一種製備鋅鋁氧化物納米粉體的方法
2023-08-10 02:23:46
專利名稱：一種製備鋅鋁氧化物納米粉體的方法
技術領域：
本發明涉及一種製備鋅鋁氧化物納米粉體的方法，屬於粉末冶金技術 領域。
二背景技術：
鋅鋁氧化物(Zinc Aluminum Oxide即ZnAl204，簡稱ZAO)是一種n型透明導電氧化 物材料，因具有大的載流子濃度和光學禁帶寬度，而表現出優良的光電特性，是現代 光電子產業的基礎l枓，更由於ZAO薄膜所用原材料鋅鋁資源豐富、成本低廉、無毒、 熱穩定性和化學穩定性好等優點，被認為是目前最有發展潛力的透明導電材料之一， 已經被應用於太陽能電池，液晶顯示，防靜電特殊功能窗口塗層及其他光電器件領域 中。
目前，國內外製備納米粉體的方法很多，主要有均相共沉澱法、水溶液共沉澱法、 電解法，溶膠一凝膠法、噴霧熱分解法和機械研磨法等。在這些方法中，液相法是工 業上製備超細粉應用最廣泛的，其基本方法是選擇一種或多種可溶性金屬鹽，按成分 計量配成溶液，使各元素呈離子或分子態，再用一種沉澱劑，將所需物質均勻沉澱、 結晶出來，經脫水或者加熱等過程而製得超細粉。而水溶液化學共沉澱法是引人注目 的一種方法，該方法釆用從外部加沉澱劑，其工藝簡單、周期短，操作方便，對設備 的要求不高，投資少，生產成本低，較適合於大規模生產而被廣泛採用，但這種方法 在具體的製備過程中存在著突出的團聚現象，即納米粒子重新團聚成較大的粒子。 對於n型透明導電材料鋅鋁氧化物納米粉體的製備，目前公知的主要製備方法有均相共 沉澱法、水溶液共沉澱法、固相反應法和溶膠一凝膠法等。許麗等(化學與生物工程. 2006,23(9):15-17.)以Zn(Ac)2. 2 H20、 A1(N03)3'9H20、檸檬酸和乙醇等為原料，採用 溶膠-凝膠法製備了平均粒徑為22nm灰白色的納米ZAO複合粉體。沐ei Shao等(Journal of University of Science and Technology Beijing, 2006,13(4):346-349.)以Al(NO3)3.9H20、 Zn(N03)2'6H20和NH4HC03為原料，採用化學共沉澱法在800。C煅燒1.5h製備了平均 粒徑為21.3nm、比表面積為3.62mVg的ZAO納米粉體。劉秀蘭等(西安工業學院學報。 2006,26(1 ):60-63.)以乙酸鋅、硝酸鋁、硝酸鑭溶液、聚乙二醇、氨水和乙醇等為原料， 採用共沉澱-超臨界流體乾燥法製備摻鑭的平均粒徑為20 nm的ZAO納米粉體。這些方 法存在加熱溫度高，保溫時間長，工藝過程放大難，能耗高，需添加有機試劑等實際問題。
發明內容
本發明的目的在於提供一種製備鋅鋁氧化物納米粉體的方法。以硫酸鋅(ZnS04 7H20)、硫酸鋁(Al2(S04)3.18H20)為原料，以氨水、氫氧化鈉(NaOH)、碳酸銨(NH4)2C03 為沉澱劑，以無水乙醇(CH3CH20H)為穩定劑和脫水劑，去離子水為溶劑，在30-60。C 的溫度下進行超聲化學共沉澱反應，保溫陳化，離心分離，再經洗滌、微波乾燥和煅 燒，製備鋅鋁氧化物納米粉體。所製得的鋅鋁氧化物納米粉體粒徑為15-30nm，比表面 積為40-75m々g，粉體顆粒呈球狀，產品純度高，分布均勻，分散性及光電性能好。
本發明按以下步驟完成。
1) 取硫酸鋅和硫酸鋁分別加入去離子水，升溫至30-55'C，持續攪拌至硫酸鋅和硫 酸鋁完全溶解，製得硫酸鋅和硫酸鋁水溶液；
2) 將所得的水溶液稀釋成含Z^+0.5-2.0mol/L的硫酸鋅溶液與濃度為0.1-1.0mol/L 的硫酸鋁溶液,再將兩種溶液按ZnO:AbOf95-97:3-5重量百分比配製混合，二者攪拌混 勻3-5min後置於超聲恆溫水浴中攪拌，控制溫度30-6(TC，同時，先後滴加濃度0.5-2.0mo1 /L的NaOH溶液和濃度為2.0-6.0mo1 /L的氨水溶液或濃度為0.5-2.0mo1 /L的(NH4)2C03 溶液至pH值為8-11，反應陳化30-60min，然後以3000-4000r/min速度離心分離並反覆 洗滌沉澱，直到用0,2mol/L的BaCl2溶液檢驗洗滌液中無SO42—為止，將沉澱用無水乙 醇洗滌2-3次，得到的沉澱即為鋅鋁氧化物前驅體；
3) 將鋅鋁氧化物前驅體放入微波爐中乾燥，控制溫度為80-100'C,時間 3-5min，取出細磨至30nm以下，再置於微波爐中煅燒，控制溫度為250-900'C ， 時間5-15min。製得鋅鋁氧化物納米粉體。
與公知技術相比本發明具有的優點及積極效果
1 )採用超聲化學共沉澱一微波乾燥煅燒聯合法來製備ZAO納米粉體，通過超聲波、 微波等技術的有效集成來強化共沉澱化學反應或傳遞過程，把單個的工藝技術有機地 結合起來，製得的產品質量好，易於實現工業化生產；
2) 無需添加有機試劑和分散劑,利用超聲波具有超聲空化所產生的反應環境，來 控制ZAO納米粉體的團聚，使共沉澱反應溫度降低，反應時間縮短。縮短了ZAO納米 粉體的製備周期；
3) 微波乾燥煅燒粉體結構疏鬆、易磨、顆粒小、加熱速度快。
四
圖l是本發明的工藝流程圖。
五具體實施方式
實施例l:取硫酸鋅和硫酸鋁分別加入去離子水，升溫至45'C，持續攪拌至硫酸鋅 和硫酸鋁完全溶解，製得鋅鋁硫酸鹽水溶液；將硫酸鋅水溶液稀釋成含Zi^+2.0mol/L 的溶液取600 ml與濃度為0.5mol/L的硫酸鋁溶液59 ml混合，二者攪拌混勻3min後置於 5OkHz,100W的超聲恆溫水浴中攪拌，控制溫度5(TC,同時滴加濃度為2.0mo1/L的NaOH 溶液至pH值為9，降溫至35'C再接著滴加濃度為2.0mo1 /L的(NH4)2C03溶液至pH值為10 止，陳化30min,然後以4000r/min速度離心分離並反覆洗滌沉澱，直到用0.2mol/L的 BaCl2溶液檢驗洗滌液中無S042—為止，將沉澱用無水乙醇洗滌沉澱3次，得到鹼式碳 酸鋅鋁前驅體，將前驅體放入微波爐(微波功率750W、頻率2450MHz)中乾燥 5min，控制溫度為85'C，取出細磨，再置於微波爐中煅燒，微波功率為700W， 溫度為500'C ,時間i3min，製得產品ZAO納米粉體。其平均粒徑為20nm，比表面積 56.76 m2/g，粉體顆粒均呈球狀，分布均勻無團聚，分散性好。其光學性能表現為紫外 區(100-400nm)具有強烈的吸收性，可見光區(400-800nm)具有高的透過性，紅外區 (800-3500nm)有高的反射率，電學性能表現為具有低的電阻率。
實施例2:取硫酸鋅(ZnS04 7H20)和硫酸鋁(Al2(S04)3.18H20)分別加入去離子zR, 升溫至45"C，持續攪拌至硫酸鐸和硫酸鋁完全溶解,製得鋅鋁硫酸鹽水溶液；將硫酸鋅 水溶液稀釋成含Zn2+1.0mol/L的稀溶液取1200ml與濃度為0.5mol/L的硫酸鋁溶液59 ml混合，二者攪拌混勻3min後置於50kHz， 100W的超聲恆溫水浴中攪拌，控制溫度. 55°C，同時滴加濃度為2.0mol /L的NaOH溶液至pH值為9.5，再接著滴加濃度為5.0mol /L的氨水溶液至pH值為10.5止，陳化50min,然後以3000r/min速度離心分離並反 復洗滌沉澱，直到用0.2mol /L的BaCl2溶液檢驗洗滌液中無3042_為止，將沉澱用無 水乙醇洗滌沉澱3次，得到鋅鋁氫氧化物前驅體，將前驅體放入微波爐(微波 功率750W、頻率2450MHz)中乾燥3min，控制溫度為100°C，取出細磨，再 置於微波爐中煅燒，微波功率為700W，溫度為550°C ,時間10min，製得產品 ZAO納米粉體。其平均粒徑為15nm，比表面積74.37m2/g，粉體顆粒均呈球狀，分布 均勻無團聚，分散性好。其光學性能表現為紫外區(100-400ran)具有強烈的吸收性，可 見光區(400-800nm)具有高的透過性，紅外區(800-3500nm)有高的反射率，電學性能表 現為具有低的電阻率。
權利要求
1、一種製備鋅鋁氧化物納米粉體的方法，其特徵在於其按以下步驟完成，1)取硫酸鋅和硫酸鋁分別加入去離子水，升溫至30-55℃，持續攪拌至硫酸鋅和硫酸鋁完全溶解，分別製得硫酸鋅和硫酸鋁水溶液；2)將所得的水溶液稀釋成含Zn2+0.5-2.0mol/L的硫酸鋅溶液與濃度為0.1-1.0mol/L的硫酸鋁溶液，再將兩種溶液按ZnO∶Al2O3＝95-97∶3-5的重量百分比配製混合，二者攪拌混勻3-5min後置於超聲恆溫水浴中攪拌，控制溫度30-60℃，同時，先後滴加濃度0.5-2.0mol/L的NaOH溶液和濃度為2.0-6.0mol/L的氨水溶液或濃度為0.5-2.0mol/L的(NH4)2CO3溶液至pH值為8-11，反應陳化30-60min，然後以3000-4000r/min速度離心分離並反覆洗滌沉澱，直到用0.2mol/L的BaCl2溶液檢驗洗滌液中無SO42-為止，將沉澱用無水乙醇洗滌2-3次，得到的沉澱即為鋅鋁氧化物前驅體；3)將鋅鋁氧化物前驅體放入微波爐中乾燥，控制溫度為80-100℃，時間3-5min，取出細磨至30nm以下，再置於微波爐中煅燒，控制溫度為250-900℃，時間5-15min。製得鋅鋁氧化物納米粉體。
全文摘要
本發明的涉及一種製備鋅鋁氧化物納米粉體的方法。以硫酸鋅和硫酸鋁為原料，以氨水、氫氧化鈉和碳酸銨為沉澱劑，以無水乙醇為穩定劑和脫水劑，去離子水為溶劑，在30-60℃的溫度下進行超聲化學共沉澱反應，保溫陳化，離心分離，再經洗滌、微波乾燥和煅燒，製備鋅鋁氧化物納米粉體。利用超聲空化的反應環境，來控制ZAO納米粉體的團聚，使共沉澱反應溫度降低，縮短了ZAO納米粉體的製備周期。所製得的鋅鋁氧化物納米粉體粒徑為15-30nm，比表面積為40-75m2/g，粉體顆粒呈球狀，產品純度高，分布均勻，分散性及光電性能好。
文檔編號C01F7/02GK101407328SQ200810233448
公開日2009年4月15日 申請日期2008年10月16日 優先權日2008年10月16日
發明者寧 宋, 戴永年, 杜景紅, 斌 楊, 陳為亮, 馬文會 申請人:昆明理工大學