氧化鋅納米管及其超聲製備方法
2023-10-04 12:10:29 2
專利名稱：氧化鋅納米管及其超聲製備方法
技術領域：
本發明涉及納米管制備領域，具體地說是一種超聲方法生長合成的可以在相對低的溫度下探測濃度為100ppm以下乙醇氣體的氧化鋅納米管及其製備方法。
背景技術：
氧化鋅在常溫下的禁帶寬度是3.3eV，是典型的直隙寬禁帶半導體。由於尺寸效應及其內在的功能性，納米結構氧化鋅具有優異的力學、電學、光學性能。它們在場效應電晶體、發光二極體、氣敏傳感器、光電量子器件、納米雷射器、平板顯示器、太陽能電池等半導體器件上有著重要的應用。此外，它們還可作為抗靜電、導電、陶瓷、金屬基複合材料的添加劑。因此，納米氧化鋅結構的合成與應用引起了人們廣泛的興趣。而氧化鋅納米管具有特殊的中空結構，它們具有更加廣闊的應用前景。到目前為止，可以用許多不同的方法合成氧化鋅納米結構，例如，氣相傳輸法，熱蒸發方法，模板生長法，化學氣相沉積法等等。但是合成氧化鋅納米管的方法還比較少，尤其是合成大量的、高質量的產品。作為一種重要的氣敏材料，一維氧化鋅納米結構可以檢測氫氣、二氧化氮、乙醇等有毒有害氣體。但是到目前為止合成的一維氧化鋅納米結構只有在較高的溫度下才能工作，一般在300～400℃之間。因此，由一維氧化鋅納米結構製備的氣敏傳感器的功耗較高，不能滿足一些特殊環境的要求，如煤礦、化工企業對易燃易爆氣體的檢測。
發明內容本發明的目的在於利用超聲技術，通過控制溶液中表面活性劑的含量，提供一種操作簡單、低成本，可以大量生長製備在140℃檢測濃度小於100ppm乙醇氣體的氧化鋅納米管的方法。
本發明的目的是這樣實現的1、一種氧化鋅納米管，它是以硝酸鋅和氫氧化鈉為原料，分別加入溶劑和表面活性劑，採用超聲溼化學方法製備的可以在140℃的溫度下探測濃度小於100ppm的乙醇氣體的氧化鋅納米管。
2、將硝酸鋅和氫氧化鈉溶液混合均勻，分別加入溶劑和表面活性劑，再次混合均勻，然後採用超聲方法，棄掉清夜，將較稠溶液進行乾燥，得到的粉末用去離子水和無水乙醇清洗，最後得到氧化鋅納米管。
本發明還具有如下的技術特徵1、超聲溼化學方法的超聲功率為100W，超聲時間為45-60分鐘。
2、硝酸鋅和氫氧化鈉溶液的摩爾比為1∶10。
3、所述的溶劑為無水乙醇，以乙二烯二胺為表面活性劑，表面活性劑與硝酸鋅和氫氧化鈉溶液的體積比為6∶6∶10。
本發明採用超聲溼化學方法，以硝酸鋅Zn(NO3)2和氫氧化鈉NaOH為原料，以水和乙醇為溶劑，以乙二烯二胺(EDA)為表面活性劑，通過控制表面活性劑的用量可以製備氧化鋅納米管。在常溫下，將摩爾比為1∶10的硝酸鋅和氫氧化鈉溶液混合均勻後，分別加入乙醇和表面活性劑，再次混合均勻，然後超聲45-60分鐘，此時燒杯內的溶液的溫度大約在50-70℃之間。棄掉清夜，將較稠溶液進行乾燥。得到的粉末用去離子水和無水乙醇清洗數次，最後得到氧化鋅納米管產品，所得到的產品可以在相對低的溫度下探測乙醇氣體。
本發明氧化鋅納米管的乙醇氣敏特性可以採用電阻型元件進行測量，其中氣敏元件由陶瓷管1、加熱絲2和四個電極3組成，見附圖1。將氧化鋅納米管樣品溶於無水乙醇，形成的漿液均勻塗在陶瓷管1上，烘乾，試驗環境為室溫，溼度在22～30％RH之間。氧化鋅納米管氣敏性能的測量儀器是HW-30A氣敏元件檢測系統，其工作原理如附圖2所示。其中，Rs、Rl、Vl分別代表氧化鋅的電阻、負載電阻和施加在負載電阻上的電壓。氧化鋅納米管對乙醇的靈敏度用S來表示S＝Ra/Rg，其中，Ra和Rg分別代表氧化鋅納米管暴露在空氣和乙醇氣體中的電阻。
本發明採用了一種新的超聲方法，通過控制表面活性劑的含量製備了氧化鋅納米管。其工藝非常簡單，可控制性好。合成的氧化鋅納米管可以在相對低的溫度下檢測100ppm以下的乙醇氣體。
圖1是氣敏元件示意圖；圖2是氧化鋅納米管氣敏特性測試原理圖；圖3是製備氧化鋅納米管的X射線粉末儀測量結果；圖4是利用超聲新方法合成的氧化鋅納米管的掃描電鏡圖；圖5是氧化鋅納米管乙醇氣敏特性測試結果。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步的說明實施例1合成氧化鋅納米管過程(1)常溫下配置1mol.L-1的硝酸鋅和10mol.L-1的氫氧化鈉溶液；
(2)分別取6ml硝酸鋅溶液和6ml氫氧化鈉溶液置於燒杯中，攪拌均勻後加入15ml無水乙醇，攪拌均勻；(3)然後加入10ml乙烯基二胺將盛有上述溶液的100ml燒杯置於超聲清洗機中，其中超聲清洗機內的水控制在200ml；(4)然後在功率為100W的設置下，超聲45分鐘，此時燒杯內的溶液的溫度大約在50℃；(5)取出燒杯，棄掉上部清夜，將底部較稠溶液進行乾燥；(6)將得到的粉術用去離子水和無水乙醇清洗數次，最後得到氧化鋅納米管產品。結合圖3，合成的氧化鋅納米管為纖鋅礦結構，如X射線粉末儀測試結果所示。結合圖4，納米管的長度和直徑分別約為1.5μm和250nm。
氧化鋅納米管乙醇氣敏特性的測量過程環境條件室溫，溼度在30％RH。
氣敏元件工作溫度為140℃時，對醇氣體氣敏測量結果如附圖5所示。在該溫度下，氧化鋅納米管可以檢測100ppm以下的乙醇氣體。這種納米管氣敏傳感器對10ppm和100ppm的乙醇氣體的靈敏度分別平均約為1.6和3.6。
實施例2(1)常溫下配置1mol.L-1的硝酸鋅和10mol.L-1的氫氧化鈉溶液；(2)分別取60ml硝酸鋅溶液和60ml氫氧化鈉溶液置於燒杯中，攪拌均勻後加入150ml無水乙醇，攪拌均勻；(3)然後加入100ml乙烯基二胺將盛有上述溶液的500ml燒杯置於超聲清洗機中，其中超聲清洗機內的水控制在1000ml；(4)然後在功率為100W的設置下，超聲60分鐘，此時燒杯內的溶液的溫度大約在70℃；(5)取出燒杯，棄掉上部清夜，將底部較稠溶液進行乾燥；(6)將得到的粉末用去離子水和無水乙醇清洗數次，最後得到氧化鋅納米管產品。
其它步驟同實施例1。
權利要求
1.一種氧化鋅納米管，其特徵在於它是以硝酸鋅和氫氧化鈉為原料，分別加入溶劑和表面活性劑，採用超聲溼化學方法製備的可以在140℃的溫度下探測濃度小於100ppm以下的乙醇氣體的氧化鋅納米管。
2.一種氧化鋅納米管的製備方法，其特徵在於首先將硝酸鋅和氫氧化鈉溶液混合均勻，分別加入溶劑和表面活性劑，再次混合均勻，然後採用超聲方法處理，棄掉清夜，將較稠溶液進行乾燥，得到的粉末用去離子水和無水乙醇清洗，最後得到氧化鋅納米管。
3.根據權利要求2所述的氧化鋅納米管的製備方法，其特徵在於超聲溼化學方法的超聲功率為100W，超聲時間為45-60分鐘。
4.根據權利要求2或3所述的氧化鋅納米管的製備方法，其特徵在於硝酸鋅和氫氧化鈉溶液的摩爾比為1∶10。
5.根據權利要求2或3所述的氧化鋅納米管的製備方法，其特徵在於所述的溶劑為無水乙醇，表面活性劑為乙二烯二胺，表面活性劑與硝酸鋅和氫氧化鈉溶液的體積比為6∶6∶10。
6.根據權利要求4所述的氧化鋅納米管的製備方法，其特徵在於所述的溶劑為無水乙醇，表面活性劑為乙二烯二胺，表面活性劑與硝酸鋅和氫氧化鈉溶液的體積比為6∶6∶10。
全文摘要
本發明提供了一種超聲技術製備的氧化鋅納米管及其超聲製備方法，本發明採用超聲溼化學方法，首先將硝酸鋅和氫氧化鈉溶液混合均勻，分別加入溶劑和表面活性劑，再次混合均勻，然後採用超聲方法處理，棄掉清液，將較稠溶液進行乾燥，得到的粉末用去離子水和無水乙醇清洗，最後得到可以在相當低的溫度下探測乙醇氣體的氧化鋅納米管。本發明工藝簡便，成本較低，產品質量穩定，可以在140℃下探測100ppm以下的乙醇氣體。
文檔編號C01G9/00GK1944265SQ200610150940
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月25日 優先權日2006年10月25日
發明者陳玉金, 朱春玲, 肖鋼, 康崇, 範路安 申請人:哈爾濱工程大學