專利名稱：一種低溫控制合成手榴彈狀納米氧化鋅的方法
技術領域：
本發明涉及一種無機功能材料的制備，特別涉及一種采用低溫反相微乳液輔助水熱法制備粒徑可控的手榴彈狀納米氧化鋅的方法。
背景技術：
氧化鋅(ZnO)是一種重要的寬禁帶半導體材料，帶寬可達3. 37eV，有很大的激子束縛能(60meV)，具有優良的化學性質和熱穩定性及良好的發光、光電轉換等性能，使得其 在眾多領域有著廣泛的潛在應用，例如可以用于發光材料、光電轉換材料、涂料及日用化工 材料，可以用來制造風光電極、變壓器和多種光學裝置。同時ZnO還是一種生物安全和生物 相溶性良好的材料，可以用于生物醫藥的載體或生物傳感器等。納米材料由于具有量子尺 寸和宏觀量子隧道效應等而顯示特殊的光、電、磁和催化性能，引起了人們極大的興趣，其 制備和性能的研究已經成為當前材料科學中十分活躍的領域，而材料的性能與粒子的大小 和形貌密切相關。因此，在合成納米ZnO粒子時，控制其形貌、大小及尺寸分布就顯的十分 重要。研究ZnO納米材料的生長機理，并且調節控制其生長是制備未來功能性微納米器件 的基礎。有關ZnO納米材料的合成已有很多報道，包括物理濺射沉積法、化學氣相沉積法、 電化學合成法、熱蒸發、金屬有機氣相外延(MOVPE)技術，激光法，微乳液法、溶劑熱合成、 水熱合成與模板合成法等，合成出了 ZnO的納米線、納米棒、納米帶、納米管、納米環、納米 弓、納米花、納米片等等。Sui 等[X. M. Sui, Y. C. Liu. Chemical Physics Letters. 2006，424，340]采用微乳 液法合成了六棱柱狀的納米 ZnO ；Zhang 等[J. Zhang, L. D. Sun. New J. Chem. 2002，26，33]采 用微乳液輔助水熱法合成了 ZnO的納米線；Guo等[L. Guo, Y. L. Ji. J. AM. CHEM. S0C. 2002， 124,14864]利用微乳液途徑合成了均勻的ZnO的納米棒；Inoguchi等[M. Inoguchi, K. Suzuki. J. Am. Ceram. Soc. 2008，91，3850]利用微乳液法合成了粒度小于 IOnm 的 ZnO 納 米顆粒；Li 等[X. C. Li, G. H. He. Journal ofColloid and Interface Science. 2009, 333, 465]采用微乳液輔助水熱法合成了納米ZnO的針狀、柱狀及球狀結構；Zhang等[H. Zhang, D. Yang，D.S.Li. Crystal Growth and Design. 2005，5，547]利用封端劑分子輔助水熱法合 成了啞鈴狀結構的 ZnO 微晶；Zhao 等[M. Zhao, D. P. ffu, J. L. Chang. Materials Chemistry and Physics. 2009,117,422]采用溴化十六烷三甲基銨輔助水熱法制備了杯狀結構的ZnO 微晶。目前，未見通過簡單的微乳液輔助水熱法來合成納米ZnO手榴彈結構的文獻報道。

發明內容
本發明的目的是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種生產工藝簡單、 安全，產品顆粒形貌、大小可控，分散均勻，產品性能優良的手榴彈狀氧化鋅納米結構的制 備方法，同時該方法是在低溫下進行，反應條件相對溫和，不需要用破乳劑直接離心分離即可。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種低溫控制合成手榴彈狀氧化鋅納米結構的方法，其特征在于該制備方法是選用原料非離子表面活性劑烷基聚氧乙烯(10)醚、環己烷、正辛醇、Zn(Ac)2水溶液形成微乳液，將組成微乳液的各組分混合后，制備成均 勻透明的反相微乳液，再將NaOH的水溶液逐滴加入含有Zn(Ac)2的微乳液中，Zn(Ac)2* NaOH在限域空間內反應，后經輔助水熱反應、離心分離、洗滌制得手榴彈狀氧化鋅納米結 構。具體制備步驟如下1)、將原料烷基聚氧乙烯(10)醚、環己烷、正辛醇和Zn(Ac)2水溶液置入50ml的 燒杯中，選定烷基聚氧乙烯(10)醚表面活性劑與醇混合的質量百分含量，Zn(Ac)yK溶液的 物質的量與烷基聚氧乙烯(10)醚的物質的量的比值ω，Zn(Ac)2水溶液的濃度，將上述各 組分混合后，室溫下于恒溫磁力攪拌器上攪拌10分鐘，配制成均勻的Zn(Ac)2微乳液；2)、將Zn (Ac) 2微乳液置于恒溫磁力攪拌器上，在室溫下逐滴滴加NaOH水溶液，隨 著NaOH水溶液的加入，微乳液逐漸變成白色，滴加完畢后繼續攪拌30分鐘；3)、將步驟2)得到的微乳液轉移至25mL聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中進行水 熱輔助，設定溫度和時間，反應結束后自然冷卻至室溫；4)、將步驟3)得到的白色沉淀離心分離，再用丙酮、二次蒸餾水和無水乙醇多次 洗滌以除去多余的表面活性劑和水相，從而得到手榴彈狀的ZnO納米結構。與現有技術 相比，本發明具有以下特點1、本發明中的手榴彈狀氧化鋅納米結構形成于微乳液水核中，通過對形成微乳液 的參數進行調整，進而控制微乳液水核的粒徑和結構，得到所希望形貌的氧化鋅納米結構。2、本發明在低溫下進行，條件相對溫和、易控，能量消耗小，成本低。3、本發明可廣泛應用于其他手榴彈狀無機功能材料的制備。


圖1為本發明實施例1制備的手榴彈狀納米氧化鋅的SEM圖；圖2為本發明實施例2制備的手榴彈狀納米氧化鋅的SEM圖；圖3為本發明實施例3制備的手榴彈狀納米氧化鋅的SEM圖；圖4為本發明實施例4制備的手榴彈狀納米氧化鋅的SEM圖；圖5為本發明方法制得的手榴彈狀納米氧化鋅的X射線衍射圖(XRD)。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，實施例的描述僅為便于理解本發 明，而非對本發明保護的限制。實施例1制備包含0. lmol/L Zn2+的Zn (Ac)2微乳液，其中表面活性劑(烷基聚氧乙烯(10) 醚)的物質的量濃度為0. 25mol/L，水與表面活性劑的摩爾比ω為2. 5，其余為油相含量； 配置0. 2mol/L 0H_的NaOH水溶液。在室溫攪拌條件下，將與所用Zn (Ac) 2水溶液等體積的 NaOH水溶液逐滴加入到Zn(Ac)2微乳液中，滴加完畢后持續攪拌30分鐘，然后將其轉移至 25mL內襯聚四氟乙烯的高壓反應釜中進行水熱輔助，設定溫度120°C、時間12h，反應結束 后自然冷卻至室溫。得到的白色沉淀離心分離，再用丙酮、蒸餾水和無水乙醇多次洗滌以除去多余的表面活性劑和水相，從而得到手榴彈狀納米ZnO，如圖1。實施例2制備包含0. lmol/L Zn2+的Zn (Ac)2微乳液，其中表面活性劑(烷基聚氧乙烯(10) 醚)的物質的量濃度為0.25mol/L，水與表面活性劑的摩爾比ω為5. 0，其余為油相含量； 配置0. 2mol/L 0H_的NaOH水溶液。在室溫攪拌條件下，將與所用Zn(Ac) 2水溶液等體積的 NaOH水溶液逐滴加入到Zn(Ac)2微乳液中，滴加完畢后持續攪拌30分鐘，然后將其轉移至 25mL聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中進行水熱輔助，設定溫度120°C、時間12h，反應結束 后自然冷卻至室溫。得到的白色沉淀離心分離，再用丙酮、蒸餾水和無水乙醇多次洗滌以除 去多余的表面活性劑和水相，從而得到手榴彈狀納米ZnO，如圖2。實施例3制備包含0. lmol/L Zn2+的Zn (Ac)2微乳液，其中表面活性劑(烷基聚氧乙烯(10) 醚)的物質的量濃度為0. 25mol/L，水與表面活性劑的摩爾比ω為7. 5，其余為油相含量； 配置0. 2mol/L OF的NaOH水溶液。在室溫攪拌條件下，將與所用Zn (Ac) 2水溶液等體積 的NaOH水溶液逐滴加入到Zn (Ac) 2微乳液中，滴加完畢后持續攪拌30分鐘，然后將其轉移 至25mL聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中進行水熱輔助，設定溫度120°C、時間12h，反應結 束后自然冷卻至室溫。得到的白色沉淀離心分離，再用丙酮、蒸餾水和無水乙醇多次洗滌以 除去多余的表面活性劑和水相，從而得到手榴彈狀納米ZnO，如圖3。實施例4制備包含0. lmol/L Zn2+的Zn (Ac)2微乳液，其中表面活性劑(烷基聚氧乙烯(10) 醚)的物質的量濃度為0. 25mol/L，水與表面活性劑的摩爾比ω為10，其余為油相含量；配 置0. 2mol/L OF的NaOH水溶液。在室溫攪拌條件下，將與所用Zn (Ac) 2水溶液等體積的 NaOH水溶液逐滴加入到Zn(Ac)2微乳液中，滴加完畢后持續攪拌30分鐘，然后將其轉移至 25mL聚四氟乙烯內襯的高壓反應釜中進行水熱輔助，設定溫度120°C、時間12h，反應結束 后自然冷卻至室溫。得到的白色沉淀離心分離，再用丙酮、蒸餾水和無水乙醇多次洗滌以除 去多余的表面活性劑和水相，從而得到手榴彈狀納米ZnO，如圖4。
權利要求
一種低溫控制合成手榴彈狀納米氧化鋅的方法，其特征在于該制備方法是選用原料非離子表面活性劑烷基聚氧乙烯(10)醚、環己烷、正辛醇、Zn(Ac)2水溶液形成微乳液，將組成微乳液的各組分混合后，制備成均勻透明的反相微乳液，再將NaOH水溶液逐滴加入含有Zn(Ac)2的微乳液中，Zn(Ac)2和NaOH在限域空間內反應，后經輔助水熱反應、離心分離、洗滌制得手榴彈狀納米氧化鋅，具體制備步驟如下1)、將原料烷基聚氧乙烯(10)醚、環己烷、正辛醇和Zn(Ac)2水溶液置入50ml的燒杯中，選定烷基聚氧乙烯(10)醚表面活性劑與醇混合的質量百分含量，Zn(Ac)2水溶液的物質的量與烷基聚氧乙烯(10)醚的物質的量的比值ω，Zn(Ac)2水溶液的濃度，將上述各組分混合后，室溫下于恒溫磁力攪拌器上攪拌10分鐘，配制成均勻的Zn(Ac)2微乳液；2)、將Zn(Ac)2微乳液置于恒溫磁力攪拌器上，在室溫下逐滴滴加一定濃度的NaOH水溶液，隨著NaOH水溶液的加入，微乳液逐漸變成白色，滴加完畢后繼續攪拌30分鐘；3)、將步驟2)得到的微乳液轉移至25mL內襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應釜中，設定溫度和時間，進行水熱輔助反應，反應結束后自然冷卻至室溫；4)、將步驟3)得到的白色沉淀離心分離，再用丙酮、蒸餾水和無水乙醇進行洗滌，從而得到手榴彈狀納米ZnO。
2.根據權利要求1所述的低溫控制合成氧化鋅納米手榴彈的制備方法，其特征在于微 乳液體系中表面活性劑烷基聚氧乙烯(10)醚的物質的量濃度為0. 25mol/L。
3.根據權利要求1所述的低溫控制合成氧化鋅納米手榴彈的制備方法，其特征在于， 所述的步驟1)中水與表面活性劑的摩爾比ω為2. 5 10。
4.根據權利要求1所述的低溫控制合成氧化鋅納米手榴彈的制備方法，其特征在于， 所述的步驟2)中Zn2+與NaOH的摩爾比為1 2。
5.根據權利要求1所述的低溫控制合成氧化鋅納米手榴彈的制備方法，其特征在于， 所述的步驟3)中的反應時間為12小時。
6.根據權利要求1所述的低溫控制合成氧化鋅納米手榴彈的制備方法，其特征在于， 所述的步驟3)中的反應溫度為120°C。
全文摘要
本發明提供了一種低溫控制合成手榴彈狀納米氧化鋅的方法，該方法選用非離子表面活性劑烷基聚氧乙烯(10)醚、環己烷、正辛醇和水相組成的四元微乳液，以醋酸鋅和氫氧化鈉為反應物，將組成反相微乳液的各組分混合后，室溫下于磁力攪拌器上攪拌，制得均勻透明、性質穩定的反相的微乳液，然后滴加氫氧化鈉的水溶液于醋酸鋅的微乳液中，是二者在微乳液的限域空間內反應，經水熱反應、離心分離后，用丙酮、二次蒸餾水和無水乙醇反復洗滌制得了形貌大小均勻的手榴彈狀氧化鋅納米結構。本發明利用反膠束微乳液具有的模板和限域作用制備手榴彈狀氧化鋅納米結構的技術方案，具有生產工藝簡單、生產過程安全、產品不易團聚的特點，可廣泛用于手榴彈狀結構的無機功能材料的制備。
文檔編號B82B3/00GK101805013SQ20101014906
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月19日 優先權日2010年4月19日
發明者劉紹剛, 周澤廣, 姜俊穎, 米艷, 黃在銀 申請人:廣西民族大學