一种导电氧化锌晶须的制备方法及其专用装置的制作方法

专利名称：一种导电氧化锌晶须的制备方法及其专用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种导电氧化锌晶须的制备方法及其专用装置。
背景技术：
由于高分子材料的大量应用，静电危害越来越成为人们无法回避的问题。为有效防止静电危害，最可行的办法是在高分子材料中添加导电材料以提高其导电率。为了形成持久的导电性，无机材料作为导电添加材料是最佳选择。从理论上讲，具备防止静电危害能力的无机材料主要有无机盐类、无机半导体类和金属导体类。无机盐类以KCl、NaCl、K2SO4、KNO3等为代表物，它们难溶于有机材料且腐蚀性强，应用相对受限；无机半导体类以无机半导体氧化物和炭黑为主要代表它们的缺点在于无机氧化物通常是做成粒径小于0.1μm的球形颗粒，其分散于高分子树脂中形成导电网络需要有较大的添加量，而炭黑类导电填料只适合用于黑色制品；金属类主要以Ag、Ni和Cu等为代表，它们的最大缺陷在于使用过程中由于氧化导致导电性下降，同时也存在着用量大的问题。四针状氧化锌晶须(ZnOw)属于n型半导体，具有特殊的四针状结构，分散在基体中针状体可高效地搭接形成网络结构。就普通四针状氧化锌晶须而言，其作为一种半导体材料添加到基体中虽然可形成网络但由于其导电率较低，却不能成为电荷泄漏的有效通道。提高氧化锌晶须导电率是使其成为有效导电添加材料的关键。

发明内容
本发明的目的就是提供一种导电氧化锌晶须的制备方法，用该种方法制得的导电氧化锌晶须，其导电率大大提高，导电率保持一致；可用作高分子材料的导电添加材料，以有效防止高分子材料的静电危害。
本发明的另一目的是提供实施上述的导电氧化锌晶须制备方法的专用装置。
本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为一种导电氧化锌晶须的制备方法，是将普通四针状氧化锌晶须或复合四针状氧化锌晶须放入温度为600-1600℃的反应管中，通入还原性气体保温5-240分钟以上，即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明在制备时将四针状氧化锌晶须即ZnOw的温度控制在600～1600℃，低于ZnOw的溶点温度，保证了四针状晶须的结构特征不会被破坏。同时，在此温度下，通入的还原性气体能夺取四针状氧化锌晶须中的氧而使锌还原，导致四针状氧化锌晶须晶格中有富裕电子形成电子导电；另一方面，在还原性气氛下，处于该温度下的金属锌可能挥发从而导致晶格中Zn缺位，形成空穴导电。因此，本发明方法制得的导电氧化锌晶须具有比普通四针状氧化锌晶须更多的电子或更多的空穴，从而具有更高导电性，同时又保持了氧化锌晶须的四针状结构，可方便地加入高分子材料中作为导电添加材料，能有效防止高分子材料的静电危害。电阻测试表明本发明制备得到的氧化锌晶须，其电阻率可低至103-104Ω.cm，比一般的氧化锌晶须低四至五个数量级，达到导电粉体材料的指标。
上述的复合四针状氧化锌晶须是通过以下方法制得的将0.5-20份的Al2O3、纳米Al2O3或能提供相同重量Al3+的其它含铝物质分散于50-200ml水或乙醇或丙酮溶剂中形成含铝物质分散体系，再将该分散体系均匀喷洒于80-99.5份普通四针状氧化锌晶须的表面，干燥即得。
采用含铝的复合四针状氧化锌晶须制备导电氧化锌晶须，在金属锌挥发而使晶格中Zn缺位时，由于Al3+半径小于Zn原子半径，Al3+可补充其缺位而引入稳定的多余空穴，产生持久的空穴导电，进一步增加了制品的导电性能。同时，由于将含铝物质分散或溶解于溶剂中，可保证含铝物质不团聚；通过将含铝物质分散体系喷洒到氧化锌晶须针状体表面时，可保证制得的复合四针状氧化锌晶须其含铝物质均匀分散在氧化锌晶须针状体的表面。以使制备导电氧化锌晶须的过程中铝离子可在各处均匀掺入，产生的自由电子和空穴分布均匀，保证了导电氧化锌晶须制品的导电率一致。
上述的还原性气体为氢气或一氧化碳。选择还原性强、成本低廉，来源广泛的氢气或一氧化碳作还原性气体，使得本发明实施更容易。
上述的其它含铝物质选择铝或硝酸铝或铝酸纳。这些含铝物质均可在600-1600℃下产生出三价铝离子Al3+掺入氧化锌中。
实施上述导电氧化锌晶须的制备方法的专用装置，包括高温炉、反应管，其特点为在反应管中放有盛装氧化锌晶须的反应舟。
上述的反应管的一端连有出气管和进气管，该端伸出炉外，反应管的工作区则伸入高温炉内。
上述的反应舟由石英由陶瓷或不锈钢制作，四周及底部排布有直径为1-5mm的圆孔。
带有出、进气管的反应管，可方便地向反应管内通入还原性气体，保证反应管内始终处于还原气氛，均匀分布小孔的反应舟，可保证各处氧化锌晶须均匀发生还原反应。故采用以上专用装置制备出的导电氧化锌晶须，可进一步保证制品的导电率高，且保持一致。


下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明导电氧化锌晶须制备方法的专用装置结构示意图。
图2是本发明实施例组分中的四针状氧化锌晶须的扫描电镜照片。
图3是本发明得到的导电氧化锌晶须的扫描电镜照片。
图4是本发明实施例组分中的四针状氧化锌晶须的X-衍射图谱图5是本发明得到的导电氧化锌晶须的X-衍射图谱具体实施方式
实施例1-17图1示出，本发明各实施例均采用相同的导电氧化锌晶须制备方法的专用装置，它包括高温炉3、反应管5，在反应管5中放有盛装四针状氧化锌晶须原料7的反应舟6。反应管5的一端连有出气管4和进气管8，反应管5的该端伸出高温炉3外，反应管5的工作区则伸入高温炉3内。反应舟6由石英或陶瓷或不锈钢制作，四周及底部排布有直径为1-5mm的圆孔。高温炉3选用有控温装置1和热电偶2的高温炉。便于对炉内温度的监测与控制。
本发明各实施例制备方法的条件与参数及其制品电阻率见附表；各实施例的实施过程基本相同，具体如下1、复合四针状氧化锌晶须的制备实施例1选用的是不含铝离子的普通四针氧化锌晶须，直接进入第2步，其余的实施例2-17均有此步骤。
根据附表中列示的各实施例的Al2O3含量称取相应的含铝物质，分散或溶解于表中对应实施例列示的体积量和类型的溶剂中形成含铝物质分散体系，然后利用喷枪将该分散体系喷洒在表中各实施例对应重量的氧化锌晶须表面，同时氧化锌晶须在分散器中处于不断的搅拌状态以保证含铝物质在氧化锌晶须针状体表面的均匀分散；最后再通过一定的方式(如烘干或喷雾干燥等)使表面粘附有铝元素的氧化锌晶须干燥，即制得复合四针状氧化锌晶须。
2、烧制实施例2-17是将1步制得的复合四针状氧化锌晶须，实施例1则是直接将普通四针氧化锌晶须装入图1所示的反应舟6中，然后将反应舟6放入预先已升温至附表所示对应实施例的烧制温度的高温炉3炉膛内，关闭炉门；通过反应管5的通气管8通入还原性气体，如氢气或一氧化碳。并按附表所示对应实施例的烧制时间进行保温后；打开炉门，取得的反应舟6中的烧制品，即得到本发明各实施例的导电氧化锌晶须。其扫描电镜照片见图3，X-衍射图谱见图5，比较普通氧化锌晶须的扫描电镜照片图2，X-衍射图谱图4，可以看出本发明制备的导电氧化锌晶须掺入较多的载流子或自由电子，具有良好的导电性。
电阻测试称取各实施例的制成品导电氧化锌晶须10g，将其制成50×3(mm)的圆片后，用PC-27测试仪测试各圆片电阻并计算其电阻率，结果见附表末列。结果证明，本发明的导电氧化锌晶须导电性大辐提高，电阻率大辐降低，达到导电粉体材料的指标，属于导电氧化锌晶须，其电阻率可低至103-104Ω.cm，比普通氧化锌(ZnO)粉电阻率低五个数量级，比普通四针状氧化锌晶须低四个附表导电氧化锌晶须制备实施例及其电阻率

附表中的比较例1为普通氧化锌粉，比较例2中为普通氧化锌晶须。
用本发明制作的导电氧化锌晶须，其导电率高，且四针状的晶格得到良好保持，用作高分子材料的防静电添加材料，可有效、持久的消除高分子材料的静电危害。可在国防、电子、通信、航天航空、石油化工、医疗卫生和建筑等各个领域，用于防静电危害及电磁屏蔽、防电磁辐射与电磁干扰、防信息泄漏等。
权利要求
1.一种导电氧化锌晶须的制备方法，是将普通四针状氧化锌晶须或复合四针状氧化锌晶须放入温度为600-1600℃的反应管中，通入还原性气体保温5-240分钟，即可。
2.根据权利要求1所述的导电氧化锌晶须的制备方法，其特征在于所述的复合四针状氧化锌晶须是通过以下方法制得的将0.5-20份重量的Al2O3、纳米Al2O3或能提供相同重量Al3+的其它含铝物质分散于50-200ml水或乙醇或丙酮溶剂中形成含铝物质分散体系，再将该分散体系均匀喷洒于80-99.5份普通四针状氧化锌晶须的表面，干燥即得。
3.根据权利要求1所述的导电氧化锌晶须的制备方法，其特征在于所述的还原性气体为氢气或一氧化碳。
4.根据权利要求2所述的导电氧化锌晶须的制备方法，其特征在于所述的其它含铝物质选择铝或硝酸铝或铝酸纳。
5.一种实施权利要求1所述导电氧化锌晶须的制备方法的专用装置，包括高温炉、反应管，其特征在于在反应管中放有盛装氧化锌晶须的反应舟。
6.根据权利要求5所述的导电氧化锌晶须的制备方法的专用装置，其特征在于所述的反应管的一端连有出气管和进气管，该端伸出炉外，反应管的工作区则伸入高温炉内。
7.根据权利要求5所述的导电氧化锌晶须的制备方法的专用装置，其特征在于所述的反应舟由石英或陶瓷或不锈钢制作，四周及底部排布有直径为1-5mm的圆孔。
全文摘要
本发明公开了一种导电氧化锌晶须的制备方法及其专用装置，该方法是将普通四针状氧化锌晶须或复合四针状氧化锌晶须放入温度为600－1600℃的反应管中，通入还原性气体保温5－240分钟，即可。该种方法制得的导电氧化锌晶须，其导电率大大提高，电阻率低至10
文档编号C01G9/02GK1737222SQ200410040488
公开日2006年2月22日 申请日期2004年8月19日 优先权日2004年8月19日
发明者楚珑晟, 周祚万, 刘菁菁, 刘国梅, 易锦, 黄象贤, 刘志农 申请人:西南交通大学, 成都交大晶宇科技有限公司