专利名称：一种红色氧化锌纳米粉的制备方法
技术领域：
本发明涉及属于纳米材料的制备领域，具体地说是涉及一种红色氧化锌纳米粉的 制备方法。
背景技术：
纳米氧化锌作为一种直接带隙的宽禁带半导体材料，其在室温下禁带宽度为 3. 37eV，且激子束缚能高达60meV。由于纳米氧化锌具有许多优良的物理性能，如无毒、非迁 移、比表面积大、表面张力大、磁性强、吸收和散射紫外线等，其在化妆品、医药、橡胶、陶瓷、 涂料及光电子等领域的工业应用中有广泛的前景。纳米氧化锌优良的紫外屏蔽能力和较宽的吸收波长范围，在化妆品防晒霜中应用 越来越受到人们的重视。近年来发现，纳米尺度的二氧化钛和氧化锌能有效地阻隔紫外线， 而且它们还是少数能同时有效地阻隔引起皮红皱纹的长波紫外线和导致皮红癌的中波紫 外线的化学物质之一。研究者在测试了 800种防晒后发现不含纳米二氧化钛和氧化锌的 防晒霜比含有纳米二氧化钛和氧化锌的防晒霜增加了 20%对皮肤的伤害，包括皮红的早衰 和紫外线射线导致的免疫系统损坏等，于是，越来越多的厂家开始推广含纳米成分的防晒 霜。但是单纯的纳米氧化锌颜色较白，将其用于防晒霜中会使人的皮肤显得苍白而不自然。 因此对纳米氧化锌进行着色处理成肤色纳米粉是其在防晒霜中广泛应用的关键技术。目前，对纳米氧化锌进行着色处理的方法主要有一种较传统的方法是在氧化锌 粉体中掺杂有颜色的重金属氧化物，如掺杂氧化锰可呈黄色，掺杂氧化铅可呈桃红色。但 是引入的重金属元素对人体有害，特别不能应用于化妆品和医药行业；还有一种方法是采 用有机表面活性剂分子对氧化锌进行表面修饰，从而使得氧化锌纳米粉体呈现从浅粉色到 深红棕色的变化。但也有研究表明，有机表面活性剂分子中的含氧基团会渗透皮肤进入人 体，引起人类生殖系统的异常反应；较新的研究发现，氮掺杂的氧化锌纳米粉体具有呈现红 色特性，这种红色是由于氮原子固熔于氧化锌晶体、引起氧化锌晶体缺陷而产生的，对人体 无害，是一种比较理想的纳米氧化锌的着色办法和研究思路。近年来，陆续有报道采用不同 的制备方法来获得这种氮掺杂的红色纳米氧化锌粉体，如日本专利(JP昭55227857)公开 了一种在氨气气氛中热分解草酸锌制备红色氧化锌的方法；中国发明专利(CN1261357C) 公开了一种采用硝酸锌和尿素经均相沉淀、超声、煅烧等一系列过程制备防晒用红色氧化 锌纳米粉的方法；中国发明专利(CN101172641A)公开了一种以可溶性锌盐、富氮铵盐和硝 酸铵等助燃剂混合燃烧制备红色纳米氧化锌的方法等。但到目前为止，尚未见报道通过微 波_焙烧两步过程制备红色纳米氧化锌粉体的研究内容。
发明内容
本发明的目的在于在采用化学方法制备红色氧化锌纳米粉方面，设计了一种简捷 高效的红色氧化锌纳米粉合成路线，提供了一种工艺简单，操作简便，周期短、产率高，适宜 工业化生产的红色氧化锌纳米粉的制备方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来实现的。本发明的技术方案是采用如下的加工步骤来制备红色氧化锌纳米粉1)称取一定量的有机碱如六次甲基四胺加入到坩锅中，加入适量的去离子水，搅 拌至完全溶解，形成饱和溶液A ；2)向溶液A中加入水合胼合锌盐络合物，在室温下搅拌lOmin，形成乳浊液B，有机 碱的物质的量是水合胼合锌盐络合物的4 10倍；3)将盛有乳浊液B的坩锅置入家用微波炉中，用高火档微波辐照IOmin ；4)再将坩锅转移到马弗炉中600°C焙烧60min后，自然冷却至室温，收集产品即得 到本发明的红色氧化锌纳米粉。上述技术方案中，所述的有机碱包含六次甲基四胺、尿素、乙二胺和乙醇胺等。所述的水合胼合锌盐络合物为预先合成的化合物，其制备过程中所用的原料为可 溶性的锌盐和85%的水合胼，溶剂为去离子水，其中可溶性的锌盐包含硝酸锌、氯化锌、乙 酸锌和硫酸锌等。所述的水合胼合锌盐络合物也可以用相当物质的量的可溶性的锌盐和85%的水 合胼新制而得。所述的家用微波炉即为市场上销售的带计时装置的普通微波炉，微波输出功率为 650 900ffo
图1是本发明一个实施例所制备的红色氧化锌纳米粉的X射线衍射图；图2是本发明一个实施例所制备的红色氧化锌纳米粉的场扫描电镜照片；图3是本发明一个实施例所制备的红色氧化锌纳米粉的X光电子能谱图；图4是本发明一个实施例所制备的红色氧化锌纳米粉的紫外吸收光谱图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述实施例1 称取0. 350g六次甲基四胺于60mL坩锅中，加4mL去离子水，搅拌溶解成饱和溶 液，再加入0. 256g水合胼合锌盐络合物之硝酸二水合胼合锌，继续搅拌调成均勻的浮浊 液，盖上坩锅盖并将其置于家用微波炉中，在高火档启动微波炉，微波辐照lOmin，稍冷后直 接转入马弗炉中，600°C焙烧60min，自然冷却至室温，收集产品即为红色氧化锌纳米粉。参见附图1，按实施例1所述的方法制得的红色氧化锌纳米粉的X射线衍射(XRD) 图，图中谱线峰位与 JCPDF 卡片(05-664)的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、 (200)、(112)、(201)衍射晶面一一对应，为六方纤锌矿结构的ZnO，空间群P6#c。所有衍 射峰强且尖锐，没有杂相峰，表明粉体的结晶性好、纯度高，衍射峰的半峰宽较明显宽化，表 明粉体的粒径较小。参见附图2，按实施例1所述的方法制得的红色氧化锌纳米粉的场扫描电镜照片， 从图3可以看出粉体是由大量的纳米颗粒组成，由于粒径细小，极易发生团聚，聚集成蓬松 状带有大量孔隙的网络结构。
参见附图3，按实施例1所述的方法制得的红色氧化锌纳米粉的X光电子能谱图 中的Nls的谱峰，图中Nls的峰位于399. 15eV，归属位ZnO晶体中N3_替位02_形成的N-Zn 键，N3_掺杂导致ZnO晶格中存在过剩的电子，引起晶体能带结构的变化，是ZnO纳米粉呈现 红色的本质原因。参见附图4，按实施例1所述的方法制得的红色氧化锌纳米粉的紫外吸收光谱图， 图中可以看出粉体从可见光到紫外光均有不同程度的吸收，在200 370nm范围内具有强 烈的吸收峰，表明红色ZnO纳米粉有很强的紫外光吸收性能，并且在可见光区的吸收也较强。实施例2 称取0. 349g六次甲基四胺于60mL的坩锅中，加4mL去离子水，搅拌溶解成饱和溶 液，再加入0. 204g水合胼合锌盐络合物之二氯化二水合胼合锌，继续搅拌调成均勻的浮浊 液，盖上坩锅盖并将其置于家用微波炉中，在高火档启动微波炉，微波辐照lOmin，稍冷后直 接转入马弗炉中，600°C焙烧60min，自然冷却至室温，收集产品即为红色氧化锌纳米粉。实施例3 称取0. 698g六次甲基四胺于60mL坩锅中，加4mL去离子水，搅拌溶解成饱和溶 液，再加入0. 256g水合胼合锌盐络合物之硝酸二水合胼合锌，继续搅拌调成均勻的浮浊 液，盖上坩锅盖并将其置于家用微波炉中，在高火档启动微波炉，微波辐照lOmin，稍冷后直 接转入马弗炉中，600°C焙烧60min，自然冷却至室温，收集产品即为红色氧化锌纳米粉。
权利要求
一种红色氧化锌纳米粉的制备方法，包括如下步骤1)称取一定量的有机碱如六次甲基四胺加入到坩锅中，加入适量的去离子水，搅拌完全溶解，形成饱和溶液A；2)向溶液A中加入水合肼合锌盐络合物，在室温下搅拌10min，形成乳浊液B，有机碱的物质的量是水合肼合锌盐络合物的4～10倍；3)将盛有乳浊液B的坩锅置入家用微波炉中，用高火档微波辐照10min；4)再将坩锅转移到马弗炉中600℃焙烧60min，自然冷却至室温，收集产品即得到本发明的红色纳米氧化锌粉。
2.根据权利要求1所述的一种红色氧化锌纳米粉的制备方法，其特征在于所述的有 机碱包含六次甲基四胺、尿素、乙二胺和乙醇胺等。
3.根据权利要求1所述的一种红色氧化锌纳米粉的制备方法，其特征在于所述的水 合胼合锌盐络合物为预先合成的化合物，其制备所用的原料为可溶性的锌盐和85%的水合 胼，溶剂为去离子水，其中可溶性的锌盐包含硝酸锌、氯化锌、乙酸锌和硫酸锌等。
4.根据权利要求1所述的一种红色氧化锌纳米粉的制备方法，其特征在于所述的水 合胼合锌盐络合物也可以用相当物质的量的可溶性的锌盐和85%的水合胼新制而得。
5.根据权利要求1所述的一种红色氧化锌纳米粉的制备方法，其特征在于所述的家 用微波炉即为市场上销售的带计时装置的普通微波炉，微波输出功率为650 900W。
全文摘要
本发明涉及无机纳米材料的制备领域，具体地说是涉及一种红色氧化锌纳米粉的制备方法。该方法的技术方案包括以水合肼合锌盐络合物为锌源，以有机碱如六次甲基四胺等为碱源，称取一定量的有机碱如六次甲基四胺加入到坩锅中，加入适量的去离子水，搅拌，完全溶解成饱和溶液，向溶液中加入适量的水合肼合锌盐络合物，在室温下搅拌10min成乳浊液；将盛有乳浊液的坩锅置入家用微波炉中，用高火档微波辐照10min；再将坩锅转移到马弗炉中600℃焙烧60min，自然冷却至室温，收集产品即得到本发明的红色纳米氧化锌粉体。该方法工艺简单、易操作、周期短、易于工业化；制得的产品纯度高、粒径小、分散性好；在可见光下呈红色，颜色均一；对紫外光的吸收效率高、紫外屏蔽性好。
文档编号C01G9/02GK101891239SQ20091011681
公开日2010年11月24日 申请日期2009年5月18日 优先权日2009年5月18日
发明者胡寒梅, 邓崇海, 邵国泉 申请人:合肥学院