专利名称：一种NiO纳米线的制备方法及磁场热处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种NiO纳米线的制备方法。本发明还涉及一种热处理装置，特别涉及一种磁场热处理装置，具体涉及一种用于所述NiO纳米线的制备方法的热处理装置。
背景技术：
氧化镍(MO)纳米材料是一种禁带宽度较大的P-型半导体功能材料，具有优异的催化活性、超顺磁性、热敏性能和电学性能，在催化剂、电池电极、电化学电容器、电子元件、 光电转化材料、磁性材料、功能陶瓷、热敏元件和气敏传感器等领域具有非常广泛的应用前景。近年来，各种形状的NiO纳米晶已被合成，如NiO纳米颗粒、NiO花型结构、NiO纳米链、NiO纳米棒、NiO纳米纤维、NiO纳米线和NiO纳米薄膜等。其中，NiO纳米线因具有独特的一维结构尺寸和奇特的物理化学特性，从而在理论研究和技术应用方面具有很重要的意义。然而，由于NiO纳米线的制备工艺复杂、成本高昂、产率较低、环境污染严重，尤其是 NiO纳米线的强度较低、容易断裂，阻碍了其进一步的发展和应用，使得一维P-型半导体功能材料的一维优越特性难以在应用上体现。因此，研制和开发一种工艺简单、成本低廉、可工业化批量生产，且绿色环保的NiO纳米线的制备方法具有很大的现实意义。经对现有的文献检索发现，申请号为02156897. 9，公开号为CN1413946A的中国专利申请，记载了 “一种氧化镍纳米线的合成方法”，其中公开了一种利用氧化铝模板(AAO) 的微孔结构制备MO纳米线的方法，此方法的制备步骤包括AAO模板的制备、镍盐溶液的配置、AAO微孔的镍盐填充、惰性气氛焙烧、碱液除AAO模板，最后得到NiO半导体纳米线。在制备工艺流程中，AAO模板的酸液制备需要多个步骤进行精确控制微孔尺度，模板的碱液去除也需要精确控制溶液的温度、PH值、时间和均勻度，其工艺极为复杂且难以规模化批量生产，再加上酸液、碱液的排放将会对环境造成很大的影响。在去除模板的过程中，碱液对MO 纳米线的腐蚀使得纳米线的强度大为降低，半个小时的超声处理使得纳米线断裂为较短的纳米棒或者纳米颗粒。因此，对于这种工艺复杂、成本高昂、环境污染严重，且制备得到的 NiO纳米线强度较低的制备方法，需要进一步的提高和改善。进一步检索发现，瑞士期刊《Sens. Actuators B =Chem.(传感器与执行器 B)》Q011，doi :10. 1016/j. snb. 2011. 04. 028)中篇名为《Synthesis and enhanced gas-sensing properties of ultralong NiO nanowires assembled with NiO nanocrystals (NiO纳米晶组装的NiO纳米线的合成及其气敏性能的提高)》的论文(作者 B. Liu,H. Q. Yang、H. Zhao等人)，公开了将高压釜反应后的含镍产物进行热处理制得NiO纳米线的方法。该方法首先将氯化镍、草酸钠和乙二醇在密封不锈钢高压釜220°C保温12小时，然后自然冷却至室温，再将产物离心分离、清洗、烘干后产物在马沸炉400°C热处理2小时。此制备过程复杂，且反应需在高压环境中进行，再加上工艺生产周期长(需M小时才能制备一炉样品)，很难实现工业化生产。申请号为200910068368. 0，公开号为CN101525161A的中国专利申请，记载了 “一
种制备氧化镍一维纳米材料的方法”，其中公开了一种将有机络合剂与镍盐混合溶液进行高温退火制备NiO纳米线的方法。即将如明胶、壳聚糖、环糊精、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇之类的有机络合物与镍盐按一定比例配置为溶液，再将基板浸泡于此溶液中进行逐步高温 (550°C左右)退火制得半导体纳米线。此方法使用的有机络合物均带有羟基、羧基、氨基等官能团，使得制备的NiO纳米线表层被这些有机官能团紧密包覆，很难清洗和去除。同时， NiO纳米线正是由这些官能团将纳米颗粒组装而成，因此在去除这些有机官能团后，NiO纳米线将会分裂为纳米团簇或纳米粒子。
发明内容
本发明的第一方面目的在于提出一种NiO纳米线的制备方法，以解决现有的NiO 纳米线制备方法工艺复杂、成本高昂、无法量化生产、环境污染严重的技术问题。本发明通过以下技术方案解决上述技术问题，达到本发明的目的。一种NiO纳米线的制备方法，其特征在于，将Ni纳米线置于磁场环境中进行热处理，以得到所述mo纳米线。进一步，所述热处理是退火处理。在实施本发明所述的NiO纳米线的制备方法时，优选地，包括以下步骤a)将Ni纳米线置于磁场环境中；
b)在磁场环境下进行升温；c)在磁场环境下进行保温；d)在磁场环境下进行自然冷却，直至室温，即得所述NiO纳米线。在实施本发明所述的NiO纳米线的制备方法时，优选地，在所述步骤b)中，所述磁场环境的磁场强度为0. 05T-0. 52T，所述升温的升温速率为0. 50C /min-50°C /min，所述升温是升温至物料温度为400°C -1500°C。在实施本发明所述的NiO纳米线的制备方法时，优选地，在所述步骤C)中，所述磁场环境的磁场强度为0. 05T-0. 52T，所述保温是保持物料温度为400°C -1500°C，所述保温的保温时间为1. 5h-15h0在实施本发明所述的NiO纳米线的制备方法时，优选地，在所述步骤d)中，所述磁场环境的磁场强度为0. 05T-0. 52T。在实施本发明所述的NiO纳米线的制备方法时，优选地，所述NiO纳米线的制备方法在常压下、空气中进行。在实施本发明所述的NiO纳米线的制备方法时，一个优选的实施方式是，在所述步骤b)中，所述磁场环境的磁场强度为0. 05T-0. 52T，所述升温的升温速率为0. 5°C / min-50°C /min，所述升温是升温至物料温度为400°C -1500°C ；在所述步骤c)中，所述磁场环境的磁场强度为0. 05T-0. 52T，所述保温是将物料温度保持在所述步骤b)中升温后的物料温度，所述保温的保温时间为1. 5h-15h ；在所述步骤d)中，所述磁场环境的磁场强度为 0. 05T-0. 52T ；所述NiO纳米线的制备方法在常压下、空气中进行。本发明的第二方面目的在于提出一种磁场热处理装置，所述磁场热处理装置适用于本发明的NiO纳米线的制备方法，使用所述磁场热处理装置，可以制备MO纳米线，解决现有的NiO纳米线制备方法工艺复杂、成本高昂、无法量化生产、环境污染严重的技术问题。本发明通过以下技术方案解决上述技术问题，达到本发明的目的。
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一种用于NiO纳米线的制备方法的磁场热处理装置，包括物料台，所述物料台用于容置物料；磁场产生设备，所述磁场产生设备用于产生和调控所述制备方法所需要的磁场；恒温控温设备，所述恒温控温设备用于调控所述制备方法所需要的温度。在本发明实施时，优选地，所述磁场产生设备包括磁场产生电源；两个磁极，所述两个磁极相对设置，所述两个磁极与所述磁场产生电源通过导线连接，所述物料台设置在所述两个磁极之间。在本发明实施时，优选地，所述恒温控制设备包括恒温控制电源；加热板，所述加热板围出一个腔室，所述物料台设置在所述腔室中，所述加热板与所述恒温控制电源通过导线连接； 热电偶，所述热电偶设置在所述腔室中，所述热电偶与所述恒温控制电源通过导线连接。本发明的有益效果如下1、本发明的制备方法利用磁场定向强化代替了现有技术中的模板、表面活性剂、 有机络合剂的组装作用，且整个反应过程中无有毒、有害气体放出，绿色环保。2、本发明制备方法工艺简单、成本低廉、可操作性强、可实现工业化批量生产。以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以使本领域的技术人员充分地了解本发明的目的、特征和效果。
图1是本发明的磁场热处理装置的结构示意图；图2是本发明实施例1制备的NiO纳米线的SEM (扫描电子显微镜)图；图3是本发明实施例1制备的NiO纳米线的XRD (X射线衍射)图；图4是本发明实施例2制备的NiO纳米线的SEM图；图5是本发明实施例2制备的NiO纳米线的XRD图；图6是本发明实施例3制备的NiO纳米线的SEM图；图7是本发明实施例3制备的NiO纳米线的XRD图；图8是本发明实施例4制备的NiO纳米线的SEM图；图9是本发明实施例4制备的NiO纳米线的XRD图。
具体实施例方式如图1所示，本发明的磁场热处理装置包括物料台8、磁场产生设备1、恒温控温设备2和支架4。物料台8用于容置物料。磁场产生设备1用于产生和调控本发明的制备方法所需要的磁场。磁场产生设备包括磁场产生电源3、两个磁极51、52。磁场产生电源3用于向两个磁极51、52供电以产生磁场并调控磁场强度，两个磁极51、52相对设置，两个磁极51、52与磁场产生电源3通过导线连接，物料台8设置在两个磁极51、52之间。恒温控温设备2用于调控磁场热处理所需要的温度。恒温控制设备2包括恒温控制电源6、加热板9、热电偶7。恒温控制电源6用于向加热板9供电并控制加热板9的加热，加热板9设置在两个磁极51、52之间。加热板9围出一个腔室，物料台8设置在腔室中， 具体而言设置在腔室中心。加热板9与恒温控制电源6通过导线连接。热电偶7设置在腔室中，热电偶7与恒温控制电源6通过导线连接。支架4用于支撑、固定物料台8、加热板9、磁极51、52。支架4是耐火砖支架。支架4包括U型底座41、垫块42和两隔块431、432。在U型底座41中设置有垫块42，加热板 9位于U型底座41中，并固定在垫块42上。磁极51、52位于U型底座41中，加热板9和磁极51、52之间设置有隔块431、432，如此，磁极51、52固定在支架4中。一种NiO纳米线的制备方法，包括以下步骤a)将Ni纳米线置于如本具体实施方式
所述的磁场热处理装置内，具体而言是置于物料台8中；b)在磁场强度为0. 05T-0. 52T的磁场环境下进行升温，升温的升温速率为0. 5°C / min-50°C /min，升温是升温至物料温度为400°C -1500°C ；c)在磁场强度为0. 05T-0. 52T的磁场环境下进行保温，保温是将物料温度保持在步骤b)中升温后的物料温度，保温的保温时间为1. 5h-15h ；d)在磁场强度为0. 05T-0. 52T的磁场环境下进行自然冷却，直至室温，即得NiO纳米线。步骤b)、步骤C)和步骤d)中的磁场强度，可以相同，也可以不同。NiO纳米线的制备方法在常压下、空气中进行。在以下实施例中，进行SEM表征采用的设备和相关参数为德国蔡司公司的型号为Ultra 55的扫描电子显微镜，测试时加速电压为5kV ；进行XRD表征采用的设备为德国布鲁克公司的型号为D8ADVANCE的X射线衍射仪。在以下实施例中，所用的M纳米线是市售的M纳米线，对其相关参数并无限制。实施例1将M纳米线置于如本具体实施方式
所述的磁场热处理装置内，磁场强度设定为 0. 3T，以10°C /min的速率升温至800°C ；然后磁场强度设定为0. 4T，800°C保温8h ；最后磁场强度设定为0. 3T，自然冷却至室温即可。制得的NiO纳米线的SEM照片如图2，XRD测试结果如图3。实施例2将M纳米线置于如本具体实施方式
所述的磁场热处理装置内，磁场强度设定为 0. 52T，以0. 50C /min的速率升温至400°C ；然后磁场强度设定为0. 52T，400°C保温15h ；最后磁场强度设定为0. 52T，自然冷却至室温即可。制得的NiO纳米线的SEM照片如图4，XRD测试结果如图5。实施例3将M纳米线置于如本具体实施方式
所述的磁场热处理装置内，磁场强度设定为 0. 3T，以5°C /min的速率升温至600°C ；然后磁场强度设定为0. 4T，600°C保温IOh ；最后磁场强度设定为0. 3T，自然冷却至室温即可。
制得的NiO纳米线的SEM照片如图6，XRD测试结果如图7。实施例4将M纳米线置于如本具体实施方式
所述的磁场热处理装置内，磁场强度设定为 0. 1T，以30°C /min的速率升温至1000°C ；然后磁场强度设定为0. 3T，1000°C保温5h ；最后磁场强度设定为0.1T，自然冷却至室温即可。制得的NiO纳米线的SEM照片如图8，XRD测试结果如图9。在实施例1-4 的 XRD 图(图 3、5、7、9)中，都是在 37. 25 ° ,43. 28° ,62. 87 °、 75.41° ,79. 40° ,95. 06° 附近位置出现峰，这些峰依次对应(111)、(200)、(220)、(311)、 (222)、(400)峰，且其它位置无峰，表明所制备出的是纯的NiO晶体。由实施例1-4的SEM 图(图2、4、6、8)可以看出所制备出的是纳米线。由XRD和SEM图可以断定实施例1-4所制备出的是NiO纳米线。以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
权利要求
1.一种NiO纳米线的制备方法，其特征在于，将Ni纳米线置于磁场环境中进行热处理， 以得到所述NiO纳米线。
2.如权利要求1所述的NiO纳米线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤a)将Ni纳米线置于磁场环境中；b)在磁场环境下进行升温；c)在磁场环境下进行保温；d)在磁场环境下进行自然冷却，直至室温，即得所述NiO纳米线。
3.如权利要求2所述的NiO纳米线的制备方法，其特征在于在所述步骤b)中，所述磁场环境的磁场强度为0. 05T-0. 52T，所述升温的升温速率为0. 50C /min-50°C /min，所述升温是升温至物料温度为400°C -1500°C。
4.如权利要求2所述的NiO纳米线的制备方法，其特征在于在所述步骤c)中，所述磁场环境的磁场强度为0. 05T-0. 52T，所述保温是保持物料温度为400°C -1500°C，所述保温的保温时间为1. 5h-15h。
5.如权利要求2所述的NiO纳米线的制备方法，其特征在于在所述步骤d)中，所述磁场环境的磁场强度为0. 05T-0. 52T。
6.如权利要求2所述的NiO纳米线的制备方法，其特征在于所述MO纳米线的制备方法在常压下、空气中进行。
7.一种用于权利要求1-6之一所述的NiO纳米线的制备方法的磁场热处理装置，其特征在于，包括物料台，所述物料台用于容置物料；磁场产生设备，所述磁场产生设备用于产生和调控所述制备方法所需要的磁场； 恒温控温设备，所述恒温控温设备用于调控所述制备方法所需要的温度。
8.如权利要求7所述的磁场热处理装置，其特征在于，所述磁场产生设备包括 磁场产生电源；两个磁极，所述两个磁极相对设置，所述两个磁极与所述磁场产生电源通过导线连接， 所述物料台设置在所述两个磁极之间。
9.如权利要求7所述的磁场热处理装置，其特征在于，所述恒温控制设备包括 恒温控制电源；加热板，所述加热板围出一个腔室，所述物料台设置在所述腔室中，所述加热板与所述恒温控制电源通过导线连接；热电偶，所述热电偶设置在所述腔室中，所述热电偶与所述恒温控制电源通过导线连接。
全文摘要
本发明涉及一种NiO纳米线的制备方法。本发明还涉及一种热处理装置，特别涉及一种磁场热处理装置，具体涉及一种用于所述NiO纳米线的制备方法的热处理装置。一种NiO纳米线的制备方法，该方法是将Ni纳米线置于磁场环境中进行退火处理。一种磁场热处理装置，包括磁场产生设备和恒温控温设备。本发明解决了现有的NiO纳米线制备方法工艺复杂、成本高昂、无法量化生产、环境污染严重的技术问题。
文档编号C01G53/04GK102502893SQ20111034405
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者张亚非, 王剑, 魏浩 申请人:上海交通大学