本发明涉及氧化锌靶材制备技术领域，特别涉及一种掺铝高烧结性氧化锌纳米粉体的制备方法。
背景技术：
氧化锌(zno)是一种半导体材料，其原材料便宜、无毒，已经在表面声学波器件、平板显示器、太阳能电池、建筑玻璃等领域得到应用。在聚合物应用中，可以将纳米氧化锌表面改性后作为添加剂加入，从而使聚合物具有抗紫外、杀菌等功能.将其掺杂al元素后，可以提高zno中自由载流子浓度，使其对红外区域的光线产生较强的吸收和反射。将其制备成纳米粒子。并将其应用于聚合物中，作为ito(氧化铟锡)和ato(氧化锡锑)等透明隔热添加剂的替代品，可以大幅度降低生产成本，具有很大的现实意义。
氧化锌(azo)纳米粒子的制备方法主要有化学共沉淀法、微乳液法、水热法、溶胶-凝胶法等。采用微乳法制得的粉体粒径小且分布窄，但成本高、产量低，难以在工业上产业化；水热法制备粉体投资量大，大批量生产时不易控制粉体的纯度；溶胶凝胶法对原料要求极高，很难满足工业化生产需求。相比较而言，采用化学共沉淀法生产掺杂粉体，可达原子级的均匀性，同时，成本低、产量大，但该法制得粉体硬团聚较严重，且粒径分布较宽。
技术实现要素：
本发明采用表面修饰方法，提供一种掺铝高烧结性氧化锌纳米粉体的制备方法，解决现有的化学共沉淀法制备的掺铝氧化锌纳米粉体硬团聚较严重、且粒径分布较宽的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种掺铝高烧结性氧化锌纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制浓度为15～20g/l的表面修饰剂溶液，在表面修饰剂溶液中加入zn(no3)2·6h2o和al(no3)3·9h2o，加入过量20％以上的尿素，搅拌混合均匀；
(2)逐步升温至80～95℃，在搅拌下反应2h以上，得到白色沉淀；
(3)母液经超声波处理1小时后，继续搅拌并陈化1～24小时；
(4)真空抽滤，所得产物用0.1mol/l稀氨水洗涤两次，再用有机溶剂洗涤；
(5)洗涤后真空干燥，经研磨、过筛制得azo前驱体；
(6)将azo前驱体3～5℃/min升温至100～200℃，保温30～50min，再以3℃/min升温至600～800℃，保温3～5小时，即得掺铝氧化锌纳米粉体。
其中，优选地，所述al和所述zn的原子百分比为3～5％。
其中，优选地，所述表面修饰剂为可溶性淀粉、聚乙二醇和十二烷基磺酸钠中的任意一种或几种。
其中，优选地，所述表面修饰剂的加入量与zn(no3)2·6h2o的重量比为1：15～20。
其中，优选地，所述步骤(3)中超声处理超声波的频率范围为40～60mhz。
其中，优选地，所述步骤(4)中的有机溶剂是体积比为1：3：5的乙醇、乙酸乙酯和环己醇。
本发明的有益效果：
本发明采用化学共沉淀法，加入一定量的表面修饰剂，通过表面修饰剂来控制在共沉淀时沉淀物的分散状态与大小分布，再结合超声波处理技术来减少颗粒间的硬团聚，使沉淀物的颗粒分布更加均匀。成功制备了类球形、分散性好、粒径均匀的纳米掺铝氧化锌粉体。分析结构表明，al离子成功掺杂到了氧化锌晶格中，保持zno的六方纤锌矿结构。通过扫描电子显微镜观察，表明制得的掺铝氧化锌纳米粉体粒径为～100nm，粒径分布均匀，颗粒之间界面清晰，流动性好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中掺铝高烧结性氧化锌纳米粉体的典型微结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种掺铝高烧结性氧化锌纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制浓度为18g/l的可溶性淀粉溶液，在可溶性淀粉溶液中加入
zn(no3)2·6h2o和al(no3)3·9h2o，加入过量20％以上的尿素，搅拌混合均匀；所述al和所述zn的原子百分比为4％；所述可溶性淀粉的加入量与zn(no3)2·6h2o的重量比为1：18；
(2)逐步升温至90℃，在搅拌下反应2h以上，得到白色沉淀；
(3)母液经超声波处理1小时后，超声波的频率范围为40～60mhz，继续搅拌并陈化12小时；
(4)真空抽滤，所得产物用0.1mol/l稀氨水洗涤两次，再用有机溶剂洗涤；有机溶剂是体积比为1：3：5的乙醇、乙酸乙酯和环己醇；
(5)洗涤后真空干燥，经研磨、过筛制得azo前驱体；
(6)将azo前驱体3～5℃/min升温至150℃，保温40min，再以3℃/min升温至700℃，保温4小时，即得掺铝氧化锌纳米粉体。
通过扫描电子显微镜观察(如图1所示)，可以看出本发明制得的掺铝氧化锌纳米粉体平均粒径为100nm，粒径分布均匀，颗粒之间界面清晰，分散性好。
实施例2
本实施例提供一种掺铝高烧结性氧化锌纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制浓度为15g/l的聚乙二醇溶液，在聚乙二醇溶液中加入
zn(no3)2·6h2o和al(no3)3·9h2o，加入过量20％以上的尿素，搅拌混合均匀；所述al和所述zn的原子百分比为5％；所述聚乙二醇的加入量与zn(no3)2·6h2o的重量比为1：15；
(2)逐步升温至95℃，在搅拌下反应2h以上，得到白色沉淀；
(3)母液经超声波处理1小时后，超声波的频率范围为40～60mhz，继续搅拌并陈化1小时；
(4)真空抽滤，所得产物用0.1mol/l稀氨水洗涤两次，再用有机溶剂洗涤；有机溶剂是体积比为1：3：5的乙醇、乙酸乙酯和环己醇；
(5)洗涤后真空干燥，经研磨、过筛制得azo前驱体；
(6)将azo前驱体3～5℃/min升温至200℃，保温30min，再以3℃/min升温至600℃，保温5小时，即得掺铝氧化锌纳米粉体。
通过扫描电子显微镜观察，可以看出本发明制得的掺铝氧化锌纳米粉体平均粒径为85nm，粒径分布均匀，颗粒之间界面清晰，分散性好。
实施例3
本实施例提供一种掺铝高烧结性氧化锌纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制浓度为20g/l的十二烷基磺酸钠溶液，在十二烷基磺酸钠溶液中加入zn(no3)2·6h2o和al(no3)3·9h2o，加入过量20％以上的尿素，搅拌混合均匀；所述al和所述zn的原子百分比为3％；所述修饰剂的加入量与zn(no3)2·6h2o的重量比为1：20；
(2)逐步升温至80℃，在搅拌下反应2h以上，得到白色沉淀；
(3)母液经超声波处理1小时后，超声波的频率范围为40～60mhz，继续搅拌并陈化24小时；
(4)真空抽滤，所得产物用0.1mol/l稀氨水洗涤两次，再用有机溶剂洗涤；有机溶剂是体积比为1：3：5的乙醇、乙酸乙酯和环己醇；
(5)洗涤后真空干燥，经研磨、过筛制得azo前驱体；
(6)将azo前驱体3～5℃/min升温至100℃，保温50min，再以3℃/min升温至800℃，保温3小时，即得掺铝氧化锌纳米粉体。
通过扫描电子显微镜观察，可以看出本发明制得的掺铝氧化锌纳米粉体平均粒径为125nm，粒径分布均匀，颗粒之间界面清晰，分散性好。
实施例4
本实施例提供一种掺铝高烧结性氧化锌纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制浓度为16g/l的聚乙二醇溶液，在聚乙二醇溶液中加入
zn(no3)2·6h2o和al(no3)3·9h2o，加入过量20％以上的尿素，搅拌混合均匀；所述al和所述zn的原子百分比为3.5％；所述聚乙二醇的加入量与zn(no3)2·6h2o的重量比为1：18；
(2)逐步升温至85℃，在搅拌下反应2h以上，得到白色沉淀；
(3)母液经超声波处理1小时后，超声波的频率范围为40～60mhz，继续搅拌并陈化10小时；
(4)真空抽滤，所得产物用0.1mol/l稀氨水洗涤两次，再用有机溶剂洗涤；有机溶剂是体积比为1：3：5的乙醇、乙酸乙酯和环己醇；
(5)洗涤后真空干燥，经研磨、过筛制得azo前驱体；
(6)将azo前驱体3～5℃/min升温至180℃，保温35min，再以3℃/min升温至750℃，保温4小时，即得掺铝氧化锌纳米粉体。
通过扫描电子显微镜观察，可以看出本发明制得的掺铝氧化锌纳米粉体平均粒径为115nm，粒径分布均匀，颗粒之间界面清晰，分散性好。
实施例5
本实施例提供一种掺铝高烧结性氧化锌纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制浓度为18g/l的十二烷基磺酸钠溶液，在十二烷基磺酸钠溶液中加入
zn(no3)2·6h2o和al(no3)3·9h2o，加入过量20％以上的尿素，搅拌混合均匀；所述al和所述zn的原子百分比为4.5％；所述十二烷基磺酸钠的加入量与zn(no3)2·6h2o的重量比为1：19；所述表面修饰剂为重量比为1：3的聚乙二醇和十二烷基磺酸钠；
(2)逐步升温至83℃，在搅拌下反应2h以上，得到白色沉淀；
(3)母液经超声波处理1小时后，超声波的频率范围为40～60mhz，继续搅拌并陈化20小时；
(4)真空抽滤，所得产物用0.1mol/l稀氨水洗涤两次，再用有机溶剂洗涤；有机溶剂是体积比为1：3：5的乙醇、乙酸乙酯和环己醇；
(5)洗涤后真空干燥，经研磨、过筛制得azo前驱体；
(6)将azo前驱体3～5℃/min升温至120℃，保温45min，再以3℃/min升温至650℃，保温4小时，即得掺铝氧化锌纳米粉体。
通过扫描电子显微镜观察，可以看出本发明制得的掺铝氧化锌纳米粉体平均粒径为92nm，粒径分布均匀，颗粒之间界面清晰，分散性好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。