专利名称：一种简易的制备线形氧化锌晶须的方法
技术领域：
本发明涉及一种无机晶体材料制备工艺，特别是涉及一种简易的制备线形氧化锌(Zn0)晶须的方法。
背景技术：
ZnO晶须具有优异的高强及高模量性、半导体性、压电性、吸波性、高比重性、杀菌性及触变性等特点，可广泛用于高分子、无机和金属、合金等材料的增强，也可用于催化剂载体、传感器及气敏元件、发光材料、压电材料、过滤材料等。ZnO晶须有多种形态，包括四脚状、多脚、棒状、线状、空心管、带状、羽毛状、阵列状等；线形/性的ZnO晶须(也称为纤维状)，按其直径尺寸又分为纳米和微米级的。纳米线形/性ZnO晶须有很多报道，如CN1252311C、CN100372776C及CN101319372A等所表述的纳米线形/性ZnO晶须的直径均在100nm以内。另一方面，因众所周知的理由，晶须是单晶体，晶体结构完整、内部缺陷极少，相对大尺寸的很难得到，微米级线形/性ZnO晶须制备的相关文献很少。戴英等人研究了用氧化铝管或坩埚为反应容器，并在其底部放置硅基板(衬底)，制备线形ZnO晶须，其直径60 250nm、长度几微米(一维晶须的制备与生长机理.湖北化工，2003，4 :8-9)。中国发明专利CN1312324C公开了用氧化锌粉末为原料，石墨舟为反应容器，并用硅、氧化铝等为衬底，所制备的纤维状晶须长度可达厘米数量级，长宽比高达IOOO : 1。但其所述方法均需反应衬底，且所用反应容器是尺寸较小的坩埚或舟等，较难实现大规模工业生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简易的以锌粉为原料制备线形ZnO晶须的方法，所制备的ZnO晶须为高纯，形态均匀，直径为0. 6 0. 7 ii m，平均长度为65 y m，长径比约为100，产率95%以上。 本发明的目的是通过以下技术方案实现的 —种简易的制备线形氧化锌晶须的方法，将陈化的锌粉置于清洁的陶瓷钵中，放入高温炉中，快速升温到1000 IIO(TC，同时通入氮气和空气的混合气，保温1 1. 5小时；取出自然冷却到室温，制得线形ZnO晶须。 所述的一种简易的制备线形氧化锌晶须的方法，其陈化锌粉，以锌粉纯度大于98%即可为原料，用0. 1 1%。的过氧化氢的去离子水溶液调至糊状，在研钵中研磨10-30分钟，室温下摊放48小时以上，将其干燥而得。 所述的一种简易的制备线形氧化锌晶须的方法，其清洁的陶瓷钵，陶瓷钵预先进行过热处理和清洗，即将陶瓷钵在高温炉中，按如下程序升温热处理50(TC /30分钟、80(TC/30分钟、110(TC/30分钟，然后在炉中自然降温到室温；热处理过的陶瓷钵用去离子水于超声波清洁器中清洗，再在干燥箱中烘干，待用。 所述的一种简易的制备线形氧化锌晶须的方法，其氮与空气的混合气，高纯氮气0. 3mVh和压縮空气0. OlmVh。
所述的一种简易的制备线形氧化锌晶须的方法，其线形Zn0晶须，产物为高纯，形态均匀，直径为0. 6 0. 7 ii m，平均长度为65 y m，长径比约为100，产率95%以上。
本发明的优点与效果是 直接用锌粉为原料，X光衍射谱(XRD)和电子能谱(EDS)证实该晶须具有六方晶系纤锌矿晶体结构，且为高纯的ZnO晶须，扫描电镜(SEM)证实所制备的ZnO晶须全部是线形，且形态均匀，且产率高； 所用制备装置(普通陶瓷钵和高温炉)及高温焙烧工艺方法简单、稳定、重复性好，生产效率高；产品质量稳定、品质好，制备成本低，可工业化生产。 本发明的线形ZnO晶须具有优异的高强及高模量性、半导体性、压电性、吸波性、高比重性、杀菌性及触变性等特点，可广泛用于高分子、无机和金属、合金等材料的增强，也可用于催化剂载体、传感器及气敏元件、发光材料、压电材料、过滤材料等。
图1为线状ZnO晶须SEM(线簇)；[OO15] 图2为线状ZnO晶须SEM (单根)；
图3为线状ZnO晶须的XRD图谱；
图4为线状ZnO的EDS谱图。 注本发明的附图为形态效果示意图(照片)，图中的文字或数字不清晰并不影响对本发明技术方案的理解。
具体实施例方式
(1)锌粉陈化将锌粉用过氧化氢的去离子水溶液调至糊状，在研钵中研磨10-30分钟，室温下摊放48小时以上，再将其干燥； (2)陶瓷钵预热处理将陶瓷钵置于高温炉中，按如下程序升温热处理50(TC /30分钟、800。C /30分钟、110(TC /30分钟，然后在炉中自然降温到室温； (3)陶瓷钵清洁热处理过的陶瓷钵用去离子水于超声波清洁器中清洗10分钟后，于干燥箱中烘干； (4)高温焙烧将陈化的锌粉置于清洁的陶瓷钵中，然后放入高温炉中，快速升温到1000 IIO(TC，同时通入高纯氮气0. 3mVh和压縮空气0. OlmVh，保温1 1. 5小时；取出自然冷却到室温，制得线形ZnO晶须。
实施例1 市售纯度98%锌粉用0. 1%。过氧化氢的去离子水溶液调至糊状，在研钵中研磨30分钟，室温下摊放48小时，再将其干燥；将陶瓷钵置于高温炉中，按如下程序升温热处理500°C /30分钟、80(TC /30分钟、110(TC /30分钟，然后在炉中自然降温到室温；热处理过的
陶瓷钵用去离子水于超声波清洁器中清洗10分钟后，于干燥箱中烘干；将陈化的锌粉置于清洁的陶瓷钵中，放入高温炉中，快速升温到IIO(TC，同时通入高纯氮气0. 3mVh和压縮空气0. OlmVh，保温1. 5小时；取出自然冷却到室温，所制备的ZnO晶须形态均匀、尺寸稳定，全部是线形。
实施例2
改用纯度99. 99%锌粉用1%。过氧化氢的去离子水溶液调至糊状，在研钵中仅研磨10分钟，其他陈化条件及陶瓷钵预处理同实施例1 ;高温焙烧温度100(TC，保温1小时，其他工艺条件同实施例l，产品同实施例1无区别。
实施例3 改用纯度99. 5%锌粉用0. 5%。过氧化氢的去离子水溶液调至糊状，在研钵中仅研磨20分钟，清洗20分钟，其他陈化条件及陶瓷钵预处理同实施例1 ;高温焙烧温度1050°C ，保温1小时，其他工艺条件同实施例l，产品同实施例1无区别。
比较例1 按实施例1步骤实施，但所用锌粉纯度为97% ，所制得产品除线形Zn0晶须尺寸不均匀外，还有部分片晶及多脚晶须，线形晶须产率约为70%。
比较例2 按实施例1步骤实施，但锌粉仅用去离子水陈化，所制得产品是各种形态晶须和片晶的混合物。比较例3 按实施例1步骤实施，但陶瓷钵未做热处理，经高温焙烧后，陶瓷钵炸裂，线形晶
须散落在高温炉中，尺寸均匀性变差。
比较例3 按实施例1步骤实施，但改变高纯氮气和压縮空气用量比，所制得产品的线形晶须量减少，并有部分其他形态的晶须和片晶。
权利要求
一种简易的制备线形氧化锌晶须的方法，其特征在于将陈化的锌粉置于清洁的陶瓷钵中，放入高温炉中，快速升温到1000～1100℃，同时通入氮气和空气的混合气，保温1～1.5小时；取出自然冷却到室温，制得线形ZnO晶须。
2. 按照权利要求1所述的一种简易的制备线形氧化锌晶须的方法，其特征在于陈化锌粉，以锌粉纯度大于98%即可为原料，用0. 1 1%。的过氧化氢的去离子水溶液调至糊 状，在研钵中研磨10-30分钟，室温下摊放48小时以上，将其干燥而得。
3. 按照权利要求1所述的一种简易的制备线形氧化锌晶须的方法，其特征在于清洁 的陶瓷钵，陶瓷钵预先进行过热处理和清洗，即将陶瓷钵在高温炉中，按如下程序升温热处 理500。C /30分钟、800。C /30分钟、1100。C /30分钟，然后在炉中自然降温到室温；热处理 过的陶瓷钵用去离子水于超声波清洁器中清洗，再在干燥箱中烘干，待用。
4. 按照权利要求1所述的一种简易的制备线形氧化锌晶须的方法，其特征在于氮与 空气的混合气，高纯氮气0. 3mVh和压縮空气0. OlmVh。
5. 按照权利要求1所述的一种简易的制备线形氧化锌晶须的方法，其特征在于线 形ZnO晶须，产物为高纯，形态均匀，直径为0. 6 0. 7 ii m，平均长度为65 y m，长径比约为 100，产率95%以上。
全文摘要
一种简易的制备线形氧化锌晶须的方法，属于无机晶体材料制备工艺。其以锌粉为原料，用0.1～1‰的过氧化氢的去离子水溶液调至糊状，在研钵中研磨10-30分钟，室温下放置48小时以上，将其干燥，即陈化处理锌粉；将陈化的锌粉置于陶瓷钵中，放入高温炉中，快速升温到1000～1100℃，同时通入高纯氮气0.3m3/h和压缩空气0.01m3/h，保温1～1.5小时；取出自然冷却到室温，制得线形ZnO晶须。本发明所用制备装置和制备工艺方法简单，生产效率高；产品质量好、制备成本低，可工业化生产。其可用作高分子材料、无机材料及铝和镁等金属合金的功能增强材料，也可用于传感器及气敏元件、发光材料及压电材料等。
文档编号C30B1/00GK101748474SQ20101001009
公开日2010年6月23日 申请日期2010年1月12日 优先权日2010年1月12日
发明者陈尔凡 申请人:沈阳化工学院