专利名称：一种铃铛状ZnO纳米器件材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及属于半导体光电子纳米材料的制备领域，具体地说，是涉及一种铃铛状ZnO纳米材料及其制备方法。
背景技术：
氧化锌(S1O)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。纳米尺度的ZnO具有一系列优异的光、电、磁、力学和化学性能，在太阳能电池、发光二极管、生物传感器、光催化、变阻器等领域都有广泛的应用。目前，在国内外学者的不懈努力下，已经制备出了各种各样的ZnO纳米结构材料，如纳米棒、纳米线、纳米管、纳米带、纳米环、纳米球、纳米梳和由一维和二维纳米结构单元组装而成的二维和三维有序超结构等，所涉及的制备方法主要有溅射沉积法、化学气相沉积法、 高温热解法，以及水热/溶剂热法等。但就文献调研，尚未见有铃铛状氧化锌纳米结构的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铃铛状ZnO纳米器件材料以及它的制备方法，以填补现有技术的空白，为ZnO纳米结构材料添加一个新品种。本发明提供的铃铛状ZnO纳米器件材料，其特征在于，所述ZnO纳米材料呈铃铛状，是由纳米管和纳米棒自组装而成的纳米器件，纳米管(铃铛罩)的基本结构为六棱柱形管，管口呈六边形，变形形状有三角形和菱形，管厚度约8nm，纳米棒(铃铛舌头)为圆柱形， 直径在30 60nm之间。铃铛状纳米结构分散性较好，但局部有聚集现象，有两个铃铛连接在一起呈同轴电缆结构，也有多个铃铛聚集在一起呈喇叭花结构。本发明的技术方案是采用一步超声辐照法来制备铃铛状ZnO纳米器件材料，即， 以可溶性锌盐、去离子水和六次甲基四胺为原料，经搅拌溶解后得前驱体溶液，将前驱体溶液经超声辐照后生成。其具体工艺步骤如下(1)称取Immol醋酸锌等可溶性锌盐用去离子水配制成溶液A ；(2)称取一定量的六次甲基四胺用去离子水配制成溶液B，锌盐与六次甲基四胺的摩尔比为1 4 1 6 ；(3)在搅拌情况下，将溶液A加入到溶液B中，形成前驱体溶液C，溶液总体积为 60mL,继续搅拌10分钟；(4)将前驱体溶液C转移到IOOmL的密封的丝扣瓶中，置于盛有80士 10°C自来水的超声波清洗器中，超声辐照7 15分钟，超声波功率为50W ；(5)取出自然冷却至室温，过滤沉淀物，分别用水和无水乙醇洗涤2 3次；(6)将沉淀物置于烘箱中加热6 12小时，温度为40 60°C，收集白色产品即得到本发明的铃铛状ZnO纳米器件材料。所述步骤(1)中的可溶性锌盐为醋酸锌、硝酸锌等。CN 102381726 A
说明书
2/4页 所述步骤O)中的锌盐与六次甲基四胺的摩尔比为1 5。所述步骤中的超声辐照时间为10分钟。本发明得到的铃铛状ZnO纳米器件材料是一种具有结构新颖、性能优越的ZnO纳米材料，有望在医药抗菌、光电子器件、气体传感器和太阳能电池等诸多领域获得重要应用。所述制备工艺设备简单，环境温度低，操作简便，重复性好；不采用有机溶剂和表面活性剂做模板，环境友好清洁；生产周期短、产率高，原料来源广泛，成本低廉，适宜工业化生产。本发明的有益效果体现在(1)本发明采用了常温常压下无模板方法制备出铃铛状ZnO纳米器件材料。(2)本发明方法采用超声辐照技术，一方面可以提高产物的结晶速度，另一方面操作步骤简单，反应迅速，容易控制，高效环保。
图1是本发明实施例1铃铛状ZnO纳米器件材料的X射线衍射分析(XRD)图；图2是本发明实施例1铃铛状SiO纳米器件材料的低倍场扫描电子显微镜(SEM) 照片；图3是本发明实施例1铃铛状SiO纳米器件材料的高倍场扫描电子显微镜(SEM) 照片。
具体实施例方式以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步详细完整的描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。实施例1本发明是采用一步超声辐照法来制备铃铛状ZnO纳米器件材料，即，以可溶性锌盐、去离子水和六次甲基四胺为原料，经搅拌溶解后得前驱体溶液，将前驱体溶液经超声辐照后生成。其具体工艺步骤如下(1)称取0. 2193g醋酸锌用IOmL去离子水配制成溶液A ；(2)称取0.6999g六次甲基四胺用50mL去离子水配制成溶液B，锌盐与六次甲基四胺的摩尔比为1 5;(3)在搅拌情况下，将溶液A加入到溶液B中，形成前驱体溶液C，溶液总体积为 60mL,继续搅拌10分钟；(4)将前驱体溶液C转移到IOOmL的密封的丝扣瓶中，置于盛有80°C自来水的超声波清洗器中，超声辐照10分钟，超声波功率为50W ；(5)取出自然冷却至室温，过滤沉淀物，分别用水和无水乙醇洗涤2 3次；(6)将沉淀物置于烘箱中加热8小时，温度为60°C，收集白色产品即得到本发明的铃铛状ZnO纳米器件材料。参见附图1，按实施例1所述的方法制得的铃铛状ZnO纳米器件材料的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加0，空间群P6;3mC。 衍射峰强且尖锐，没有杂相峰，表明粉体的结晶性好、纯度高。
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参见附图2和图3，按实施例1所述的方法制得的肤色ZnO多孔纳米棒状材料的场扫描电镜(SEM)照片，可见ZnO纳米材料呈铃铛状，是由纳米管和纳米棒自组装而成的纳米器件，纳米管(铃铛罩)的基本结构为六棱柱形管，管口呈六边形，变形形状有三角形和菱形，管厚度约8nm，纳米棒(铃铛舌头)为圆柱形，直径在30 60nm之间。铃铛状纳米结构分散性较好，但局部有聚集现象，有两个铃铛连接在一起呈同轴电缆结构，也有多个铃铛聚集在一起呈喇叭花结构。实施例2本发明是采用一步超声辐照法来制备铃铛状ZnO纳米器件材料，即，以可溶性锌盐、去离子水和六次甲基四胺为原料，经搅拌溶解后得前驱体溶液，将前驱体溶液经超声辐照后生成。其具体工艺步骤如下(1)称取0. 2195g醋酸锌用IOmL去离子水配制成溶液A ；(2)称取0. 700 2g六次甲基四胺用50mL去离子水配制成溶液B，锌盐与六次甲基四胺的摩尔比为1 5;(3)在搅拌情况下，将溶液A加入到溶液B中，形成前驱体溶液C，溶液总体积为 60mL,继续搅拌10分钟；(4)将前驱体溶液C转移到IOOmL的密封的丝扣瓶中，置于盛有90°C自来水的超声波清洗器中，超声辐照7. 5分钟，超声波功率为50W ；(5)取出自然冷却至室温，过滤沉淀物，分别用水和无水乙醇洗涤2 3次；(6)将沉淀物置于烘箱中加热6小时，温度为60°C，收集白色产品即得到本发明的铃铛状ZnO纳米器件材料。按实施例2所述的方法制得的铃铛状ZnO纳米器件材料，用SEM观察为纳米管和纳米棒自组装而成的纳米器件，呈铃铛状结构。实施例3本发明是采用一步超声辐照法来制备铃铛状ZnO纳米器件材料，即，以可溶性锌盐、去离子水和六次甲基四胺为原料，经搅拌溶解后得前驱体溶液，将前驱体溶液经超声辐照后生成。其具体工艺步骤如下(1)称取0. 2192g醋酸锌用IOmL去离子水配制成溶液A ；(2)称取0.7001g六次甲基四胺用50mL去离子水配制成溶液B，锌盐与六次甲基四胺的摩尔比为1 5;(3)在搅拌情况下，将溶液A加入到溶液B中，形成前驱体溶液C，溶液总体积为 60mL,继续搅拌10分钟；(4)将前驱体溶液C转移到IOOmL的密封的丝扣瓶中，置于盛有70°C自来水的超声波清洗器中，超声辐照12. 5分钟，超声波功率为50W ；(5)取出自然冷却至室温，过滤沉淀物，分别用水和无水乙醇洗涤2 3次；(6)将沉淀物置于烘箱中加热12小时，温度为60°C，收集白色产品即得到本发明的铃铛状ZnO纳米器件材料。按实施例3所述的方法制得的铃铛状ZnO纳米器件材料，用SEM观察为纳米管和纳米棒自组装而成的纳米器件，呈铃铛状结构。实施例4
本发明是采用一步超声辐照法来制备铃铛状ZnO纳米器件材料，即，以可溶性锌盐、去离子水和六次甲基四胺为原料，经搅拌溶解后得前驱体溶液，将前驱体溶液经超声辐照后生成。其具体工艺步骤如下(1)称取0. 2906g硝酸锌用IOmL去离子水配制成溶液A ；(2)称取0.6998g六次甲基四胺用50mL去离子水配制成溶液B，锌盐与六次甲基四胺的摩尔比为1 5;(3)在搅拌情况下，将溶液A加入到溶液B中，形成前驱体溶液C，溶液总体积为 60mL,继续搅拌10分钟；(4)将前驱体溶液C转移到IOOmL的密封的丝扣瓶中，置于盛有80°C自来水的超声波清洗器中，超声辐照10分钟，超声波功率为50W ；(5)取出自然冷却至室温，过滤沉淀物，分别用水和无水乙醇洗涤2 3次；(6)将沉淀物置于烘箱中加热8小时，温度为60°C，收集白色产品即得到本发明的铃铛状ZnO纳米器件材料。按实施例4所述的方法制得的铃铛状ZnO纳米器件材料，用SEM观察为纳米管和纳米棒自组装而成的铃铛状结构纳米器件。
权利要求
1.一种铃铛状ZnO纳米器件材料，其特征在于，所述ZnO纳米材料呈铃铛状，是由纳米管和纳米棒自组装而成的纳米器件，纳米管(铃铛罩)的基本结构为六棱柱形管，管口呈六边形，变形形状有三角形和菱形，管厚度约8nm，纳米棒(铃铛舌头)为圆柱形，直径在30 60nm之间。铃铛状纳米结构分散性较好，但局部有聚集现象，有两个铃铛连接在一起呈同轴电缆结构，也有多个铃铛聚集在一起呈喇叭花结构。
2.—种权利要求1所述的铃铛状SiO纳米器件材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下具体步骤(1)称取Immol醋酸锌等可溶性锌盐用去离子水配制成溶液A；(2)称取一定量的六次甲基四胺用去离子水配制成溶液B，锌盐与六次甲基四胺的摩尔比为14 16；(3)在搅拌情况下，将溶液A加入到溶液B中，形成前驱体溶液C，溶液总体积为60mL， 继续搅拌10分钟；(4)将前驱体溶液C转移到IOOmL的密封的丝扣瓶中，置于盛有80士10°C自来水的超声波清洗器中，超声辐照7 15分钟，超声波功率为50W ；(5)取出自然冷却至室温，过滤沉淀物，分别用水和无水乙醇洗涤2 3次；(6)将沉淀物置于烘箱中加热6 12小时，温度为40 60°C，收集白色产品即得到本发明的铃铛状ZnO纳米器件材料。
3.根据权利要求2所述的铃铛状ZnO纳米器件材料的制备方法，其特征在于步骤(1) 中可溶性锌盐为醋酸锌、硝酸锌等。
4.根据权利要求2所述的铃铛状SiO纳米器件材料的制备方法，其特征在于步骤(2) 中，锌盐与六次甲基四胺的摩尔比为1 5。
5.根据权利要求2所述的铃铛状SiO纳米器件材料的制备方法，其特征在于步骤(4) 中，超声辐照时间为10分钟，超声波水浴温度为80°C。
全文摘要
本发明公开了一种铃铛状ZnO纳米器件材料及其制备方法，为ZnO纳米结构材料添加了一个新品种，填补了国内外现有技术的空白。本发明是以可溶性锌盐、去离子水和六次甲基四胺为原料，搅拌溶解后经一步超声辐照过程生成。所述的铃铛状ZnO纳米器件材料，呈铃铛状，是由纳米管和纳米棒自组装而成，纳米管(铃铛罩)的基本结构为六棱柱形管，管口呈六边形，变形形状有三角形和菱形，纳米棒(铃铛舌头)为圆柱形。铃铛状纳米结构分散性较好，但局部有两个铃铛连接在一起呈同轴电缆结构，和多个铃铛聚集在一起呈喇叭花结构。本发明的铃铛状ZnO纳米器件材料结构新颖，有望在医药抗菌、光电子器件、气体传感器和太阳能电池等领域获得应用。
文档编号C01G9/02GK102381726SQ20101027000
公开日2012年3月21日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者胡寒梅, 葛新庆, 邓崇海, 邵国泉 申请人:合肥学院