一种氧化锌纳米线及其制备方法与流程

本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种氧化锌纳米线及其制备方法。

背景技术：

纳米氧化锌(zno)是粒径介于1-100nm之间的一种多功能新型无机材料。由于晶粒的细微化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高分散性等特点，在催化、光学、磁学、力学等方面展现出许多特殊功能，使其在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药、纺织、涂料等许多领域有重要的应用价值，可作为紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等，具有普通氧化锌所不具备的优势。

将氧化锌制成纳米线，会体现出优于块状或粉状材料的强度、韧度以及更低的导电性。氧化锌纳米线的现有制备方法有化学气相沉积法、电化学法、溶胶-凝胶法、溶液法、磁控溅射法等。但这些方法的实质都是原子扩散生长因而生产周期长、产率低是不可避免的，有些方法还需要特殊的原料或试剂、特定的生产环境、繁琐的制备工艺、或者复杂的生产设备以及具有高技术水平的生产人员，更不适宜大批量生产。

技术实现要素：

针对现有的氧化锌纳米线需要特殊原料或试剂、制备工艺繁琐、生产设备复杂、对人员要求高的技术问题，本发明提供一种氧化锌纳米线。

以及，本发明还提供一种氧化锌纳米线的制备方法。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下技术方案：

一种氧化锌纳米线，所述氧化锌纳米线由燃烧剂、喷射剂、锌源剂和添加剂混合后经燃烧和自发喷射制成。

燃烧剂、喷射剂、锌源剂和添加剂经燃烧后，可发生自蔓延高温合成反应，被置换出的锌与体系中过剩的氧在高温下结合生成气态的氧化锌，并在反应体系产生的气压下发生喷射而形成纳米级纤维。

优选地，所述锌源剂为氧化锌(zno)。

优选地，所述燃烧剂为铝粉(al)，所述喷射剂为氧化亚铜(cu2o)，所述添加剂为氧化亚锡(sno)。氧化锌、铝粉、氧化亚铜和氧化亚锡经混合均匀并点燃后发生如下反应：3cu2o+2al＝6cu+al2o3，3sno+2al＝3sn+al2o3，3zno+2al＝3zn+al2o3，并放出大量的热，使燃烧波自上而下自行蔓延，体系温度迅速上升，整个反应体系快速成为熔融液体状态。其中，al2o3密度最小，始终位于反应熔池的最上层，由于其内与反应熔池相连，外与空气相邻，熔点又高，因而首先结晶；生成的金属铜和金属锡由于密度最大而迅速下沉，分布在反应熔液的最底层；另外，当反应体系温度超过2073k时，氧化亚铜(cu2o)发生分解反应，生成金属铜和氧气；生成的氧气向外释放过程中使氧化铝结晶层出现许多通透的微孔，氧气与上述反应中置换出来的金属锌结合生成气态的氧化锌，并在内部气体的压力下通过氧化铝结晶层上的微孔喷射出来，最终形成纳米级的氧化锌纳米线。

优选地，所述氧化锌、铝粉、氧化亚铜和氧化亚锡的摩尔比为16～19∶20∶10∶1～4。该摩尔比范围内可以使反应完全，生成较为纯净的氧化锌纳米线，超出该摩尔范围则会产生其他杂质，降低所得氧化锌纳米线的纯度。

以及，本发明实施例还提供了一种氧化锌纳米线的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤a、将氧化亚铜、氧化锌、铝粉和氧化亚锡干燥至恒重，粉碎过筛；

步骤b、按照16～19∶20∶10∶1～4的摩尔比分别依次称取氧化锌、铝粉、氧化亚铜和氧化亚锡，混合均匀；

步骤c、点燃步骤b所得混合物，反应结束后自然冷却，即得。

本发明的制备方法不需特殊原料或试剂、操作简单，对设备以及生产人员技术水平要求低，产量较大，适合生产规模的批量制备。经测试，由此方法制备得到的氧化锌纳米线直径为30～100nm，长度为0.1～4μm。

具体地，上述步骤a中所述氧化锌、铝粉、氧化亚铜和氧化亚锡均过80目～150目筛，以使各物料之间接触面积更大，更易点燃且反应更充分、更快速。

上述步骤c中采用钨丝点燃。钨丝熔点为1650℃，能够使混合物快速达到所需反应温度，且钨不会与各成分发生化学反应。

附图说明

图1本发明实施例所使用的反应室；

图2本发明实施例1所得产品的xrd图谱；

图3本发明实施例2所得产品的xrd图谱；

图4本发明实施例3所得产品的xrd图谱；

图5本发明实施例1所得产品的微观形貌；

图6本发明实施例2所得产品的微观形貌；

图7本发明实施例3所得产品的微观形貌；

图8本发明实施例3所得产品的宏观形貌。

附图说明：

1透气罩盖；

2反应室；

3点火装置；

4石墨坩埚。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供了一种氧化锌纳米线的制备方法，具体包括以下步骤：

称取100℃下烘干2h且过100目筛的氧化锌28g、铝粉11.6g、氧化亚铜30.7g、氧化亚锡11.6g(氧化锌、铝粉、氧化亚铜和氧化亚锡的摩尔比为16∶20∶10∶4)，在混料机中均匀混合2h后，倒入图1所示反应室2中的石墨坩埚4内，并将其置于燃烧合成装置中，用钨丝点火，引发自蔓延高温合成反应，反应十秒内结束，自然冷却后，即可在反应室、石墨坩埚、透气罩盖中收集得到大量灰色氧化锌纳米线。

实施例2

本实施例提供了一种氧化锌纳米线的制备方法，具体包括以下步骤：

称取100℃下烘干2h且过100目筛的氧化锌31.6g、铝粉11.6g、氧化亚铜30.7g、氧化亚锡5.8g(氧化锌、铝粉、氧化亚铜和氧化亚锡的摩尔比为18∶20∶10∶2)，在混料机中均匀混合2h后，倒入图1所示反应室2中的石墨坩埚4内，并将其置于燃烧合成装置中，用钨丝点火，引发自蔓延高温合成反应，反应十秒内结束，自然冷却后，即可在反应室、石墨坩埚、透气罩盖中收集得到大量灰色氧化锌纳米线。

实施例3

本实施例提供了一种氧化锌纳米线的制备方法，具体包括以下步骤：

称取100℃下烘干2h且过80目筛的氧化锌33.2g、铝粉11.6g、氧化亚铜30.7g、氧化亚锡2.9g(氧化锌、铝粉、氧化亚铜和氧化亚锡的摩尔比为19∶20∶10∶1)，在混料机中均匀混合2h后，倒入图1所示反应室2中的石墨坩埚4内，并将其置于燃烧合成装置中，用钨丝点火，引发自蔓延高温合成反应，反应十秒内结束，自然冷却后，即可在反应室、石墨坩埚、透气罩盖中收集得到大量灰色氧化锌纳米线。

结果检验

对实施例所得氧化锌纳米线进行物相分析、微观形貌分析和微波吸收性能分析。

1、物相(xrd)分析

采用北京普析的xd6型多晶x射线衍射仪对实施例1～3所得产品进行物相分析，结果如图2～4所示，实施例1～3所得氧化锌纳米线的衍射峰均与标准氧化锌的衍射峰相同，表明实施例1～3所得产品均为单一的氧化锌。

2、微观形貌(sem)分析

采用日本日立的su-8010型场发射扫描电子显微镜对实施例1～3所得氧化锌纳米线进行的微观形貌结构的观察，结果如图5～7所示，实施例1～3制备方法得到的氧化锌均为纳米级线状产品。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。