专利名称：一种制备锌铝氧化物纳米粉体的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备锌铝氧化物纳米粉体的方法，属于粉末冶金技术 领域。
二背景技术：
锌铝氧化物(Zinc Aluminum Oxide即ZnAl204，简称ZAO)是一种n型透明导电氧化 物材料，因具有大的载流子浓度和光学禁带宽度，而表现出优良的光电特性，是现代 光电子产业的基础l枓，更由于ZAO薄膜所用原材料锌铝资源丰富、成本低廉、无毒、 热稳定性和化学稳定性好等优点，被认为是目前最有发展潜力的透明导电材料之一， 已经被应用于太阳能电池，液晶显示，防静电特殊功能窗口涂层及其他光电器件领域 中。
目前，国内外制备纳米粉体的方法很多，主要有均相共沉淀法、水溶液共沉淀法、 电解法，溶胶一凝胶法、喷雾热分解法和机械研磨法等。在这些方法中，液相法是工 业上制备超细粉应用最广泛的，其基本方法是选择一种或多种可溶性金属盐，按成分 计量配成溶液，使各元素呈离子或分子态，再用一种沉淀剂，将所需物质均匀沉淀、 结晶出来，经脱水或者加热等过程而制得超细粉。而水溶液化学共沉淀法是引人注目 的一种方法，该方法釆用从外部加沉淀剂，其工艺简单、周期短，操作方便，对设备 的要求不高，投资少，生产成本低，较适合于大规模生产而被广泛采用，但这种方法 在具体的制备过程中存在着突出的团聚现象，即纳米粒子重新团聚成较大的粒子。 对于n型透明导电材料锌铝氧化物纳米粉体的制备，目前公知的主要制备方法有均相共 沉淀法、水溶液共沉淀法、固相反应法和溶胶一凝胶法等。许丽等(化学与生物工程. 2006,23(9):15-17.)以Zn(Ac)2. 2 H20、 A1(N03)3'9H20、柠檬酸和乙醇等为原料，采用 溶胶-凝胶法制备了平均粒径为22nm灰白色的纳米ZAO复合粉体。沐ei Shao等(Journal of University of Science and Technology Beijing, 2006,13(4):346-349.)以Al(NO3)3.9H20、 Zn(N03)2'6H20和NH4HC03为原料，采用化学共沉淀法在800。C煅烧1.5h制备了平均 粒径为21.3nm、比表面积为3.62mVg的ZAO纳米粉体。刘秀兰等(西安工业学院学报。 2006,26(1 ):60-63.)以乙酸锌、硝酸铝、硝酸镧溶液、聚乙二醇、氨水和乙醇等为原料， 采用共沉淀-超临界流体干燥法制备掺镧的平均粒径为20 nm的ZAO纳米粉体。这些方 法存在加热温度高，保温时间长，工艺过程放大难，能耗高，需添加有机试剂等实际问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备锌铝氧化物纳米粉体的方法。以硫酸锌(ZnS04 7H20)、硫酸铝(Al2(S04)3.18H20)为原料，以氨水、氢氧化钠(NaOH)、碳酸铵(NH4)2C03 为沉淀剂，以无水乙醇(CH3CH20H)为稳定剂和脱水剂，去离子水为溶剂，在30-60。C 的温度下进行超声化学共沉淀反应，保温陈化，离心分离，再经洗涤、微波干燥和煅 烧，制备锌铝氧化物纳米粉体。所制得的锌铝氧化物纳米粉体粒径为15-30nm，比表面 积为40-75m々g，粉体颗粒呈球状，产品纯度高，分布均匀，分散性及光电性能好。
本发明按以下步骤完成。
1) 取硫酸锌和硫酸铝分别加入去离子水，升温至30-55'C，持续搅拌至硫酸锌和硫 酸铝完全溶解，制得硫酸锌和硫酸铝水溶液；
2) 将所得的水溶液稀释成含Z^+0.5-2.0mol/L的硫酸锌溶液与浓度为0.1-1.0mol/L 的硫酸铝溶液,再将两种溶液按ZnO:AbOf95-97:3-5重量百分比配制混合，二者搅拌混 匀3-5min后置于超声恒温水浴中搅拌，控制温度30-6(TC，同时，先后滴加浓度0.5-2.0mo1 /L的NaOH溶液和浓度为2.0-6.0mo1 /L的氨水溶液或浓度为0.5-2.0mo1 /L的(NH4)2C03 溶液至pH值为8-11，反应陈化30-60min，然后以3000-4000r/min速度离心分离并反复 洗涤沉淀，直到用0,2mol/L的BaCl2溶液检验洗涤液中无SO42—为止，将沉淀用无水乙 醇洗涤2-3次，得到的沉淀即为锌铝氧化物前驱体；
3) 将锌铝氧化物前驱体放入微波炉中干燥，控制温度为80-100'C,时间 3-5min，取出细磨至30nm以下，再置于微波炉中煅烧，控制温度为250-900'C ， 时间5-15min。制得锌铝氧化物纳米粉体。
与公知技术相比本发明具有的优点及积极效果
1 )采用超声化学共沉淀一微波干燥煅烧联合法来制备ZAO纳米粉体，通过超声波、 微波等技术的有效集成来强化共沉淀化学反应或传递过程，把单个的工艺技术有机地 结合起来，制得的产品质量好，易于实现工业化生产；
2) 无需添加有机试剂和分散剂,利用超声波具有超声空化所产生的反应环境，来 控制ZAO纳米粉体的团聚，使共沉淀反应温度降低，反应时间縮短。縮短了ZAO纳米 粉体的制备周期；
3) 微波干燥煅烧粉体结构疏松、易磨、颗粒小、加热速度快。
四
图l是本发明的工艺流程图。
五具体实施方式
实施例l:取硫酸锌和硫酸铝分别加入去离子水，升温至45'C，持续搅拌至硫酸锌 和硫酸铝完全溶解，制得锌铝硫酸盐水溶液；将硫酸锌水溶液稀释成含Zi^+2.0mol/L 的溶液取600 ml与浓度为0.5mol/L的硫酸铝溶液59 ml混合，二者搅拌混匀3min后置于 5OkHz,100W的超声恒温水浴中搅拌，控制温度5(TC,同时滴加浓度为2.0mo1/L的NaOH 溶液至pH值为9，降温至35'C再接着滴加浓度为2.0mo1 /L的(NH4)2C03溶液至pH值为10 止，陈化30min,然后以4000r/min速度离心分离并反复洗涤沉淀，直到用0.2mol/L的 BaCl2溶液检验洗涤液中无S042—为止，将沉淀用无水乙醇洗涤沉淀3次，得到碱式碳 酸锌铝前驱体，将前驱体放入微波炉(微波功率750W、频率2450MHz)中干燥 5min，控制温度为85'C，取出细磨，再置于微波炉中煅烧，微波功率为700W， 温度为500'C ,时间i3min，制得产品ZAO纳米粉体。其平均粒径为20nm，比表面积 56.76 m2/g，粉体颗粒均呈球状，分布均匀无团聚，分散性好。其光学性能表现为紫外 区(100-400nm)具有强烈的吸收性，可见光区(400-800nm)具有高的透过性，红外区 (800-3500nm)有高的反射率，电学性能表现为具有低的电阻率。
实施例2:取硫酸锌(ZnS04 7H20)和硫酸铝(Al2(S04)3.18H20)分别加入去离子zR, 升温至45"C，持续搅拌至硫酸铎和硫酸铝完全溶解,制得锌铝硫酸盐水溶液；将硫酸锌 水溶液稀释成含Zn2+1.0mol/L的稀溶液取1200ml与浓度为0.5mol/L的硫酸铝溶液59 ml混合，二者搅拌混匀3min后置于50kHz， 100W的超声恒温水浴中搅拌，控制温度. 55°C，同时滴加浓度为2.0mol /L的NaOH溶液至pH值为9.5，再接着滴加浓度为5.0mol /L的氨水溶液至pH值为10.5止，陈化50min,然后以3000r/min速度离心分离并反 复洗涤沉淀，直到用0.2mol /L的BaCl2溶液检验洗涤液中无3042_为止，将沉淀用无 水乙醇洗涤沉淀3次，得到锌铝氢氧化物前驱体，将前驱体放入微波炉(微波 功率750W、频率2450MHz)中干燥3min，控制温度为100°C，取出细磨，再 置于微波炉中煅烧，微波功率为700W，温度为550°C ,时间10min，制得产品 ZAO纳米粉体。其平均粒径为15nm，比表面积74.37m2/g，粉体颗粒均呈球状，分布 均匀无团聚，分散性好。其光学性能表现为紫外区(100-400ran)具有强烈的吸收性，可 见光区(400-800nm)具有高的透过性，红外区(800-3500nm)有高的反射率，电学性能表 现为具有低的电阻率。
权利要求
1、一种制备锌铝氧化物纳米粉体的方法，其特征在于其按以下步骤完成，1)取硫酸锌和硫酸铝分别加入去离子水，升温至30-55℃，持续搅拌至硫酸锌和硫酸铝完全溶解，分别制得硫酸锌和硫酸铝水溶液；2)将所得的水溶液稀释成含Zn2+0.5-2.0mol/L的硫酸锌溶液与浓度为0.1-1.0mol/L的硫酸铝溶液，再将两种溶液按ZnO∶Al2O3＝95-97∶3-5的重量百分比配制混合，二者搅拌混匀3-5min后置于超声恒温水浴中搅拌，控制温度30-60℃，同时，先后滴加浓度0.5-2.0mol/L的NaOH溶液和浓度为2.0-6.0mol/L的氨水溶液或浓度为0.5-2.0mol/L的(NH4)2CO3溶液至pH值为8-11，反应陈化30-60min，然后以3000-4000r/min速度离心分离并反复洗涤沉淀，直到用0.2mol/L的BaCl2溶液检验洗涤液中无SO42-为止，将沉淀用无水乙醇洗涤2-3次，得到的沉淀即为锌铝氧化物前驱体；3)将锌铝氧化物前驱体放入微波炉中干燥，控制温度为80-100℃，时间3-5min，取出细磨至30nm以下，再置于微波炉中煅烧，控制温度为250-900℃，时间5-15min。制得锌铝氧化物纳米粉体。
全文摘要
本发明的涉及一种制备锌铝氧化物纳米粉体的方法。以硫酸锌和硫酸铝为原料，以氨水、氢氧化钠和碳酸铵为沉淀剂，以无水乙醇为稳定剂和脱水剂，去离子水为溶剂，在30-60℃的温度下进行超声化学共沉淀反应，保温陈化，离心分离，再经洗涤、微波干燥和煅烧，制备锌铝氧化物纳米粉体。利用超声空化的反应环境，来控制ZAO纳米粉体的团聚，使共沉淀反应温度降低，缩短了ZAO纳米粉体的制备周期。所制得的锌铝氧化物纳米粉体粒径为15-30nm，比表面积为40-75m<sup>2</sup>/g，粉体颗粒呈球状，产品纯度高，分布均匀，分散性及光电性能好。
文档编号C01F7/02GK101407328SQ200810233448
公开日2009年4月15日 申请日期2008年10月16日 优先权日2008年10月16日
发明者宁 宋, 戴永年, 杜景红, 斌 杨, 陈为亮, 马文会 申请人:昆明理工大学