专利名称：掺铝氧化锌导电粉体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及光电功能材料领域，特别涉及一种掺铝氧化锌导电粉体及其制备方法。
背景技术：
在过去几十年，纳米氧化锌由于其独特的物理和化学性质倍受人们的关注。纳米氧化锌已在许多领域得到广泛的应用，如太阳能电池、催化、压敏电阻、光电器件、气敏元件和晶体管等。但是，单纯的氧化锌在使用过程中容易受空气中的氧气、二氧化碳、碳氢化合物、水蒸汽和硫化物等影响，其光学和电学性能会随着使用时间的延长而降低。研究表明，通过掺杂能提高氧化锌在空气中的稳定性，使其能在各领域获得更好的应用。铝、铟和镓等高价金属通过一定的方法已经能够成功掺入氧化锌晶格中，相对于铟和镓两者稀贵金属，铝在地壳中蕴含量是铟105 106倍，铟的价格则是铝的250倍，因此，铝掺杂的氧化锌(AZO)是人们最关注的一种掺杂氧化物。铝掺杂氧化锌具有与锡掺杂氧化铟相比拟的光学和电学性质，却在氢等离子体气氛中又具有后者所没有的稳定性，并且无毒，对环境友好，所以，铝掺杂氧化锌被誉为最有希望替代锡掺杂氧化铟的化合物。在AZO的制备中，目前人们更多关注的是利用磁控溅射、物理气相沉积、喷雾热解法和Sol-Gel法等制备AZO薄膜，而对AZO粉体制备的研究和发明还比较少。AZO导电粉体不仅可以通过涂膜技术制备成透明导电膜，应用在太阳能电池和电子元器件当中，同时也可以充当浆料、涂料、塑料和高分子等的填料及添加剂，改善和增进它们的性能，如低电阻导电粉体添加到材料当中，可抗静电和起到电磁屏蔽等作用。目前AZO粉体形貌的合成基本上只有纳米颗粒和纳米棒/线。纳米颗粒制备较多使用的方法是将锌和掺杂元素的可溶性盐的混合溶液和沉淀剂同时滴到水中，控制反应条件(如调节PH值)，形成掺杂的碱式碳酸锌，再通过在还原性气氛中煅烧制备出AZO粉体，这种方法工艺相对简单，但需要在还原性气氛下高温煅烧，颗粒易团聚，形貌不可控，同时煅烧过程比较危险，对设备要求较高，消耗大量的能量，成本高。纳米棒/线的方法则使用静电纺丝的方法，需要设备要求更高，消耗的能量更多。众所周知，对于化学物质，结构决定性能，因此材料的形貌对其应用有很大影响。人们通过研究发现，氧化锌复杂形貌由于其独特的结构在催化及气敏元件等领域具有简单形貌所不具备的优异性能，譬如在催化应用中提供巨大表面积的同时，又可以避免团聚改善并延长催化剂的性能。但其它形貌特别是复杂形貌的AZO目前还未见报道。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种形貌较为复杂的掺铝氧化锌导电粉体及其制备方法。一种掺铝氧化锌导电粉体，所述掺铝氧化锌导电粉体的扫描电镜观察的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构，且所述掺铝氧化锌导电粉体的颗粒直径为I微米 10微米，所述掺铝氧化锌导电粉体中铝与锌的摩尔比为0.1:100^5:100.
一种掺铝氧化锌导电粉体的制备方法，包括如下步骤:
按照铝与锌的摩尔比为0.1:10(Γ5:100，将水溶性铝盐加入到浓度为0.5mol/L"3mol/L的锌盐的水溶液中，得到第一混合溶液；在温度为0°C 10°C及不断搅拌的条件下，将浓度为0.5mol/L^5mol/L的强碱的水溶液和浓度为0.08mol/L^lmol/L的表面活性剂的水溶液同时滴加到所述第一混合溶液中，得到第二混合溶液；其中，所述强碱与所述锌盐的摩尔比为3:5 5:1，所述表面活性剂与所述锌盐的摩尔比为3:250 1:30 ;及在所述第二混合溶液中加入去离子水，经室温下搅拌0.5小时小时后，置于700C 95°C中保温反应3小时 10小时，得到反应液，经离心、清洗及干燥，得到掺铝氧化锌导电粉体；所述掺铝氧化锌导电粉体的扫描电镜观察的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构，且所述掺铝氧化锌导电粉体的颗粒直径为I微米 10微米。在其中一个实施例中，所述锌盐为硝酸锌、氯化锌或硫酸锌。在其中一个实施例中，所述水溶性铝盐为九水合硝酸铝或硫酸铝。在其中一个实施例中，所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。在其中一个实施例中，所述表面活性剂为硬脂酸钠、十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠。在其中一个实施例中，在所述第二混合溶液中加入所述去离子水时，加入的所述去离子水的体积与所述第二混合溶液的体积之和为80毫升 120毫升。在其中一个实施例中，所述清洗的步骤为:依次使用去离子水及无水乙醇进行清洗。在其中一个实施例中，所述干燥的条件为:80°C 100°C干燥12小时 24小时。上述掺铝氧化锌导 电粉体的扫描电镜的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构，形貌较为复杂。由于纳米棒组成的刺球花状结构的掺铝氧化锌同时具有高比表面和抗团聚能力，在催化中有广阔的应用前景；并且由于上述掺铝氧化锌导电粉体在三维空间上均有纳米棒，增加底部与上部的联通，类似的四足体结构有利于提高杂合太阳能电池的光电转换效率；同时，通过掺杂铝提高了氧化锌的导电能力，在透明导电膜以及红外反射膜中也有很好的应用前景，同时由于其具有较好的抗团聚能力，成膜稳定性性较普通的掺铝氧化锌要好。
图1为一实施方式的掺铝氧化锌导电粉体的制备方法流程图；图2为实施例2制备的掺铝氧化锌导电粉体的扫描电镜图(SEM)；图3为实施例4制备的掺铝氧化锌导电粉体的扫描电镜图(SHM)；图4为实施例5制备的掺铝氧化锌导电粉体的扫描电镜图(SEM)；图5为实施例2、实施例4和实施例5掺铝氧化锌导电粉体与对比例制备的没有掺杂铝的氧化锌的X射线衍射分析图(XRD);图6为实施例f实施例6制备的掺铝氧化锌导电粉体与对比例制备的没有掺杂铝的氧化锌的紫外-可见光光谱图；图7为实施例f实施例6制备的掺铝氧化锌导电粉体与对比例制备的没有掺杂铝的氧化锌的体积电阻率数据图。
具体实施例方式下面主要结合附图及具体实施例对掺铝氧化锌导电粉体及其制备方法的作进一步详细的说明。一实施方式的掺铝氧化锌导电粉体，扫描电镜观察的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构，且掺铝氧化锌导电粉体的颗粒直径为I微米 10微米，掺铝氧化锌导电粉体中铝与锌的摩尔比为0.1: 100^5:1OOo上述掺铝氧化锌导电粉体的扫描电镜的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构，形貌较为复杂。由于纳米棒组成的刺球花状结构的掺铝氧化锌同时具有高比表面和抗团聚能力，在催化中有广阔的应用前景；并且由于上述掺铝氧化锌导电粉体在三维空间上均有纳米棒，增加底部与上部的联通，类似的四足体结构有利于提高杂合太阳能电池的光电转换效率；同时，通过掺杂铝提高了氧化锌的导电能力，在透明导电膜以及红外反射膜中也有很好的应用前景，同时由于其具有较好的抗团聚能力，成膜稳定性性较普通的掺铝氧化锌要好。如图1所示，一实施方式的掺铝氧化锌导电粉体的制备方法，包括如下步骤:步骤SllO:按照铝与锌的摩尔比为0.1:10(Γ5:100，将水溶性铝盐加入到浓度为
0.5mol/L^3mol/L的锌盐的水溶液中，得到第一混合溶液。浓度为0.5mol/L^3mol/L的锌盐的水溶液有利于产物的成核生长，若浓度过大会导致产物的生长速度过快，不利于产物形貌的控制。锌盐可以为本领域常用的锌盐，优选为硝酸锌、氯化锌或硫酸锌。水溶性铝盐 可以为本领域常用的水溶性铝盐，优选为九水合硝酸铝或硫酸铝。步骤S120:在温度为(TC 10°C及不断搅拌的条件下，将浓度为0.5mol/L^5mol/L的强碱的水溶液和浓度为0.08mol/L^lmol/L的表面活性剂的水溶液同时滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液；其中，强碱与锌盐的摩尔比为3:5 5:1，表面活性剂与锌盐的摩尔比为3:250 1:30。由于强碱的水溶液与第一混合溶液混合会释放热，而较低的温度有利于反应产物成核,通过滴加的方式有利于产物成核。通过将表面活性剂滴加到第一混合溶液中,有利于产物的生长，避免了开始直接将表面活性剂加入到第一混合溶液中，而包覆在产物的成核点上，不利于产物的后续生长。强碱可以为本领域常用的强碱，优选为氢氧化钠或氢氧化钾。浓度为0.5mol/L"5mol/L的强碱的水溶液有利于掺铝氧化锌的形成,掺铝氧化锌是一个近似溶解-结晶的过程，且由于掺铝氧化锌是两性氧化物，强碱的水溶液的浓度过高不利于掺铝氧化锌的形成，但是浓度过小，会直接形成锌和铝的氢氧化物沉淀，而不能形成一种亚稳状态锌/铝氢氧化物，不利于掺铝氧化锌的形成。表面活性剂可以为本领域常用的表面活性剂，例如阴离子表面活性剂，优选为硬脂酸钠、十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠。这些都是具有长链烷基的阴离子表面活性齐U，一方面反映体系是碱性的，阴离子表面活性剂有利，另一方面，长链烷基是可以形成较好的包覆，也能形成反应的小液滴。浓度为0.08mol/L^lmol/L的表面活性剂的水溶液即能够保证表面活性剂能在产物表面形成包覆层，控制产物的形貌生长，又避免有过多的表面活性剂影响生长。步骤S130:在第二混合溶液中加入去离子水，经室温下搅拌0.5小时小时后，置于70°C 95°C中保温反应3小时 10小时，得到反应液，经离心、清洗及干燥，得到掺铝氧化锌导电粉体；掺铝氧化锌导电粉体的扫描电镜观察的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构，且掺铝氧化锌导电粉体的颗粒直径为I微米 10微米。通过在第二混合溶液中加入去离子能够进一步降低反应的浓度，使其成核速率更低，通过搅拌0.5小时I小时使得体系混合更均匀，同时给予表面活性剂足够的时间去吸附在产物表面。在具体的实施例中，在步骤S130中，保温反应时，加入了去离子水的第二混合溶液装载容器是保温器。通过在70°C 95°C中保温反应3小时 10小时，使得剩余的锌和铝在成核点上析出锌和铝的碱性氧化物，然后该碱性氧化物脱水形成产物掺铝氧化锌。优选的，在第二混合溶液中加入去离子水时，加入的去离子水的体积与第二混合溶液的体积之和为80毫升 120毫升，该体积总量的去离子水和第二混合溶液有利于反应的控制。优选的，清洗的步骤为:依次使用去离子水及无水乙醇进行清洗。在具体的实施例中，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，从而去除产物中的杂质离子和表面活性剂，杂质离子例如，钠离子、钾离子等。优选的，干燥条件为:80°C 100°C干燥12小时 24小时。上述掺铝氧化锌导电粉体的制备方法，通过按照上述步骤并在温度为70°C 95°C中保温反应3小时 10小时制备掺铝`氧化锌导电粉体，在制备过程中不需要调节pH值，且使用的溶剂为去离子水，避免了使用有机溶剂，且反应温度只要70°C 95°C，无需高温烧结就能够得到形貌较为复杂的、具有由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构的掺铝氧化锌导电粉体，能耗较低，制备过程简单；且使用的原材料来源丰富，成本较为低廉，特别适合大规模工业化生产。以下为具体实施例部分:实施例1本实施例的掺铝氧化锌导电粉体的制备步骤如下:(I)按照铝与锌的摩尔比为0.4:100，将0.03752g九水合硝酸铝加入到浓度为lmol/L的硝酸锌的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在温度为0°C及不断搅拌的条件下，将35毫升的浓度为3mol/L的氢氧化钠的水溶液和3毫升的浓度为0.lmol/L的十二烷基苯磺酸钠的水溶液同时滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入37毫升的去离子水，经室温下温和搅拌1.5小时后，装入保温器置于75°C保温反应8小时，得到反应液，将反应液离心，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，去除杂质离子和表面活性剂，最后于烘箱中80°C干燥12小时，得到扫描电镜观察的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构的掺铝氧化锌导电粉体。实施例2
本实施例的掺铝氧化锌导电粉体的制备步骤如下:(I)按照铝与锌的摩尔比为1:100，将0.0938g九水合硝酸铝加入到浓度为Imol/L的硝酸锌的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在温度为0°C及不断搅拌的条件下，将35毫升的浓度为3mol/L的氢氧化钠的水溶液和3毫升的浓度为0.lmol/L的十二烷基苯磺酸钠的水溶液同时滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入37毫升的去离子水，经室温下温和搅拌1.5小时后，装入保温器置于75°C保温反应8小时，得到反应液，将反应液离心，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，去除杂质离子和表面活性剂，最后于烘箱中80°C干燥12小时，得到扫描电镜观察的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构的掺铝氧化锌导电粉体。将本实施例制备的掺铝氧化锌导电粉体分别分散在乙醇中，浓度为10mg/ml，滴在硅片上，得到本实施例制备的掺铝氧化锌导电粉体的扫描电镜图(SEM)，见图2，从图2中可以看出，掺铝氧化锌为纳米结构的棒状组成的刺球花状的二级结构，纳米棒直径约100纳米，刺球花状结构的直径约3微米。实施例3本实施例的掺铝氧化锌导电粉体的制备步骤如下:(I)按照铝与锌的摩尔比为1.5:100，将0.1407g九水合硝酸铝加入到浓度为lmol/L的硝酸锌的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在温度为0°C及不断搅拌的条件下，将35毫升的浓度为3mol/L的氢氧化钠的水溶液和3毫升的浓度为0.l mol/L的十二烷基苯磺酸钠的水溶液同时滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入37毫升的去离子水，经室温下温和搅拌1.5小时后，装入保温器置于75°C保温反应8小时，得到反应液，将反应液离心，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，去除杂质离子和表面活性剂，最后于烘箱中80°C干燥12小时，得到扫描电镜观察的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构的掺铝氧化锌导电粉体。实施例4本实施例的掺铝氧化锌导电粉体的制备步骤如下:(I)按照铝与锌的摩尔比为2:100，将0.1876g九水合硝酸铝加入到浓度为Imol/L的硝酸锌的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在温度为0°C及不断搅拌的条件下，将35毫升的浓度为3mol/L的氢氧化钠的水溶液和3毫升的浓度为0.lmol/L的十二烷基苯磺酸钠的水溶液同时滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入37毫升的去离子水，经室温下温和搅拌1.5小时后，装入保温器置于75°C保温反应8小时，得到反应液，将反应液离心，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，去除杂质离子和表面活性剂，最后于烘箱中80°C干燥12小时，得到扫描电镜观察的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构的掺铝氧化锌导电粉体。
将本实施例制备的掺铝氧化锌导电粉体分别分散在乙醇中，浓度为10mg/ml，滴在硅片上，得到本实施例制备的掺铝氧化锌导电粉体的扫描电镜图(SEM)，见图3，从图3可以看出，掺铝氧化锌为纳米结构的棒状组成的刺球花状的二级结构，纳米棒直径约50纳米，刺球花状结构的直径约I微米。
实施例5本实施例的掺铝氧化锌导电粉体的制备步骤如下:(I)按照铝与锌的摩尔比为3:100，将0.2813g九水合硝酸铝加入到浓度为Imol/L的硝酸锌的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在温度为0°C及不断搅拌的条件下，将35毫升的浓度为3mol/L的氢氧化钠的水溶液和3毫升的浓度为0.lmol/L的十二烷基苯磺酸钠的水溶液同时滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入37毫升的去离子水，经室温下温和搅拌1.5小时后，装入保温器置于75°C保温反应8小时，得到反应液，将反应液离心，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，去除杂质离子和表面活性剂，最后于烘箱中80°C干燥12小时，得到扫描电镜观察的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构的掺铝氧化锌导电粉体。将本实施例制备的掺铝氧化锌导电粉体分别分散在乙醇中，浓度为10mg/ml，滴在硅片上，得到本实施例制备的掺铝氧化锌导电粉体的扫描电镜图(SEM)，见图4，从图4中可以看出，掺铝氧化锌为纳米结构的棒状组成的刺球花状的二级结构，纳米棒直径约150纳米，刺球花状结构直径约10微米。实施例6本实施例的掺铝氧化锌导电粉体的制备步骤如下:(I)按照铝与锌的摩尔比为4:100，将0.3752g九水合硝酸铝加入到浓度为Imol/L的硝酸锌的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在温度为0°C及不断搅拌的条件下，将35毫升的浓度为3mol/L的氢氧化钠的水溶液和3毫升的浓度为0.lmol/L的十二烷基苯磺酸钠的水溶液同时滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入37毫升的去离子水，经室温下温和搅拌1.5小时后，装入保温器置于75°C保温反应8小时，得到反应液，将反应液离心，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，去除杂质离子和表面活性剂，最后于烘箱中80°C干燥12小时，得到扫描电镜观察的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构的掺铝氧化锌导电粉体。实施例7本实施例的掺铝氧化锌导电粉体的制备步骤如下:(I)按照铝与锌的摩尔比为1:100，将0.0856g硫酸铝加入到浓度为lmol/L的氯化锌的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在温度为0°C及不断搅拌的条件下，将30毫升的浓度为2mol/L的氢氧化钾的水溶液和5毫升的浓度为0.08mol/L的十二烷基硫酸钠的水溶液同时滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。
(3)在第二混合溶液中加入40毫升的去离子水，经室温下温和搅拌I小时后，装入保温器置于75°C保温反应10小时，得到反应液，将反应液离心，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，去除杂质离子和表面活性剂，最后于烘箱中80°C干燥24小时，得到扫描电镜观察的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构的掺铝氧化锌导电粉体。实施例8本实施例的掺铝氧化锌导电粉体的制备步骤如下:(I)按照铝与锌的摩尔比为1:100，将0.0428g硫酸铝加入到浓度为0.5mol/L的氯化锌的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在温度为0°C及不断搅拌的条件下，将30毫升的浓度为2mol/L的氢氧化钾的水溶液和5毫升的浓度为0.08mol/L的硬脂酸钠的水溶液同时滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入40毫升的去离子水，经室温下温和搅拌I小时后，装入保温器置于80°C保温反应7小时，得到反应液，将反应液离心，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，去除杂质离子和表面活性剂，最后于烘箱中100°C干燥12小时，得到扫描电镜观察的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构的掺铝氧化锌导电粉体。实施例9本实施例的掺铝氧化锌导电粉体 的制备步骤如下:(I)按照铝与锌的摩尔比为5:100，将0.4280g硫酸铝加入到浓度为lmol/L的硝酸锌的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在温度为0°C及不断搅拌的条件下，将30毫升的浓度为2mol/L的氢氧化钾的水溶液和5毫升的浓度为0.08mol/L的十二烷基苯磺酸钠的水溶液同时滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入40毫升的去离子水，经室温下温和搅拌0.5小时后，装入保温器置于80°C保温反应7小时，得到反应液，将反应液离心，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，去除杂质离子和表面活性剂，最后于烘箱中80°C干燥12小时，得到扫描电镜观察的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构的掺铝氧化锌导电粉体。实施例10本实施例的掺铝氧化锌导电粉体的制备步骤如下:(I)按照铝与锌的摩尔比为0.1:100，将0.0086g硫酸铝加入到浓度为lmol/L的硝酸锌的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在温度为0°C及不断搅拌的条件下，将30毫升的浓度为2mol/L的氢氧化钾的水溶液和5毫升的浓度为0.08mol/L的十二烷基苯磺酸钠的水溶液同时滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入40毫升的去离子水，经室温下温和搅拌0.5小时后，装入保温器置于80°C保温反应3小时，得到反应液，将反应液离心，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，去除杂质离子和表面活性剂，最后于烘箱中80°C干燥12小时，得到扫描电镜观察的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构的掺铝氧化锌导电粉体。实施例11本实施例的掺铝氧化锌导电粉体的制备步骤如下:(I)按照铝与锌的摩尔比为1:100，将0.0938g九水合硝酸铝加入到浓度为Imol/L的硫酸锌的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在温度为0°C及不断搅拌的条件下，将30毫升的浓度为2mol/L的氢氧化钾的水溶液和4毫升的浓度为0.2mol/L的十二烷基苯磺酸钠的水溶液同时滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入41毫升的去离子水，经室温下温和搅拌3小时后，装入保温器置于95°C保温反应8小时，得到反应液，将反应液离心，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，去除杂质离子和表面活性剂，最后于烘箱中80°C干燥12小时，得到扫描电镜观察的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构的掺铝氧化锌导电粉体。实施例12本实施例的掺铝氧化锌导电粉体的制备步骤如下:(I)按照铝与锌的摩尔比为1:100，将0.0938g九水合硝酸铝加入到浓度为Imol/L的氯化锌的水溶液中，配制25毫升的第一混合溶液。(2)在温度为10°C及不断搅拌的条件下，将30毫升的浓度为0.5mol/L的氢氧化钾的水溶液和4毫升的浓度为0.2mol/L的十二烷基苯磺酸钠的水溶液同时滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入21毫升的去离子水，经室温下温和搅拌3小时后，装入保温器置于95°C保温反应8小时，得到反应液，将反应液离心，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，去除杂质 离子和表面活性剂，最后于烘箱中80°C干燥12小时，得到掺铝氧化锌导电粉体。实施例13本实施例的掺铝氧化锌导电粉体的制备步骤如下:(I)按照铝与锌的摩尔比为1:100，将0.1125g九水合硝酸铝加入到浓度为3mol/L的硫酸锌的水溶液中，配制10毫升的第一混合溶液。(2)在温度为0°C及不断搅拌的条件下，将30毫升的浓度为5mol/L的氢氧化钾的水溶液和I毫升的浓度为lmol/L的十二烷基苯磺酸钠的水溶液同时滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入79毫升的去离子水，经室温下温和搅拌2小时后，装入保温器置于85°C保温反应5小时，得到反应液，将反应液离心，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，去除杂质离子和表面活性剂，最后于烘箱中100°C干燥12小时，得到掺铝氧化锌导电粉体。对比例没有掺杂铝的氧化锌制备步骤如下:(I)配制浓度为lmol/L的硝酸锌的水溶液25毫升的，是为第一混合溶液。
(2)在温度为0°C及不断搅拌的条件下，将35毫升的浓度为3mol/L的氢氧化钠的水溶液和3毫升的浓度为0.lmol/L的十二烷基苯磺酸钠的水溶液同时滴加到第一混合溶液中，得到第二混合溶液。(3)在第二混合溶液中加入37毫升的去离子水，经室温下温和搅拌1.5小时后，装入保温器置于75°C保温反应8小时，得到反应液，将反应液离心，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，去除杂质离子和表面活性剂，最后于烘箱中80°C干燥12小时，得到氧化锋粉体。图5表示的是实施例2、实施例4及实施例5制备的掺铝氧化锌与对比例的没有掺杂铝的氧化锌的X射线衍射分析图(XRD)。从图5中可以看出，三个实施例制备的掺铝氧化锌均为六方纤锌矿结构，对比例物相结构一致，并不存在氧化铝等其他杂相，并且通过002峰位置随着掺杂浓度升高存在向高角度位移，说明Al成功掺入ZnO晶格中。图6表示的是实施例f实施例6制备的掺铝氧化锌与对比例的没有掺杂铝的氧化锌的紫外-可见光光谱图，从图6中可以看出，实施例f实施例6制备的掺铝氧化锌具有典型的氧化锌紫外吸收，吸收峰位置在380nm处，以对比例为基准，随着掺杂量的增加，吸收峰位置先红移再蓝移，与文献报道关于氧化锌掺杂带隙变化规律一致，佐证了 Al成功掺入ZnO晶格当中。图7表示的是实施例f实施例6制备的掺铝氧化锌与对比例的没有掺杂铝的氧化锌的体积电阻率数据图。通过分别取适量的实施例f实施例6制备的掺铝氧化锌及没有掺杂铝的氧化锌置于一纽扣电池外壳，分别通过红外压片机进行压片，通过采用四探针法测试其表面电阻率，通过表面电阻率算的体积电阻率。从图7得知，实施例f实施例6制备的掺铝氧化锌的体积电阻率分别为1.1X IO6 Ω.οιι、1.8Χ104Ω.οιι、3.6Χ105Ω.cm、6.8Χ105Ω * cmU.3Χ106Ω.cm和1.7Χ106Ω.cm，对比例没有掺杂铝的氧化锌的体积电阻率为3.6Χ106Ω._，其中，铝与锌的摩尔比为1: 100的掺铝氧化锌导电粉体的体积电阻率降低了 2个数量级，说明了对于此方法而言，实施例2制备的1%的Al掺杂量的掺铝氧化锌导电粉体具有最低的体积电阻率，为最优掺杂比。以上所述实 施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种掺铝氧化锌导电粉体，其特征在于，所述掺铝氧化锌导电粉体的扫描电镜观察的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构，且所述掺铝氧化锌导电粉体的颗粒直径为I微米 10微米，所述掺铝氧化锌导电粉体中铝与锌的摩尔比为0.1:10(Γ5:100。
2.一种掺铝氧化锌导电粉体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 按照铝与锌的摩尔比为0.1:10(Γ5:100，将水溶性铝盐加入到浓度为0.5mol/L^3mol/L的锌盐的水溶液中，得到第一混合溶液； 在温度为0°C 10°C及不断搅拌的条件下，将浓度为0.5mol/L^5mol/L的强碱的水溶液和浓度为0.08mol/L^lmol/L的表面活性剂的水溶液同时滴加到所述第一混合溶液中，得到第二混合溶液；其中，所述强碱与所述锌盐的摩尔比为3:5 5:1，所述表面活性剂与所述锌盐的摩尔比为3:250^1:30 ;及 在所述第二混合溶液中加入去离子水，经室温下搅拌0.5小时I小时后，置于700C 95°C中保温反应3小时 10小时，得到反应液，经离心、清洗及干燥，得到掺铝氧化锌导电粉体；所述掺铝氧化锌导电粉体的扫描电镜观察的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构，且所述掺铝氧化锌导电粉体的颗粒直径为I微米 10微米。
3.根据权利要求2所述的掺铝氧化锌导电粉体的制备方法，其特征在于，所述锌盐为硝酸锌、氯化锌或硫酸锌。
4.根据权利要求2所述的掺铝氧化锌导电粉体的制备方法，其特征在于，所述水溶性招盐为九水合硝Ife招或硫Ife招。
5.根据权利要求2所述的掺铝氧化锌导电粉体的制备方法，其特征在于，所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
6.根据权利要求2 所述的掺铝氧化锌导电粉体的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为硬脂酸钠、十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠。
7.根据权利要求2所述的掺铝氧化锌导电粉体的制备方法，其特征在于，在所述第二混合溶液中加入所述去离子水时，加入的所述去离子水的体积与所述第二混合溶液的体积之和为80晕升 120晕升。
8.根据权利要求2所述的掺铝氧化锌导电粉体的制备方法，其特征在于，所述清洗的步骤为:依次使用去离子水及无水乙醇进行清洗。
9.根据权利要求2所述的掺铝氧化锌导电粉体的制备方法，其特征在于，所述干燥的条件为:80°C 100°C干燥12小时 24小时。
全文摘要
一种掺铝氧化锌导电粉体，其扫描电镜观察的微观形貌为由掺铝氧化锌纳米棒组成的刺球花状结构，且掺铝氧化锌导电粉体的颗粒直径为1微米~10微米，掺铝氧化锌导电粉体中铝与锌的摩尔比为0.1:100~5:100。上述掺铝氧化锌导电粉体的形貌较为复杂。此外，还涉及一种掺铝氧化锌导电粉体制备方法。
文档编号B82Y30/00GK103159252SQ201310066730
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者孙蓉, 陈锐强, 朱朋莉, 赵涛 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院