专利名称：一种ZnO纳米粒子的制备方法
技术领域：
本发明涉及无机纳米材料的制备方法，尤其是氧化锌纳米粒子的制备方法。
背景技术：
ZnO是一种宽禁带金属氧化物半导体材料，其禁带宽度为3. 37eV，激子束缚能为 60meV，在光电应用方面有巨大的潜力。以氧化锌为基的发光二极管、光催化剂、传感器和太阳能电池已经成功地在实验室制备甚至已经应用到工业生产中。目前制备ZnO纳米粒子的方法主要有气相法和液相法。其中气相法包括高温溅射沉积法(SPD)、等离子体法、分子束取向生长法、高频无线电溅射法等。液相法包括水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法等。这些传统方法中，大部分方法所需的实验装备复杂且条件苛刻，而液相激光烧蚀法(PLA)的特点是制备的周期短，实验装置简单，形貌可控，尺寸和性质具有良好的重复性，且产物纯度高，通过加入不同表面活性剂还可以控制纳米粒子的粒径和生长，是近来新兴发展起来的一种制备纳米粒子的方法。目前，利用新颖的液相激光烧蚀法制备ZnO纳米粒子的方法还没有报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单，绿色环保，可控的制备ZnO纳米粒子的方法。本发明制备ZnO纳米粒子的方法，采用了液相激光烧蚀法，步骤如下(1)先将锌靶表面用砂纸打磨，分别在去离子水和无水乙醇中用超声各清洗lh， 然后将Si靶沉浸在装有浓度为O.Olmol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)水溶液的石英容器中，本发明中的锌靶的纯度为99. 9%以上；在本发明中所使用的石英容器具有明显的技术效果，尤其是在透光性等方面；(2)打开激光器，调节反射镜，使得激光光线垂直通过透镜和石英容器的侧壁，然后照射到锌靶表面；本发明为了避免激光直接通过反应溶液垂直照射导致的液体飞溅，实验中调整激光光束通过石英容器的侧壁再照射到靶材表面，锌靶竖直放置或者垂直放置于石英容器中；实验中所用激光波长为532nm，频率10Hz，激光单脉冲能量100mJ，脉冲持续时间为10ns。(3)调整石英容器和锌靶位置，使得激光在锌靶表面的照射点刚好位于激光光线的焦点处；(4)开启磁力搅拌器，在搅拌条件下进行烧蚀反应2-3小时，即可制得ZnO纳米粒子。作为优选，上述制备方法步骤(3)中调整激光在靶材上的照射点刚好在激光焦点处，而且此位置距离石英器壁的距离为1-2. 5cm。作为优选，上述制备方法步骤(3)中烧蚀时间为2-2. 5小时。有益效果本发明制备过程中，所用试剂均为商业产品，无需繁琐制备；工艺可控性强，易操作，成本低，制得的产物纯度高。
图1是本发明中使用的装置结构示意图；图2是用本发明方法制得的SiO纳米粒子的X射线衍射(XRD)图谱；图3是用本发明方法制得的ZnO纳米粒子的透射电镜(TEM)照片；图4是用本发明方法制得的ZnO纳米粒子的高分辨透射电镜(HRTEM)照片；图5是用本发明方法制得的ZnO纳米粒子的紫外_可见光吸收谱图；图6是用本发明方法制得的SiO纳米粒子的荧光光谱图。
具体实施例方式以下结合实例进一步说明本发明。实施例1反应容器使用石英玻璃制造，尺寸为50mm*48mmM9mm，器壁厚度2mm。调整激光光路使其照射到靶材(纯度为99. 99%)表面。将锌靶分别用去离子水与无水乙醇用超声各清洗lh，将20mL浓度为0. Olmol/L的CTAB水溶液倒入石英容器中，装置如图1所示。 打开激光器532nm光源，调整激光照射点位置，控制激光焦点在锌靶表面，同时调整锌靶放置位置，使得焦点距离石英容器侧壁距离1. 5cm，烧蚀2h。烧蚀过程中每隔半小时改变一次照射点位置。最后将胶体溶液离心干燥得到粉体产物。图2所示为所得产物的XRD图谱， 分析结果表明产物为六方晶系&ι0，无任何杂质相发现。图3所示为所得产物的TEM照片， 从图中可以看出ZnO纳米粒子呈现不规则的椭球形，其平均粒径大约为35nm。图4所示为所得产物的HRTEM照片，从图中可以看出明显的晶格条纹，说明纳米粒子结晶良好。其中右图为左图中方框区域放大图，晶面间距为0. ^nm对应的晶面为(100)，晶面间距为0. 26nm 对应的晶面为(002)，与XRD分析结果一致。图5所示为所得纳米胶体溶液的紫外-可见光吸收谱图。从图中可以看出，纳米胶体溶液的吸收峰在345nm左右。图6为所得纳米胶体溶液的荧光光谱图，其中激发波长Ex为334nm。从图中可以看出，所得纳米胶体溶液在紫光区411nm(3. 02eV)蓝光区436nm(2. 84eV)处有较强的发光峰，在绿光区556nm(2. 23eV)有较弱的发光峰。实施例2如同实施例1，将锌靶分别用去离子水与无水乙醇超声各清洗lh，将25mL浓度为0. 01mol/L的CTAB水溶液倒入石英容器中。打开激光器532nm光源，调整激光照射点位置，控制激光焦点在锌靶表面，同时调整锌靶放置位置，使得焦点距离石英容器侧壁距离 1.5(^，烧蚀池。烧蚀过程中每隔15分钟改变一次照射点位置。最后将胶体溶液离心干燥得到粉体产物。所得产物的结构、形貌、光学性质均与实例1相同。实施例3如同实施例1，将锌靶分别用去离子水与无水乙醇超声各清洗lh，将20mL浓度为0. 01mol/L的CTAB水溶液倒入石英容器中。打开激光器532nm光源，调整激光照射点位置，控制激光焦点在锌靶表面，同时调整锌靶放置位置，使得焦点距离石英容器侧壁距离 1. 5cm，烧蚀2. 5h。烧蚀过程中每隔半小时改变一次照射点位置。最后将胶体溶液离心干燥得到粉体产物。所得产物的结构、形貌、光学性质均与实例1相同。
实施例4如同实施例1，将锌靶分别用去离子水与无水乙醇超声清洗lh，将25mL浓度为
0.01mol/L的CTAB水溶液倒入石英容器中。打开激光器532nm光源，调整激光照射点位置，控制激光焦点在锌靶表面，同时调整锌靶放置位置，使得焦点距离石英容器侧壁距离
1.5cm，烧蚀2.证。烧蚀过程中每隔15分钟改变一次照射点位置。最后将胶体溶液离心干燥得到粉体产物。所得产物的结构、形貌、光学性质均与实例1相同。
权利要求
1.一种ZnO纳米粒子的制备方法，其特征在于步骤如下(1)先将锌靶表面用砂纸打磨，然后分别在去离子水和无水乙醇中超声各清洗lh，再将Si靶沉浸在装有浓度为0. 01mol/L的十六烷基三甲基溴化铵水溶液的石英容器中，其中锌靶的纯度为99. 9%以上；(2)使激光光线垂直通过透镜和石英容器的侧壁，照射到锌靶表面；其中的锌靶竖直放置或者垂直放置于石英容器中；其中的激光波长为532nm，频率10Hz，激光单脉冲能量 IOOmJ,脉冲持续时间为IOns ；(3)调整石英容器和锌靶位置，使得激光在锌靶表面的照射点刚好位于激光光线的焦点处；(4)开启磁力搅拌器，在搅拌条件下进行烧蚀反应2-3小时，即可制得ZnO纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的步骤(3)中调整激光在靶材上的照射点刚好在激光焦点处，而且此位置距离石英器壁的距离为1-2. 5cm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的步骤中烧蚀时间为2-2.5小时。
全文摘要
本发明公开了一种无机纳米材料的制备方法，具体是指一种ZnO纳米粒子的制备方法，本发明采用液相激光烧蚀法，步骤是将锌靶分别用去离子水与无水乙醇超声各清洗1h，再把一定浓度的CTAB水溶液倒入石英容器中，控制激光照射位置，控制激光焦点在锌靶表面，同时调整锌靶放置位置，使得焦点距离石英容器侧壁距离1.5cm，进行烧蚀反应。烧蚀过程中每隔一定时间改变一次照射点位置，最后将胶体溶液离心干燥得到粉体产物。本发明方法工艺简单易操作，可以通过改变靶材与溶剂种类、激光能量密度、烧蚀时间等条件制备各种尺寸和形貌的纳米粒子，制得的产物纯度高。
文档编号B82Y40/00GK102531039SQ201210065650
公开日2012年7月4日 申请日期2012年3月13日 优先权日2012年3月13日
发明者唐为华, 方合, 李培刚, 王顺利 申请人:浙江理工大学