CN105293566A - 一种单分散ZnO微球的制备方法 - Google Patents

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陈涛
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Abstract

本发明涉及一种单分散ZnO微球的制备方法，属于半导体材料技术领域。其特征在于：以六水合硝酸锌、三乙醇胺、PEG6000为原料，将三者混合得到混合溶液，混合溶液通过超声反应制备得到单分散ZnO微球粉体，超声过程中在气泡表面三乙醇胺迅速水解与锌离子反应，通过改变超声反应时间实现不同尺寸的单分散ZnO微球的制备。<b />

Description

一种单分散ZnO微球的制备方法
技术领域
本发明涉及一种单分散ZnO微球的制备方法，属于半导体材料技术领域。
背景技术
常温下，ZnO的静带宽度为3.37eV，激子束缚能为60meV，它是一种重要的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料，它化学性质稳定，无毒，同时具有良好的电性能和生物相容性，被广泛地应用在气敏传感器，光电探测器，发光二极管，压敏电阻，压电设备等方面，逐渐成为电子元器件材料研究的热点；其中，由单分散球形氧化锌纳米材料制备的压敏电阻陶瓷有良好的电流电压非线性特性，同时能够降低制备过程中的烧结温度，减少能耗；制备不同形貌和尺寸ZnO的方法通常有溶胶凝胶法，水热合成法，化学气相沉积法，喷射热解发，化学沉淀法等，但是以上制备的方法通常工艺复杂，设备要求高，能耗大，生产成本较高，同时也很难控制氧化锌的形貌和分散性，因此探索一种工艺简单，成本合理，低能耗，环境友好的制备方法来合成单分散球形氧化锌粉体是很有必要的，相关的合成工艺已经成为研究和开发的热点。
超声法作为一种通过超声辐射溶液合成纳米材料的方法，工艺简便，高效环保，超声法因其剧烈的辐射振动会在溶液中产生一种强烈的气穴现象，溶液中的气泡会瞬间破裂，同时气泡表面的氢氧基和金属离子反应，从而控制晶体的生长，实现了粉体的分散性和形貌可控。
因此，本发明以六水合硝酸锌、三乙醇胺、PEG6000为起始原料，通过超声反应制备得到单分散ZnO微球粉体，为将来超声法在纳米材料中的广泛运用做了铺垫。
发明内容
本发明的目的是克服传统方法制备的氧化锌分散性差，形貌不易控制等缺点，根据超声法剧烈的辐射振动会在溶液中产生一种强烈的气穴现象，即短时间内释放能量造成溶液局部高温高压，气泡内外压力差使得气泡破裂，提供了一种超声过程中在气泡表面三乙醇胺迅速水解与锌离子反应，从而生成一种形貌尺寸可控、单分散的ZnO微球的制备方法。
本发明的目的是提供一种单分散的ZnO微球的制备方法，其反应原理如下：
N(CH2CH2OH)3+H2ONH3+CO2(1)
NH3+H2OOH-+NH4+(2)
Zn2++OH-Zn(OH)2 ZnO(3)
本发明技术方案如下：
一种单分散ZnO微球的制备方法，其特征在于：以六水合硝酸锌、三乙醇胺、PEG6000为原料，将三者混合得到混合溶液，混合溶液通过超声反应制备得到单分散ZnO微球粉体，超声过程中在气泡表面三乙醇胺迅速水解与锌离子反应，通过改变超声反应时间实现不同尺寸的单分散ZnO微球的制备。
随着超声反应时间增加，ZnO微球的粒径变大。
一种单分散ZnO微球的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）以六水合硝酸锌为原料，以蒸馏水为溶剂，搅拌溶解得到透明混合溶液。
（2）以聚乙二醇6000为表面活性剂，三乙醇胺为稳定剂，分别加入到透明混合溶液中，搅拌溶解，其中混合溶液中六水合硝酸锌：三乙醇胺的摩尔比为1:7~1:9，聚乙二醇6000的质量百分浓度为0.5~1%。
（3）将三种原料混合的溶液放入40Hz超声仪器中反应1-4h。
（4）离心分离、洗涤、过滤、干燥得到单分散ZnO微球。
进一步地，所述洗涤采用蒸馏水和乙醇以体积比例为1:2混合的混合溶液洗涤，所述干燥指在80℃条件下干燥。
本发明的优点和积极效果：（1）通过改变超声反应时间即可实现不同尺寸和形貌单分散ZnO微球的制备，方法简单；（2）本发明制备的ZnO微球均一性好，分散性好；（3）使用水做溶剂，聚乙二醇6000作表面活性剂，无污染，生产安全；（4）原料易得，设备简单，工艺简洁，成本较低。
附图说明
图1为实施例1制备样品的FTIR图；由图1可以看出460cm-1Zn-O键的吸收峰，1635cm-1和3385cm-1为水分子和OH-1的振动峰，表明样品为ZnO。
图2为实施例1制备样品的XRD图；由图2所示的100、002、101、102、110、103、200、112和201峰与ZnO的标准特征峰一致，说明此物质为ZnO。
图3为实施例1制备样品的SEM图，尺度标记10μm。
图4为实施例1制备样品的SEM图，尺度标记1μm。
图5为实施例1制备样品的SEM图，尺度标记200nm。
由图3、4和5可以看出，样品粉体为单分散微球，其粒径约为1.2μm。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明
实施例1
将2.1mmol六水合硝酸锌溶于100ml蒸馏水中；再将1g聚乙二醇6000和2ml三乙醇胺加入到上述溶液中，磁力搅拌成清澈溶液，将混合溶液超声2h，然后离心分离，用蒸馏水和乙醇按体积比例1:2混合的混合溶液多次洗涤，过滤；将产物放入烘箱80℃下干燥得到白色固体粉末。
采用傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线光衍射（XRD）、扫面电子显微镜(SEM)对产品进行分析；图1，2的FTIR和XRD证明了成功制备ZnO微球；图3/4/5、是产品的SEM图，可以看出是单分散微球，其粒径约为1.2μm。
实施例2
将2.1mmol六水合硝酸锌溶于100ml蒸馏水中；再将1g聚乙二醇6000和2ml三乙醇胺加入到上述溶液中，磁力搅拌成清澈溶液，将混合溶液超声3h，然后离心分离，用蒸馏水和乙醇按体积比例1:2混合的混合溶液多次洗涤，过滤；将产物放入烘箱80℃下干燥得到白色固体粉末；SEM图、FTIR和XRD与实施例1类似，但其粒径变为约2μm。
实施例3
将2.1mmol六水合硝酸锌溶于100ml蒸馏水中；再将1g聚乙二醇6000和2ml三乙醇胺加入到上述溶液中，磁力搅拌成清澈溶液，将混合溶液超声4h，然后离心分离，用蒸馏水和乙醇按体积比例1:2混合的混合溶液多次洗涤，过滤；将产物放入烘箱80℃下干燥得到白色固体粉末；SEM图、FTIR和XRD与实施例1类似，但其粒径变为约2.4μm。
实施例4
将2.5mmol六水合硝酸锌溶于100ml蒸馏水中；再将1g聚乙二醇6000和2ml三乙醇胺加入到上述溶液中，磁力搅拌成清澈溶液，将混合溶液超声2h，然后离心分离，用蒸馏水和乙醇按体积比例1:2混合的混合溶液多次洗涤，过滤；将产物放入烘箱80℃下干燥得到白色固体粉末；FTIR和XRD与实施例1类似，但由于锌离子的浓度降低，SEM图中，ZnO粉体分散性降低，有团聚，粉体粒径约为4μm。
实施例5
将3.0mmol六水合硝酸锌溶于100ml蒸馏水中；再将1g聚乙二醇6000和2ml三乙醇胺加入到上述溶液中，磁力搅拌成清澈溶液，将混合溶液超声1h，然后离心分离，用蒸馏水和乙醇按体积比例1:2混合的混合溶液多次洗涤，过滤；将产物放入烘箱80℃下干燥得到白色固体粉末；FTIR和XRD与实施例1类似，但锌离子的浓度降低，反应时间短，SEM图中ZnO粉体形貌不规则，粒径为1~5μm。
实施例6
将3.5mmol六水合硝酸锌溶于100ml蒸馏水中；再将0.5g聚乙二醇6000和2ml三乙醇胺加入到上述溶液中，磁力搅拌成清澈溶液，将混合溶液超声2h，然后离心分离，用蒸馏水和乙醇按体积比例1:2混合的混合溶液多次洗涤，过滤；将产物放入烘箱80℃下干燥得到白色固体粉末；FTIR和XRD与实施例1类似，表面活性剂用量少，SEM图中ZnO粉体形貌不规则，有大量团聚，分散性低，粒径5~8μm。

Claims (4)

1.一种单分散ZnO微球的制备方法，其特征在于：以六水合硝酸锌、三乙醇胺、PEG6000为原料，将三者混合得到混合溶液，混合溶液通过超声反应制备得到单分散ZnO微球粉体，超声过程中在气泡表面三乙醇胺迅速水解与锌离子反应，通过改变超声反应时间实现不同尺寸的单分散ZnO微球的制备。
2.如权利要求1所述的一种单分散ZnO微球的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）以六水合硝酸锌为原料，以蒸馏水为溶剂，搅拌溶解得到透明混合溶液；
（2）以聚乙二醇6000为表面活性剂，三乙醇胺为稳定剂，分别加入到透明混合溶液中，搅拌溶解，其中六水合硝酸锌：三乙醇胺的摩尔比为1:7~1:9，聚乙二醇6000的质量百分浓度为0.5~1%；
（3）将三种原料混合的溶液放入40Hz超声仪器中反应1-4h；
（4）离心分离、洗涤、过滤、干燥得到单分散ZnO微球。
3.如权利要求2所述的一种单分散ZnO微球的制备方法，其特征在于：随着超声反应时间增加，ZnO微球的粒径变大。
4.如权利要求2所述的一种单分散ZnO微球的制备方法，其特征在于：所述洗涤采用蒸馏水和乙醇以体积比为1:2混合的混合溶液洗涤，所述干燥指在80℃条件下干燥。
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