一种锯齿状纳米氧化锌条带及其制备方法

本发明涉及纳米氧化锌的制备领域，具体为一种利用焦耳热制备锯齿状三维纳米氧化锌条带材料的方法。

背景技术：

1、纳米氧化锌的性能和其结构有着密切的联系，所以如何控制和制备纳米氧化锌材料结构形貌一直是纳米材料研究领域的重点。目前，关于氧化锌的制备技术根据是否发生化学反应可以分成物理法和化学法。物理法包括机械粉碎法和深度塑性变形法。化学方法则可以获得精细的zno纳米结构。由氧化锌生长方式的差异性又可以将化学法简单的分为化学沉积法、溶胶-凝胶法、微乳液法、喷雾热解法、水热合成法、固相反应法和激光诱导化学法。在已经发表的文献中，锯齿状纳米氧化锌条带需要在管式炉内通过气体将锌蒸气推到沉积衬底附近与氧气结合后获得。这种方式反应需要先加热获得气态的锌蒸气，传统工艺加热时间较长，管式炉加热效率较低通常需要数小时以达到目标温度。并且合成条件十分苛刻。需要设法在沉积衬底附近令锌蒸气急速冷却沉积的同时与氧气反应生成氧化锌。

技术实现思路

1、为了解决制备锯齿状纳米氧化锌条带问题，本发明的目的在于提供了一种利用焦耳热制备锯齿状三维纳米氧化锌条带材料的制备方法。在大气环境或者低真空条件下，以焦耳热的方式瞬间加热母材并急速冷却后，在母材或者沉积衬底表面获得锯齿状纳米氧化锌条带沉积物。

2、本发明提供一种锯齿状纳米氧化锌条带的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤一：

4、计算加热待加工的母材的所需热量；

5、所述母材，为导电的含锌合金，化学式为axzn(1-x)，其中a为含锌合金中除锌之外的其它元素，x为其它元素所占原子比例，x大于等于35％；

6、所述所需热量包括：母材升温所需热量和锌升华所需的能量；

7、设置满足瞬时放电电源：

8、所述瞬时放电电源，在1ms时间内输出的电量，以焦耳热的形式转换为热能时，能达到所述的所需热量；

9、设置通电加热装置：

10、所述通电加热装置包括：瞬时放电电源、正负电极；

11、所述母材两端分别连接所述正负电极；所述正负电极分别连接所述瞬时放电电源的输出电极；所述母材与所述正负电极的接触电阻小于母材内阻；

12、所述母材置于开放环境和密封容器两种环境中的任意一种；

13、步骤二：

14、将待加工母材与正负电极接触，接通电源，通过焦耳热的形式加热母材；通过所述母材与所述正负电极进行散热，正负电极触点之间的母材表面区域的散热速率大于907℃/s，在正负电极触点之间的母材表面区域得到锯齿状纳米氧化锌条带。

15、作为优选，所述母材升温所需热量包括：母材的比热容、母材的体积、目标温度到初始温度之差三者的乘积，所述锌升华所需的能量包括锌蒸发潜热和锌熔化潜热；

16、所述目标温度高于锌元素在当前工作环境气压下的升华点，且低于所述母材的熔点。

17、作为优选，所述步骤二中，所述开放环境为一个大气压下，与空气直接接触；所述密封容器为气密容器，所述气密容器在加热过程中为所述母材提供不低于1kpa的气压，且所述气密容器中包含生成氧化锌所需的氧气。

18、作为优选，所述步骤二中，得到的所述锯齿状纳米氧化锌条带是通过气相沉积原位沉积在母材表面的。

19、本发明还提供一种锯齿状纳米氧化锌条带材料。

20、进一步地，所述锯齿状纳米氧化锌条带材料为条带状，长度10-70μm，宽度200～800nm，呈现单边锯齿状结构，锯齿齿高200nm，齿宽30-40nm。

21、本发明提出了一种新型的锯齿状纳米氧化锌条带材料制备方式，具有操作简单、节能环保、反应时间极短、易于控制、对母材和衬底要求低等优点，有利于快速制备锯齿状氧化锌条带等工业应用。本发明制备的锯齿状氧化锌带产品在气体传感、紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等领域有潜在应用价值。

技术特征：

1.一种锯齿状纳米氧化锌条带的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求书1所述的一种锯齿状纳米氧化锌条带的制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种锯齿状纳米氧化锌条带的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，所述开放环境为一个大气压下，与空气直接接触；所述密封容器为气密容器，所述气密容器在加热过程中为所述母材提供不低于1kpa的气压，且所述气密容器中包含生成氧化锌所需的氧气。

4.根据权利要求1所述的一种锯齿状纳米氧化锌条带的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，得到的所述锯齿状纳米氧化锌条带是通过气相沉积原位沉积在母材表面的。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法制得的锯齿状纳米氧化锌条带材料。

6.根据权利要求5所述的锯齿状纳米氧化锌条带材料，其特征在于：所述锯齿状纳米氧化锌条带材料为条带状，长度10-70μm，宽度200～800nm，呈现单边锯齿状结构，锯齿齿高200nm，齿宽30-40nm。

技术总结
本发明公开了一种锯齿状纳米氧化锌条带材料的制备方法，涉及纳米氧化锌的制备领域。本发明以黄铜为原材料，在大气或低真空环境，利用焦耳热加热，通电时间小于1ms，平均电流不超过1.58×10<supgt;5</supgt;A,样品冷却速率超过940℃/s后，在黄铜表面制得锯齿状纳米氧化锌条带产品。所得氧化锌产品呈条带状，单边呈现锯齿状结构。氧化锌条带长度可达1‑70μm，宽度200‑800nm，锯齿齿高200nm，齿宽30‑40nm。该制备方法的主要原料廉价易得，操作方便，工艺简单，制备周期短。本发明制备的锯齿状氧化锌带产品在气体传感、紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等领域有潜在应用价值。

技术研发人员：王宇昊,林葆,秦海英
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17