一種紅色氧化鋅納米粉的製備方法
2023-05-16 04:56:01
專利名稱：一種紅色氧化鋅納米粉的製備方法
技術領域：
本發明涉及屬於納米材料的製備領域，具體地說是涉及一種紅色氧化鋅納米粉的 製備方法。
背景技術：
納米氧化鋅作為一種直接帶隙的寬禁帶半導體材料，其在室溫下禁帶寬度為 3. 37eV，且激子束縛能高達60meV。由於納米氧化鋅具有許多優良的物理性能，如無毒、非遷 移、比表面積大、表面張力大、磁性強、吸收和散射紫外線等，其在化妝品、醫藥、橡膠、陶瓷、 塗料及光電子等領域的工業應用中有廣泛的前景。納米氧化鋅優良的紫外屏蔽能力和較寬的吸收波長範圍，在化妝品防曬霜中應用 越來越受到人們的重視。近年來發現，納米尺度的二氧化鈦和氧化鋅能有效地阻隔紫外線， 而且它們還是少數能同時有效地阻隔引起皮紅皺紋的長波紫外線和導致皮紅癌的中波紫 外線的化學物質之一。研究者在測試了 800種防曬後發現不含納米二氧化鈦和氧化鋅的 防曬霜比含有納米二氧化鈦和氧化鋅的防曬霜增加了 20%對皮膚的傷害，包括皮紅的早衰 和紫外線射線導致的免疫系統損壞等，於是，越來越多的廠家開始推廣含納米成分的防曬 霜。但是單純的納米氧化鋅顏色較白，將其用於防曬霜中會使人的皮膚顯得蒼白而不自然。 因此對納米氧化鋅進行著色處理成膚色納米粉是其在防曬霜中廣泛應用的關鍵技術。目前，對納米氧化鋅進行著色處理的方法主要有一種較傳統的方法是在氧化鋅 粉體中摻雜有顏色的重金屬氧化物，如摻雜氧化錳可呈黃色，摻雜氧化鉛可呈桃紅色。但 是引入的重金屬元素對人體有害，特別不能應用於化妝品和醫藥行業；還有一種方法是採 用有機表面活性劑分子對氧化鋅進行表面修飾，從而使得氧化鋅納米粉體呈現從淺粉色到 深紅棕色的變化。但也有研究表明，有機表面活性劑分子中的含氧基團會滲透皮膚進入人 體，引起人類生殖系統的異常反應；較新的研究發現，氮摻雜的氧化鋅納米粉體具有呈現紅 色特性，這種紅色是由於氮原子固熔於氧化鋅晶體、引起氧化鋅晶體缺陷而產生的，對人體 無害，是一種比較理想的納米氧化鋅的著色辦法和研究思路。近年來，陸續有報導採用不同 的製備方法來獲得這種氮摻雜的紅色納米氧化鋅粉體，如日本專利(JP昭55227857)公開 了一種在氨氣氣氛中熱分解草酸鋅製備紅色氧化鋅的方法；中國發明專利(CN1261357C) 公開了一種採用硝酸鋅和尿素經均相沉澱、超聲、煅燒等一系列過程製備防曬用紅色氧化 鋅納米粉的方法；中國發明專利(CN101172641A)公開了一種以可溶性鋅鹽、富氮銨鹽和硝 酸銨等助燃劑混合燃燒製備紅色納米氧化鋅的方法等。但到目前為止，尚未見報導通過微 波_焙燒兩步過程製備紅色納米氧化鋅粉體的研究內容。
發明內容
本發明的目的在於在採用化學方法製備紅色氧化鋅納米粉方面，設計了一種簡捷 高效的紅色氧化鋅納米粉合成路線，提供了一種工藝簡單，操作簡便，周期短、產率高，適宜 工業化生產的紅色氧化鋅納米粉的製備方法。
本發明的目的是通過如下技術方案來實現的。本發明的技術方案是採用如下的加工步驟來製備紅色氧化鋅納米粉1)稱取一定量的有機鹼如六次甲基四胺加入到坩鍋中，加入適量的去離子水，攪 拌至完全溶解，形成飽和溶液A ；2)向溶液A中加入水合胼合鋅鹽絡合物，在室溫下攪拌lOmin，形成乳濁液B，有機 鹼的物質的量是水合胼合鋅鹽絡合物的4 10倍；3)將盛有乳濁液B的坩鍋置入家用微波爐中，用高火檔微波輻照IOmin ；4)再將坩鍋轉移到馬弗爐中600°C焙燒60min後，自然冷卻至室溫，收集產品即得 到本發明的紅色氧化鋅納米粉。上述技術方案中，所述的有機鹼包含六次甲基四胺、尿素、乙二胺和乙醇胺等。所述的水合胼合鋅鹽絡合物為預先合成的化合物，其製備過程中所用的原料為可 溶性的鋅鹽和85%的水合胼，溶劑為去離子水，其中可溶性的鋅鹽包含硝酸鋅、氯化鋅、乙 酸鋅和硫酸鋅等。所述的水合胼合鋅鹽絡合物也可以用相當物質的量的可溶性的鋅鹽和85%的水 合胼新制而得。所述的家用微波爐即為市場上銷售的帶計時裝置的普通微波爐，微波輸出功率為 650 900ffo
圖1是本發明一個實施例所製備的紅色氧化鋅納米粉的X射線衍射圖；圖2是本發明一個實施例所製備的紅色氧化鋅納米粉的場掃描電鏡照片；圖3是本發明一個實施例所製備的紅色氧化鋅納米粉的X光電子能譜圖；圖4是本發明一個實施例所製備的紅色氧化鋅納米粉的紫外吸收光譜圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明做進一步的描述實施例1 稱取0. 350g六次甲基四胺於60mL坩鍋中，加4mL去離子水，攪拌溶解成飽和溶 液，再加入0. 256g水合胼合鋅鹽絡合物之硝酸二水合胼合鋅，繼續攪拌調成均勻的浮濁 液，蓋上坩鍋蓋並將其置於家用微波爐中，在高火檔啟動微波爐，微波輻照lOmin，稍冷後直 接轉入馬弗爐中，600°C焙燒60min，自然冷卻至室溫，收集產品即為紅色氧化鋅納米粉。參見附圖1，按實施例1所述的方法製得的紅色氧化鋅納米粉的X射線衍射(XRD) 圖，圖中譜線峰位與 JCPDF 卡片(05-664)的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、 (200)、(112)、(201)衍射晶面一一對應，為六方纖鋅礦結構的ZnO，空間群P6#c。所有衍 射峰強且尖銳，沒有雜相峰，表明粉體的結晶性好、純度高，衍射峰的半峰寬較明顯寬化，表 明粉體的粒徑較小。參見附圖2，按實施例1所述的方法製得的紅色氧化鋅納米粉的場掃描電鏡照片， 從圖3可以看出粉體是由大量的納米顆粒組成，由於粒徑細小，極易發生團聚，聚集成蓬鬆 狀帶有大量孔隙的網絡結構。
參見附圖3，按實施例1所述的方法製得的紅色氧化鋅納米粉的X光電子能譜圖 中的Nls的譜峰，圖中Nls的峰位於399. 15eV，歸屬位ZnO晶體中N3_替位02_形成的N-Zn 鍵，N3_摻雜導致ZnO晶格中存在過剩的電子，引起晶體能帶結構的變化，是ZnO納米粉呈現 紅色的本質原因。參見附圖4，按實施例1所述的方法製得的紅色氧化鋅納米粉的紫外吸收光譜圖， 圖中可以看出粉體從可見光到紫外光均有不同程度的吸收，在200 370nm範圍內具有強 烈的吸收峰，表明紅色ZnO納米粉有很強的紫外光吸收性能，並且在可見光區的吸收也較強。實施例2 稱取0. 349g六次甲基四胺於60mL的坩鍋中，加4mL去離子水，攪拌溶解成飽和溶 液，再加入0. 204g水合胼合鋅鹽絡合物之二氯化二水合胼合鋅，繼續攪拌調成均勻的浮濁 液，蓋上坩鍋蓋並將其置於家用微波爐中，在高火檔啟動微波爐，微波輻照lOmin，稍冷後直 接轉入馬弗爐中，600°C焙燒60min，自然冷卻至室溫，收集產品即為紅色氧化鋅納米粉。實施例3 稱取0. 698g六次甲基四胺於60mL坩鍋中，加4mL去離子水，攪拌溶解成飽和溶 液，再加入0. 256g水合胼合鋅鹽絡合物之硝酸二水合胼合鋅，繼續攪拌調成均勻的浮濁 液，蓋上坩鍋蓋並將其置於家用微波爐中，在高火檔啟動微波爐，微波輻照lOmin，稍冷後直 接轉入馬弗爐中，600°C焙燒60min，自然冷卻至室溫，收集產品即為紅色氧化鋅納米粉。
權利要求
一種紅色氧化鋅納米粉的製備方法，包括如下步驟1)稱取一定量的有機鹼如六次甲基四胺加入到坩鍋中，加入適量的去離子水，攪拌完全溶解，形成飽和溶液A；2)向溶液A中加入水合肼合鋅鹽絡合物，在室溫下攪拌10min，形成乳濁液B，有機鹼的物質的量是水合肼合鋅鹽絡合物的4～10倍；3)將盛有乳濁液B的坩鍋置入家用微波爐中，用高火檔微波輻照10min；4)再將坩鍋轉移到馬弗爐中600℃焙燒60min，自然冷卻至室溫，收集產品即得到本發明的紅色納米氧化鋅粉。
2.根據權利要求1所述的一種紅色氧化鋅納米粉的製備方法，其特徵在於所述的有 機鹼包含六次甲基四胺、尿素、乙二胺和乙醇胺等。
3.根據權利要求1所述的一種紅色氧化鋅納米粉的製備方法，其特徵在於所述的水 合胼合鋅鹽絡合物為預先合成的化合物，其製備所用的原料為可溶性的鋅鹽和85%的水合 胼，溶劑為去離子水，其中可溶性的鋅鹽包含硝酸鋅、氯化鋅、乙酸鋅和硫酸鋅等。
4.根據權利要求1所述的一種紅色氧化鋅納米粉的製備方法，其特徵在於所述的水 合胼合鋅鹽絡合物也可以用相當物質的量的可溶性的鋅鹽和85%的水合胼新制而得。
5.根據權利要求1所述的一種紅色氧化鋅納米粉的製備方法，其特徵在於所述的家 用微波爐即為市場上銷售的帶計時裝置的普通微波爐，微波輸出功率為650 900W。
全文摘要
本發明涉及無機納米材料的製備領域，具體地說是涉及一種紅色氧化鋅納米粉的製備方法。該方法的技術方案包括以水合肼合鋅鹽絡合物為鋅源，以有機鹼如六次甲基四胺等為鹼源，稱取一定量的有機鹼如六次甲基四胺加入到坩鍋中，加入適量的去離子水，攪拌，完全溶解成飽和溶液，向溶液中加入適量的水合肼合鋅鹽絡合物，在室溫下攪拌10min成乳濁液；將盛有乳濁液的坩鍋置入家用微波爐中，用高火檔微波輻照10min；再將坩鍋轉移到馬弗爐中600℃焙燒60min，自然冷卻至室溫，收集產品即得到本發明的紅色納米氧化鋅粉體。該方法工藝簡單、易操作、周期短、易於工業化；製得的產品純度高、粒徑小、分散性好；在可見光下呈紅色，顏色均一；對紫外光的吸收效率高、紫外屏蔽性好。
文檔編號C01G9/02GK101891239SQ20091011681
公開日2010年11月24日 申請日期2009年5月18日 優先權日2009年5月18日
發明者胡寒梅, 鄧崇海, 邵國泉 申請人:合肥學院