸锌复合纳米管及阵列的制备方法，其特征在于：第一步利用电沉积方法在氧化铝模板中制备锌纳米线，第二步对载有锌纳米线的氧化铝模板在空气环境下进行两次退火，第一次退火使锌纳米线转化为氧化锌纳米线，第二次退火使氧化铝与氧化锌在界面处发生固态扩散反应形成铝酸锌层，第三步利用氢氧化钠溶液去掉氧化铝模板，得到氧化锌在内层铝酸锌在外层的复合纳米管；第一次退火加热到300℃～350℃，保温30小时～40小时；第二次退火加热到600℃～700℃，保温1小时～2小时，再随炉冷到室温。
2.根据权利要求1所述的氧化锌与铝酸锌复合纳米管及阵列的制备方法，其特征在于：电沉积方法制备的锌纳米线直径为20纳米～200纳米。
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