专利名称：掺铝氧化锌一维纳米棒及其制备方法
技术领域：
本发明涉及光电功能材料领域，特别涉及一种掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法及掺铝氧化锌一维纳米棒。
背景技术：
一维纳米材料一般指在两个维度上处于纳米尺度，长径比大于1，具有各项异性结构的材料，主要有纳米棒和纳米线。由于一维纳米结构在径向尺度一般不小于在特征长度，如波尔半径，声子平均自由程和激子扩散长度等，因此具有独特的物理性质。另外，一维纳米结构本身具有的巨大比表面，使其具有体型材料所没有的高化学反应活性。同时，大长径比使得一维纳米结构在传导量子粒子时具有较大优势，在传导过程受到阻力较小，如在颗粒与颗粒之间电子传导时会受到晶界的影响，采取跳跃传输机制，需要拥有越过晶界能垒的能量才可以有效传输。正因一维纳米结构材料具有这些优异的物理和化学特性，所以在便携式电子设备、太阳能电池和发光设备等有广阔的应用前景。一维纳米结构的ZnO由于具有较高的激子束缚能(60meV)和带隙宽度(3.37eV),在发光二极管和紫外激光器等器件中有广泛应用，被认为是一种很有应用前景的材料。而在光伏应用中，ZnO很容易通过溶液法制备出纳米棒/纳米管阵列，能给载流子提供直接的传输通道，降低载流子在传输过程的损耗，可以提供其光电转换效率，特别是在固态光伏电池中有重要的应用前景。但是，由于本征ZnO的电导率较低，影响其在导电方面的应用，特别是在透明导电氧化物应用中人们往往通过掺杂的方式提高ZnO的电导率。铝、铟和镓等高价金属通过一定的方法已经能够成功掺入氧化锌晶格中，相对于铟和镓两者稀贵金属，铝在地壳中蕴含量是铟105 106倍，铟的价格则是铝的250倍，因此，铝掺杂的氧化锌(AZO)是人们最关注的 一种掺杂氧化物。铝掺杂氧化锌具有与锡掺杂氧化铟相比拟的光学和电学性质，却在氢等离子体气氛中又具有后者所没有的稳定性，并且无毒，对环境友好，所以，铝掺杂氧化锌被誉为最有希望替代锡掺杂氧化铟的化合物。目前人们更多关注的是利用磁控溅射、物理气相沉积、喷雾热解法和Sol-Gel法等制备AZO薄膜，而对AZO粉体制备的研究和发明还比较少。AZO导电粉体不仅可以通过涂膜技术制备成透明导电膜，应用在太阳能电池和电子元器件当中，同时也可以充当浆料、涂料、塑料和高分子等的填料及添加齐U，改善和增进它们的性能，如低电阻导电粉体添加到材料当中，可抗静电和起到电磁屏蔽等作用。目前，一维纳米结构的铝掺杂氧化锌的合成一般采用气相沉积、静电纺丝技术和S-L-G生长，这些方法成本高，耗能大，同时S-L-G生长需要用到贵金属作催化剂，产物最后都会含有催化剂，很难除去，因此，寻求一种低耗能、简单和成本低廉的方法合成一维纳米结构的AZO粉体对于扩大其实际应用有很大的帮助。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种能耗较低、较为简单及成本较为低廉的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法及掺铝氧化锌一维纳米棒。一种掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法，包括如下步骤:将锌盐溶解于第一有机溶剂中，配制成浓度为0.05mol/L lmol/L的锌盐的有机溶液；按照铝与锌的摩尔比为0.1:100 5:100，将可溶性铝盐加入到所述锌盐的有机溶液中，得到混合溶液；将强碱溶解于第二有机溶剂中，配制成浓度为0.lmol/L 2mol/L的强碱的有机溶液；在搅拌的条件下，将所述强碱的有机溶液滴加到所述混合溶液中，持续搅拌直至所述混合溶液变为澄清溶液后停止滴加，将所述澄清溶液置于高压反应釜中于120°C 180°C保温反应20小时 36小时后，经冷却、离心、清洗及干燥，得到掺铝氧化锌一维纳米棒；所述掺铝氧化锌一维纳米棒的长度为100纳米 2微米，直径为15纳米 50纳米。在其中一个实施例中，所述锌盐为二水合醋酸锌、九水合硝酸锌或丙酸锌。在其中一个实施例中，所述可溶性铝盐为九水合硝酸铝或硫酸铝。在其中一个实施例中，所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。在其中一个实施例中，所述第一有机溶剂及所述第二有机溶剂分别选自乙醇、甲醇及异丙醇中的一种。在其中一个实施例中，所述清洗的步骤为:依次使用去离子水及无水乙醇进行清洗。在其中一个实施例中，所述干燥的条件为:50°C 100°C干燥12小时 24小时。一种掺铝氧化锌一维纳米棒，所述掺铝氧化锌一维纳米棒的长度为100纳米 2微米，直径为15纳米 50纳米，且所述掺铝氧化锌一维纳米棒中所述铝与所述锌的摩尔比为 0.1:100 5:100。上述掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法，通过按照上述步骤并结合溶剂热合成法在高压反应釜中于120°C 180°C保温反应20小时 36小时制备掺铝氧化锌一维纳米棒，使用的试剂少且无毒，且合成温度只要120°C 180°C，无需高温烧结就能够得到高结晶的掺铝氧化锌一维纳米棒，降低了能耗；且制备过程中无需催化剂，可以省去催化剂的去除步骤，且避免了贵金属做催化剂的使用，使得该制备方法简单，成本较为低廉。
图1为一实施方式的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法流程图；图2为实施例1制备的掺铝氧化锌一维纳米棒的扫描电镜图(SEM)；图3为实施例2制备的掺铝氧化锌一维纳米棒的扫描电镜图(SEM)；图4为实施例3制备的掺铝氧化锌一维纳米棒的扫描电镜图(SEM)；
图5为实施例4制备的掺铝氧化锌一维纳米棒的扫描电镜图(SEM)；图6为实施例5制备的掺铝氧化锌一维纳米棒的扫描电镜图(SEM)；图7为实施例6制备的掺铝氧化锌一维纳米棒的扫描电镜图(SEM)；图8为实施例1 实施例6制备的掺铝氧化锌一维纳米棒与对比例I制备的没有掺杂铝的氧化锌的X射线衍射分析图(XRD);
图9为实施例1 实施例6制备的掺铝氧化锌一维纳米棒与对比例I制备的没有掺杂铝的氧化锌的紫外-可见光光谱图；图10为实施例1 实施例6制备的掺铝氧化锌一维纳米棒与对比例I制备的没有掺杂铝的氧化锌的体积电阻率数据图。
具体实施例方式下面主要结合附图及具体实施例对掺铝氧化锌一维纳米棒及其制备方法的作进一步详细的说明。如图1所示，一实施方式的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法，包括如下步骤:步骤SllO:将锌盐溶解于第一有机溶剂中，配制成浓度为0.05mol/L lmol/L的锌盐的有机溶液。锌盐可以为本领域常用的锌盐，优选为二水合醋酸锌、九水合硝酸锌或丙酸锌。第一有机溶剂可以为本领域常用的有机溶剂，例如醇类，优选为乙醇、甲醇及异丙醇中的一种。优选的，将锌盐溶解于第一有机溶剂中的方法为:超声处理。采用超声溶解锌盐可以加速锌盐的溶解。锌盐的有机溶液的浓度为0.05mol/L lmol/L可以防止浓度过高而导致产物生长过快，或者避免由于浓度过低而导致产物无法成核生长，该浓度范围有利于控制产物的形貌。步骤S120:按照铝与锌的摩尔比为0.1:100 5:100，将可溶性铝盐加入到锌盐的有机溶液中，得到混合溶液。采用铝与锌的摩尔比为0.1:100 5:100是为了得到具有最优掺杂比例的掺铝氧化锌一维纳米棒。由于锌盐在有机溶剂中溶解较慢，通过先将锌盐溶解在第一有机溶剂中配制成锌盐的有机溶液，可以先将锌盐完全溶解，而可溶性铝盐相对较少，溶解较快，因此，后将可溶性铝盐加入到锌盐的有机溶液中形成混合溶液，有利于锌铝混合均匀，使得掺杂更加均匀。可溶性铝盐可以为本领域常用的可溶性铝盐，优选为九水合硝酸铝或硫酸铝。步骤S130:将强碱溶解于第二有机溶剂中，配制成浓度为0.lmol/L 2mol/L的强碱的有机溶液。强碱可以为本领域常用的强碱，优选为氢氧化钠或氢氧化钾。强碱的有机溶液的浓度为0.lmol/L 2mol/L有利于反应的进行，浓度过小不利于强碱的有机溶液滴加到混合溶液中而形成均一的溶液，浓度过大使得产物不能成核生长。第二有机溶剂可以为本领域常用的有机溶剂，例如醇类，优选为乙醇、甲醇及异丙醇中的一种。优选的，将强碱溶解于第二有机溶剂中的方法是:超声处理。可以理解，步骤S130还可以在步骤SllO及步骤S120中的任何一个步骤之前或是之后。
步骤S140:在搅拌的条件下，将强碱的有机溶液滴加到混合溶液中，持续搅拌直至混合溶液变为澄清溶液后停止滴加，将澄清溶液置于高压反应釜中于120°C 180°C保温反应20小时 36小时后，经冷却、离心、清洗及干燥，得到掺铝氧化锌一维纳米棒；掺铝氧化锌一维纳米棒的长度为100纳米 2微米，直径为15纳米 50纳米。由于反应过程中采用的是有机体系，通过加入强碱的有机溶液可以起到控制掺铝氧化锌一维纳米棒溶解-成核生长的平衡作用，使得生成的掺铝氧化锌一维纳米棒尺寸较小。采用先将强碱溶解于第二有机溶剂中形成强碱的有机溶液，然后滴加到混合溶液中，可以使得生成的掺铝氧化锌一维纳米棒均沿001晶面方向生长，避免了采用强碱的水溶液引起的反应机理的改变，而造成生成的掺铝氧化锌一维纳米棒不仅仅沿001晶面方向生长；且采用将强碱的有机溶液滴加到混合溶液中有利于混合均匀。在具体的实施例中，当将强碱的有机溶剂滴加到混合溶液中，强碱与混合溶液中的锌/铝反应形成锌/铝氢氧化物，然后混合溶液与强碱完全反应时，形成的氢氧化物在碱性的条件下溶解，形成了铝 掺杂的锌酸盐，从而使溶液变为澄清溶液。在具体的实施例中，高压反应釜具有聚四氟乙烯内胆和不锈钢的外胆，澄清溶液置于该聚四氟乙烯内胆中。优选的，清洗的步骤为:依次使用去离子水及无水乙醇进行清洗。在具体的实施例中，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，从而去除产物中的杂质，例如钠离子或钾离子等杂质离子和有机物。优选的，干燥条件为:50°C 100°C干燥12小时 24小时。上述掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法，通过按照上述步骤先将强碱的有机溶液滴加到具有锌、铝的混合溶液中，使锌、铝在碱性体系中形成铝掺杂的锌酸盐，然后在高压反应釜中于120°C 180°C保温反应20小时 36小时，使其分解，结晶得到掺铝氧化锌一维纳米棒，上述方法简单方便，且产物的形貌易控制，结晶性好；且上述制备方法过程中使用的试剂少且无毒，且合成温度只要120°C 180°C，无需高温烧结就能够得到高结晶的掺铝氧化锌一维纳米棒，降低了能耗；且制备过程中无需催化剂，可以省去催化剂的去除步骤，且避免了贵金属做催化剂的使用，使得该制备方法简单，成本较为低廉。且上述制备方法中所使用的材料均来源丰富，进一步降低了成本。一实施方式的掺铝氧化锌一维纳米棒，掺铝氧化锌一维纳米棒的长度为100纳米 2微米，直径为15纳米 50纳米，且掺铝氧化锌一维纳米棒中铝与锌的摩尔比为
0.1:100 5:100。该掺铝氧化锌一维纳米棒按照上述掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法制备得到。上述掺铝氧化锌一维纳米棒具有较大的长径比，且长度可调，使得其使用范围更广，例如在染料敏化电池中，需要微米级别的纳米棒转换效率较好，而在催化及杂合太阳能电池中，因纳米级别的纳米棒能提供较大的比表面，效果较好。而传统的掺铝氧化锌大部分呈球状，纳米颗粒在电子导通方面由于采用颗粒-颗粒跃迁，需要克服大量的能垒，不利于电子传输，而上述掺铝氧化锌一维纳米棒在电子器件中相对具有较好的效果。以下为具体实施例部分:实施例1本实施例的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备步骤如下:(I)将0.5488g 二水合醋酸锌超声溶解于25毫升的乙醇中，配制成浓度为0.1mol/L的醋酸锌的乙醇溶液。(2)按照铝与锌的摩尔比为0.5:100，将0.0047g九水合硝酸铝加入到醋酸锌的乙
醇溶液中，得到混合溶液。(3)将Ig氢氧化钠超声溶解于50ml的乙醇中，配制浓度为0.5mol/L的氢氧化钠的乙醇溶液。(4)在搅拌的条件下，将上述氢氧化钠的乙醇溶液加入到混合溶液中，持续搅拌直至混合溶液变为澄清溶液后停止滴加，将澄清溶液置于聚四氟乙烯内胆中，然后将聚四氟乙烯内胆置于不锈钢的高压反应釜外胆中，置于160°C保温反应20小时后，自然冷却至室温，去除聚四氟乙烯内胆，将反应液沉淀，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，从而去除产物中的杂质，最后将产物置于80°C干燥24小时，得到本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒。将本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒分别分散在乙醇中，浓度为10mg/ml，滴在硅片上，得到本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒的扫描电镜图(SEM)，见图2，从图2中可以看出纳米棒长约2微米，直径在50纳米左右。实施例2本实施例的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备步骤如下:(I)将0.5488g 二水合醋酸锌超声溶解于25毫升的乙醇中，配制成浓度为0.1mol/L的醋酸锌的乙醇溶液。(2)按照铝与锌的摩尔比为1:100，将0.0094g九水合硝酸铝加入到醋酸锌的乙醇溶液中，得到混合溶液 。(3)将Ig氢氧化钠超声溶解于50ml的乙醇中，配制浓度为0.5mol/L的氢氧化钠的乙醇溶液。(4)在搅拌的条件下，将上述氢氧化钠的乙醇溶液加入到混合溶液中，持续搅拌直至混合溶液变为澄清溶液后停止滴加，将澄清溶液置于聚四氟乙烯内胆中，然后将聚四氟乙烯内胆置于不锈钢的高压反应釜外胆中，置于160°C保温反应20小时后，自然冷却至室温，去除聚四氟乙烯内胆，将反应液沉淀，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，从而去除产物中的杂质，最后将产物置于80°C干燥24小时，得到本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒。将本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒分别分散在乙醇中，浓度为10mg/ml，滴在硅片上，得到本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒的扫描电镜图(SEM)，见图3，从图3中可以看出中可以看出纳米棒长约为200纳米，直径在25纳米左右。实施例3本实施例的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备步骤如下:(I)将0.5488g 二水合醋酸锌超声溶解于25毫升的乙醇中，配制成浓度为0.1mol/L的醋酸锌的乙醇溶液。(2)按照铝与锌的摩尔比为1.5:100，将0.0141g九水合硝酸铝加入到醋酸锌的乙
醇溶液中，得到混合溶液。(3)将Ig氢氧化钠超声溶解于50ml的乙醇中，配制浓度为0.5mol/L的氢氧化钠的乙醇溶液。
(4)在搅拌的条件下，将上述氢氧化钠的乙醇溶液加入到混合溶液中，持续搅拌直至混合溶液变为澄清溶液后停止滴加，将澄清溶液置于聚四氟乙烯内胆中，然后将聚四氟乙烯内胆置于不锈钢的高压反应釜外胆中，置于160°C保温反应20小时后，自然冷却至室温，去除聚四氟乙烯内胆，将反应液沉淀，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，从而去除产物中的杂质，最后将产物置于80°C干燥24小时，得到本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒。将本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒分别分散在乙醇中，浓度为10mg/ml，滴在硅片上，得到本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒的扫描电镜图(SEM)，见图4，从图4中可以看出纳米棒长约400纳米，直径在20纳米左右。实施例4本实施例的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备步骤如下:(I)将0.5488g 二水合醋酸锌超声溶解于25毫升的乙醇中，配制成浓度为0.1mol/L的醋酸锌的乙醇溶液。(2)按照铝与锌的摩尔比为2:100，将0.0188g九水合硝酸铝加入到醋酸锌的乙醇溶液中，得到混合溶液。(3)将Ig氢氧化钠超声溶解于50ml的乙醇中，配制浓度为0.5mol/L的氢氧化钠的乙醇溶液。(4)在搅拌的条件下，将上述氢氧化钠的乙醇溶液加入到混合溶液中，持续搅拌直至混合溶液变为澄清溶液后停止滴加，将澄清溶液置于聚四氟乙烯内胆中，然后将聚四氟乙烯内胆置于不锈钢的高压反应釜外胆中，置于160°C保温反应20小时后，自然冷却至室温，去除聚四氟乙烯内胆，将反应液沉淀，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，从而去除产物中的杂质，最后将产物置于80°C干燥24小时，得到本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒。将本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒分别分散在乙醇中，浓度为10mg/ml，滴在硅片上，得到本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒的扫描电镜图(SEM)，见图5，从图5中可以看出纳米棒长约180纳米，直径在20纳米左右。实施例5本实施例的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备步骤如下:(I)将0.5488g醋酸锌超声溶解于25毫升的乙醇中，配制成浓度为0.lmol/L的醋酸锌的乙醇溶液。(2)按照铝与锌的摩尔比为3:100，将0.0282g九水合硝酸铝加入到醋酸锌的乙醇溶液中，得到混合溶液。(3)将Ig氢氧化钠超声溶解于50ml的乙醇中，配制浓度为0.5mol/L的氢氧化钠的乙醇溶液。(4)在搅拌的条件下，将上述氢氧化钠的乙醇溶液加入到混合溶液中，持续搅拌直至混合溶液变为澄清溶液后停止滴加，将澄清溶液置于聚四氟乙烯内胆中，然后将聚四氟乙烯内胆置于不锈钢的高压反应釜外胆中，置于160°C保温反应20小时后，自然冷却至室温，去除聚四氟乙烯内胆，将反应液沉淀，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，从而去除产物中的杂质 ，最后将产物置于80°C干燥24小时，得到本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒。将本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒分别分散在乙醇中，浓度为10mg/ml，滴在硅片上，得到本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒的扫描电镜图(SEM)，见图6，从图6中可以看出纳米棒长约为150纳米，直径在20纳米左右。实施例6本实施例的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备步骤如下:(I)将0.5488g醋酸锌超声溶解于25毫升的乙醇中，配制成浓度为0.lmol/L的醋酸锌的乙醇溶液。(2)按照铝与锌的摩尔比为4:100，将0.0376g九水合硝酸铝加入到醋酸锌的乙醇溶液中，得到混合溶液。(3)将Ig氢氧化钠超声溶解于50ml的乙醇中，配制浓度为0.5mol/L的氢氧化钠的乙醇溶液。(4)在搅拌的条件下，将上述氢氧化钠的乙醇溶液加入到混合溶液中，持续搅拌直至混合溶液变为澄清溶液后停止滴加，将澄清溶液置于聚四氟乙烯内胆中，然后将聚四氟乙烯内胆置于不锈钢的高压反应釜外胆中，置于160°C保温反应20小时后，自然冷却至室温，去除聚四氟乙烯内胆，将反应液沉淀，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，从而去除产物中的杂质，最后将产物置于80°C干燥24小时，得到本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒。将本实施 例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒分别分散在乙醇中，浓度为10mg/ml，滴在硅片上，得到本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒的扫描电镜图(SEM)，见图7，从图7中可以看出纳米棒长约为100纳米，直径在15纳米左右。实施例7本实施例的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备步骤如下:(I)将0.5950g硝酸锌超声溶解于20毫升的乙醇中，配制成浓度为0.lmol/L的硝酸锌的乙醇溶液。(2)按照铝与锌的摩尔比为0.1:100，将0.0OOSg九水合硝酸铝加入到硝酸锌的乙
醇溶液中，得到混合溶液。(3)将1.12g氢氧化钾超声溶解于40ml的乙醇中，配制浓度为0.5mol/L的氢氧化钾的乙醇溶液。(4)在搅拌的条件下，将上述氢氧化钾的乙醇溶液加入到混合溶液中，持续搅拌直至混合溶液变为澄清溶液后停止滴加，将澄清溶液置于聚四氟乙烯内胆中，然后将聚四氟乙烯内胆置于不锈钢的高压反应釜外胆中，置于180°C保温反应24小时后，自然冷却至室温，去除聚四氟乙烯内胆，将反应液沉淀，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，从而去除产物中的杂质，最后将产物置于80°C干燥12小时，得到本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒。实施例8本实施例的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备步骤如下:(I)将5.950g硝酸锌超声溶解于20毫升的甲醇中，配制成浓度为lmol/L的硝酸锌的甲醇溶液。
(2)按照铝与锌的摩尔比为2:100，将0.1501g九水合硝酸铝加入到硝酸锌的甲醇溶液中，得到混合溶液。(3)将4.48g氢氧化钾超声溶解于40ml的甲醇中，配制浓度为2mol/L的氢氧化钾的甲醇溶液。(4)在搅拌的条件下，将上述氢氧化钾的甲醇溶液加入到混合溶液中，持续搅拌直至混合溶液变为澄清溶液 后停止滴加，将澄清溶液置于聚四氟乙烯内胆中，然后将聚四氟乙烯内胆置于不锈钢的高压反应釜外胆中，置于180°C保温反应24小时后，自然冷却至室温，去除聚四氟乙烯内胆，将反应液沉淀，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，从而去除产物中的杂质，最后将产物置于80°C干燥24小时，得到本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒。实施例9本实施例的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备步骤如下:(I)将0.5950g硝酸锌超声溶解于20毫升的乙醇中，配制成浓度为0.lmol/L的硝酸锌的乙醇溶液。(2)按照铝与锌的摩尔比为2:100，将0.0150g九水合硝酸铝加入到硝酸锌的乙醇
溶液中，得到混合溶液。(3)将1.12g氢氧化钾超声溶解于40ml的乙醇中，配制浓度为0.5mol/L的氢氧化钾的乙醇溶液。(4)在搅拌的条件下，将上述氢氧化钾的乙醇溶液加入到混合溶液中，持续搅拌直至混合溶液变为澄清溶液后停止滴加，将澄清溶液置于聚四氟乙烯内胆中，然后将聚四氟乙烯内胆置于不锈钢的高压反应釜外胆中，置于180°C保温反应20小时后，自然冷却至室温，去除聚四氟乙烯内胆，将反应液沉淀，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，从而去除产物中的杂质，最后将产物置于80°C干燥24小时，得到本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒。实施例10本实施例的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备步骤如下:(I)将0.2644g丙酸锌超声溶解于25毫升的异丙醇中，配制成浓度为0.05mol/L的丙酸锌的异丙醇溶液。(2)按照铝与锌的摩尔比为5:100，将0.0234g硫酸铝加入到丙酸锌的异丙醇溶液中，得到混合溶液。(3)将0.5g氢氧化钠超声溶解于50ml的乙醇中，配制浓度为0.25mol/L的氢氧化钠的异丙醇溶液。(4)在搅拌的条件下，将上述氢氧化钠的异丙醇溶液加入到混合溶液中，持续搅拌直至混合溶液变为澄清溶液后停止滴加，将澄清溶液置于聚四氟乙烯内胆中，然后将聚四氟乙烯内胆置于不锈钢的高压反应釜外胆中，置于120°C保温反应36小时后，自然冷却至室温，去除聚四氟乙烯内胆，将反应液沉淀，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，从而去除产物中的杂质，最后将产物置于100°C干燥24小时，得到本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒。实施例11
本实施例的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备步骤如下:(I)将0.2644g丙酸锌超声溶解于25毫升的异丙醇中，配制成浓度为0.05mol/L的丙酸锌的异丙醇溶液。(2)按照铝与锌的摩尔比为2:100，将0.0094g硫酸铝加入到丙酸锌的异丙醇溶液中，得到混合溶液。(3)将0.280g氢氧化钾超声溶解于50ml的异丙醇中，配制浓度为0.lmol/L的氢氧化钾的异丙醇溶液。(4)在搅拌的条件下，将上述氢氧化钾的异丙醇溶液加入到混合溶液中，持续搅拌直至混合溶液变为澄清溶液后停止滴加，将澄清溶液置于聚四氟乙烯内胆中，然后将聚四氟乙烯内胆置于不锈钢的高压反应釜外胆中，置于120°C保温反应36小时后，自然冷却至室温，去除聚四氟乙烯内胆，将反应液沉淀，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，从而去除产物中的杂质，最后将产物置于100°C干燥24小时，得到本实施例制备的掺铝氧化锌一维纳米棒。对比例I没有掺杂铝的氧化锌制备步骤如下:(I)将0.5488g 二水合醋酸锌超声溶解于25毫升的乙醇中，配制成浓度为0.1mol/L的醋酸锌的乙醇溶液。(2)将Ig氢氧化钠超声溶解于50ml的乙醇中，配制浓度为0.5mol/L的氢氧化钠的乙醇溶液。(3)在搅拌的条件下，将上`述氢氧化钠的乙醇溶液加入到混合溶液中，持续搅拌直至混合溶液变为澄清溶液后停止滴加，将澄清溶液置于聚四氟乙烯内胆中，然后将聚四氟乙烯内胆置于不锈钢的高压反应釜外胆中，置于160°C保温反应20小时后，自然冷却至室温，去除聚四氟乙烯内胆，将反应液沉淀，先使用去离子水清洗多次，然后再使用无水乙醇清洗多次，从而去除产物中的杂质，最后将产物置于80°C干燥24小时，得到本实施例制备的氧化锌一维纳米棒图8表示的是实施例1 实施例6制备的掺铝氧化锌一维纳米棒与对比例I的没有掺杂铝的氧化锌的X射线衍射分析图(XRD)。从图8中可以看出，实施例1 实施例6制备的掺铝氧化锌一维纳米棒均为六方纤锌矿结构，与对比例I物相结构一致，并不存在氧化铝等其他杂相，并且通过002峰位置随着掺杂浓度升高存在向高角度位移，说明Al成功掺入ZnO晶格中。图9表示的是实施例1 实施例6制备的掺铝氧化锌一维纳米棒与对比例I的没有掺杂铝的氧化锌的紫外-可见光光谱图，从图9中可以看出，实施例1 实施例6制备的掺铝氧化锌一维纳米棒具有典型的氧化锌紫外吸收，吸收峰位置在380nm处，以对比例I为基准，随着掺杂量的增加，吸收峰位置先红移再蓝移，与文献报道关于氧化锌掺杂带隙变化规律一致，佐证了 Al成功掺入ZnO晶格当中。图10表示的是实施例1 实施例6制备的掺铝氧化锌一维纳米棒与对比例I的没有掺杂铝的氧化锌的体积电阻率数据图。通过分别取适量的实施例1 实施例6制备的掺铝氧化锌一维纳米棒及没有掺杂铝的氧化锌置于一纽扣电池外壳，分别通过红外压片机进行压片，通过采用四探针法测试其表面电阻，通过表面电阻率算的体积电阻率。从图10得知，实施例1 实施例6制备的掺铝氧化锌一维纳米棒的体积电阻率分别为1.74 X IO6 Ω.cm、7.07X 104Ω.cm、8.20 X IO2 Ω.cm、1.17 X IO5 Ω.cm、2.91 X IO5 Ω.cm和1.03Χ106Ω.αιι，而对比例I没有掺杂铝的氧化锌的体积电阻率为4.17Χ106Ω ^cm,其中铝与锌的摩尔比为1.5:100的掺铝氧化锌导电粉体的体积电阻率降低了 4个数量级，说明了对于此方法而言，实施例3制备的Al掺杂量为1.5%的掺铝氧化锌一维纳米棒具有最低的体积电阻率，为最优掺杂比。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发 明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 将锌盐溶解于第一有机溶剂中，配制成浓度为0.05mol/L lmol/L的锌盐的有机溶液； 按照铝与锌的摩尔比为0.1:100 5:100，将可溶性铝盐加入到所述锌盐的有机溶液中，得到混合溶液； 将强碱溶解于第二有机溶剂中，配制成浓度为0.lmol/L 2mol/L的强碱的有机溶液； 在搅拌的条件下，将所述强碱的有机溶液滴加到所述混合溶液中，持续搅拌直至所述混合溶液变为澄清溶液后停止滴加，将所述澄清溶液置于高压反应釜中于120°C 180°C保温反应20小时 36小时后，经冷却、离心、清洗及干燥，得到掺铝氧化锌一维纳米棒；所述掺铝氧化锌一维纳米棒的长度为100纳米 2微米，直径为15纳米 50纳米。
2.根据权利要求1所述的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法，其特征在于，所述锌盐为二水合醋酸锌、九水合硝酸锌或丙酸锌。
3.根据权利要求1所述的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法，其特征在于，所述可溶性铝盐为九水合硝酸铝或硫酸铝。
4.根据权利要求1所述的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法，其特征在于，所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
5.根据权利要求1掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法，其特征在于，所述第一有机溶剂及所述第二有机溶剂分别选自乙醇、甲醇及异丙醇中的一种。
6.根据权利要求1所述的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法，其特征在于，所述清洗的步骤为:依次使用去离子水及无水乙醇进行清洗。
7.根据权利要求1所述的掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法，其特征在于，所述干燥的条件为:50°C 100°C干燥12小时 24小时。
8.一种掺铝氧化锌一维纳米棒，其特征在于，所述掺铝氧化锌一维纳米棒的长度为100纳米 2微米，直径为15纳米 50纳米，且所述 掺铝氧化锌一维纳米棒中所述铝与所述锌的摩尔比为0.1:100 5:100。
全文摘要
一种掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法，包括如下步骤将锌盐溶解于第一有机溶剂中，配制成锌盐的有机溶液；按照铝与锌的摩尔比为0.1∶100～5∶100，将可溶性铝盐加入到锌盐的有机溶液中，得到混合溶液；将强碱溶解于第二有机溶剂中，配制成强碱的有机溶液；在搅拌的条件下，将强碱的有机溶液滴加到混合溶液中，持续搅拌直至混合溶液变为澄清溶液后停止滴加，将澄清溶液置于高压反应釜中于120℃～180℃保温反应20小时～36小时后，经冷却、离心、清洗及干燥，得到掺铝氧化锌一维纳米棒。上述掺铝氧化锌一维纳米棒的制备方法能耗较低、较为简单且成本较为低廉。此外，还涉及一种掺铝氧化锌一维纳米棒。
文档编号C01G9/02GK103159253SQ201310066998
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者陈锐强, 朱朋莉, 赵涛, 孙蓉 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院