[發明專利]一種復合形態的納米氧化鋅材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110367370.5
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102491405A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 李春忠;王玉輝;顧鋒;邵瑋
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C01G9/02
• 分類號: C01G9/02;B82Y40/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 胡紅芳

技術領域

本發明涉及一種復合形態的納米氧化鋅材料及其制備方法，具體地，涉及一種ZnO納米棒陣列頂端生成ZnO納米針結構的材料及其制備方法。

背景技術

ZnO是一種非常重要的寬禁帶半導體化合物（3.37eV），其在藍綠發光二極管、激光器、壓電材料、化學傳感器、光催化及光電轉換領域都具有非常重要的應用價值。一維ZnO納米陣列結構因其具有獨特的物理性能、化學性能（如極低的熱膨脹系數、高的熱穩定性、極大的激子束縛能、負的電子親合能等）及其一維結構的低空間維度特性和單晶體特征，使其在許多領域如紫外發光二極管、半導體激光發射器、壓電轉換器、傳感器、光催化、光電轉換等都有非常廣闊的應用前景。雖然ZnO的功函數高達5.4?eV，其基體材料本身并不是一種好的場發射材料，但是一維ZnO納米結構具有巨大的場增強因子，使一維ZnO納米結構也可以具有優良的場發射特性。

為了促進納米氧化鋅在場發射領域的應用，人們利用各種物理、化學方法（如物理氣相沉積、化學氣相沉積、火焰噴射高溫分解法、分子束外延法、化學氣相傳輸法及水熱法等）制備出了多種ZnO納米結構（如納米線、納米帶、納米花、納米梳及納米釘等），這些結構表現出了較好的場發射性能。如Wan?Q等人（Wan?Q，Yu?K，Wang?T?H?and?Lin?C?L．Low-field?electron?emission?from?tetrapod-like?ZnO?nanostructures?synthesized?by?rapid?evaporation[J]．Appl.?Phys.?Lett.?2003，83：2253-2256）利用熱蒸發法法制備得到四角狀和線狀ZnO納米結構；Murray?J?等人（Murray?J.?Height，?Lutz?Madler，and?Sotiris?E.?Pratsinis.?Nanorods?of??ZnO?made?by?flame?spray?pyrolysis?[J].?Chem.?Mater.?2006,18:572-578）利用火焰噴射高溫分解法制備得到ZnO納米棒；Jiang?H等人（Jiang?H，Hu?J?Q，Gu?F?and?Li?C?Z.?Stable?field?emission?performance?from?urchin-like?ZnO?nanostructures?[J].?Nanotechnology.?2009,?20:?055706）利用水熱法制備出海膽狀的ZnO納米結構等。但是上述制備的傳統的ZnO納米結構的場增強因子(β)較低，不利于場發射性能的進一步提高。

發明內容

鑒于上述問題，本發明提供一種一種復合形態的納米氧化鋅材料及其制備方法，即在ZnO納米棒頂端生成ZnO納米針的制備方法，為一步合成法。具體方案如下：

一種復合形態的納米氧化鋅材料，所述復合形態的納米氧化鋅材料由ZnO納米棒與ZnO納米針二種形態組成，底部為所述ZnO納米棒，頂端為所述ZnO納米針，所述ZnO納米棒與所述ZnO納米針具有相同的晶面取向且晶界連續；

所述ZnO納米棒的直徑為200～300nm，長徑比為30～40；

所述ZnO納米針的直徑為20～40nm，長徑比為2～110。

上述復合形態的納米氧化鋅材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）將表面活性劑、六水硝酸鋅、六亞甲基四胺（HMT）和去離子水均勻混合，形成透明溶液；

（2）將涂有ZnO籽晶的襯底倒置懸浮于上述透明溶液中，在密閉環境中于90～110℃下反應1～50h，得到所述復合形態的納米氧化鋅材料；

在上述過程中，反應前期形成ZnO納米棒陣列結構，反應后期在納米棒頂端形成納米針結構，即ZnO納米棒陣列頂端生成ZnO納米針結構的復合形態的納米氧化鋅材料；

后處理：將步驟（2）得到的產物用去離子水和有機溶劑如無水乙醇等進行清洗、干燥、煅燒，去除雜質。

所述表面活性劑與六水硝酸鋅的摩爾比為1：5～1：500；

六水硝酸鋅與六亞甲基四胺的摩爾比為1～2：1～2。?

所述表面活性劑是聚醚型結構的F127。

所述透明溶液中六水硝酸鋅和六亞甲基四胺的總摩爾濃度為0.001～0.05mol/L。

所述襯底為FTO、ITO或Si片；所述ZnO籽晶的涂敷厚度為100～500nm。

所述煅燒是將干燥后的產物放入馬弗爐中，控制升溫速度0.5～2℃/min至450℃下保溫60～120min。