一种氧化锌纳米线及其制备方法技术

本发明专利技术涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种氧化锌纳米线及其制备方法。所述氧化锌纳米线由燃烧剂、喷射剂、锌源剂和添加剂经燃烧制成。本发明专利技术的制备方法不需特殊原料和设备、操作简单，对设备以及生产人员技术水平要求低，产量较大，适合批量制备。

Zinc oxide nanowires and their preparation methods

The invention relates to the technical field of nanomaterial preparation, in particular to a zinc oxide nanowire and a preparation method thereof. The zinc oxide nanowires are prepared by combustion of a burner, a spray agent, a zinc source agent and an additive. The preparation method of the invention does not need special raw materials and equipment, has simple operation, low technical requirements for equipment and production personnel, and has large output, and is suitable for batch preparation.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锌纳米线及其制备方法
本专利技术涉及纳米材料制备
，尤其涉及一种氧化锌纳米线及其制备方法。
技术介绍
纳米氧化锌(ZnO)是粒径介于1-100nm之间的一种多功能新型无机材料。由于晶粒的细微化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高分散性等特点，在催化、光学、磁学、力学等方面展现出许多特殊功能，使其在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药、纺织、涂料等许多领域有重要的应用价值，可作为紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等，具有普通氧化锌所不具备的优势。将氧化锌制成纳米线，会体现出优于块状或粉状材料的强度、韧度以及更低的导电性。氧化锌纳米线的现有制备方法有化学气相沉积法、电化学法、溶胶-凝胶法、溶液法、磁控溅射法等。但这些方法的实质都是原子扩散生长因而生产周期长、产率低是不可避免的，有些方法还需要特殊的原料或试剂、特定的生产环境、繁琐的制备工艺、或者复杂的生产设备以及具有高技术水平的生产人员，更不适宜大批量生产。
技术实现思路
针对现有的氧化锌纳米线需要特殊原料或试剂、制备工艺繁琐、生产设备复杂、对人员要求高的技术问题，本专利技术提供一种氧化锌纳米线。以及，本专利技术还提供一种氧化锌纳米线的制备方法。为达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下技术方案：一种氧化锌纳米线，所述氧化锌纳米线由燃烧剂、喷射剂、锌源剂和添加剂混合后经燃烧和自发喷射制成。燃烧剂、喷射剂、锌源剂和添加剂经燃烧后，可发生自蔓延高温合成反应，被置换出的锌与体系中过剩的氧在高温下结合生成气态的氧化锌，并在反应体系产生的气压下发生喷射而形成纳米级纤维。优选地，所述锌源剂为氧化锌(ZnO)。优选地，所述燃烧剂为铝粉(Al)，所述喷射剂为氧化亚铜(Cu2O)，所述添加剂为氧化亚锡(SnO)。氧化锌、铝粉、氧化亚铜和氧化亚锡经混合均匀并点燃后发生如下反应：3Cu2O+2Al＝6Cu+Al2O3，3SnO+2Al＝3Sn+Al2O3，3ZnO+2Al＝3Zn+Al2O3，并放出大量的热，使燃烧波自上而下自行蔓延，体系温度迅速上升，整个反应体系快速成为熔融液体状态。其中，Al2O3密度最小，始终位于反应熔池的最上层，由于其内与反应熔池相连，外与空气相邻，熔点又高，因而首先结晶；生成的金属铜和金属锡由于密度最大而迅速下沉，分布在反应熔液的最底层；另外，当反应体系温度超过2073K时，氧化亚铜(Cu2O)发生分解反应，生成金属铜和氧气；生成的氧气向外释放过程中使氧化铝结晶层出现许多通透的微孔，氧气与上述反应中置换出来的金属锌结合生成气态的氧化锌，并在内部气体的压力下通过氧化铝结晶层上的微孔喷射出来，最终形成纳米级的氧化锌纳米线。优选地，所述氧化锌、铝粉、氧化亚铜和氧化亚锡的摩尔比为16～19∶20∶10∶1～4。该摩尔比范围内可以使反应完全，生成较为纯净的氧化锌纳米线，超出该摩尔范围则会产生其他杂质，降低所得氧化锌纳米线的纯度。以及，本专利技术实施例还提供了一种氧化锌纳米线的制备方法，具体包括以下步骤：步骤a、将氧化亚铜、氧化锌、铝粉和氧化亚锡干燥至恒重，粉碎过筛；步骤b、按照16～19∶20∶10∶1～4的摩尔比分别依次称取氧化锌、铝粉、氧化亚铜和氧化亚锡，混合均匀；步骤c、点燃步骤b所得混合物，反应结束后自然冷却，即得。本专利技术的制备方法不需特殊原料或试剂、操作简单，对设备以及生产人员技术水平要求低，产量较大，适合生产规模的批量制备。经测试，由此方法制备得到的氧化锌纳米线直径为30～100nm，长度为0.1～4μm。具体地，上述步骤a中所述氧化锌、铝粉、氧化亚铜和氧化亚锡均过80目～150目筛，以使各物料之间接触面积更大，更易点燃且反应更充分、更快速。上述步骤c中采用钨丝点燃。钨丝熔点为1650℃，能够使混合物快速达到所需反应温度，且钨不会与各成分发生化学反应。附图说明图1本专利技术实施例所使用的反应室；图2本专利技术实施例1所得产品的XRD图谱；图3本专利技术实施例2所得产品的XRD图谱；图4本专利技术实施例3所得产品的XRD图谱；图5本专利技术实施例1所得产品的微观形貌；图6本专利技术实施例2所得产品的微观形貌；图7本专利技术实施例3所得产品的微观形貌；图8本专利技术实施例3所得产品的宏观形貌。附图说明：1透气罩盖；2反应室；3点火装置；4石墨坩埚。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1本实施例提供了一种氧化锌纳米线的制备方法，具体包括以下步骤：称取100℃下烘干2h且过100目筛的氧化锌28g、铝粉11.6g、氧化亚铜30.7g、氧化亚锡11.6g(氧化锌、铝粉、氧化亚铜和氧化亚锡的摩尔比为16∶20∶10∶4)，在混料机中均匀混合2h后，倒入图1所示反应室2中的石墨坩埚4内，并将其置于燃烧合成装置中，用钨丝点火，引发自蔓延高温合成反应，反应十秒内结束，自然冷却后，即可在反应室、石墨坩埚、透气罩盖中收集得到大量灰色氧化锌纳米线。实施例2本实施例提供了一种氧化锌纳米线的制备方法，具体包括以下步骤：称取100℃下烘干2h且过100目筛的氧化锌31.6g、铝粉11.6g、氧化亚铜30.7g、氧化亚锡5.8g(氧化锌、铝粉、氧化亚铜和氧化亚锡的摩尔比为18∶20∶10∶2)，在混料机中均匀混合2h后，倒入图1所示反应室2中的石墨坩埚4内，并将其置于燃烧合成装置中，用钨丝点火，引发自蔓延高温合成反应，反应十秒内结束，自然冷却后，即可在反应室、石墨坩埚、透气罩盖中收集得到大量灰色氧化锌纳米线。实施例3本实施例提供了一种氧化锌纳米线的制备方法，具体包括以下步骤：称取100℃下烘干2h且过80目筛的氧化锌33.2g、铝粉11.6g、氧化亚铜30.7g、氧化亚锡2.9g(氧化锌、铝粉、氧化亚铜和氧化亚锡的摩尔比为19∶20∶10∶1)，在混料机中均匀混合2h后，倒入图1所示反应室2中的石墨坩埚4内，并将其置于燃烧合成装置中，用钨丝点火，引发自蔓延高温合成反应，反应十秒内结束，自然冷却后，即可在反应室、石墨坩埚、透气罩盖中收集得到大量灰色氧化锌纳米线。结果检验对实施例所得氧化锌纳米线进行物相分析、微观形貌分析和微波吸收性能分析。1、物相(XRD)分析采用北京普析的XD6型多晶X射线衍射仪对实施例1～3所得产品进行物相分析，结果如图2～4所示，实施例1～3所得氧化锌纳米线的衍射峰均与标准氧化锌的衍射峰相同，表明实施例1～3所得产品均为单一的氧化锌。2、微观形貌(SEM)分析采用日本日立的SU-8010型场发射扫描电子显微镜对实施例1～3所得氧化锌纳米线进行的微观形貌结构的观察，结果如图5～7所示，实施例1～3制备方法得到的氧化锌均为纳米级线状产品。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化锌纳米线，其特征在于，所述氧化锌纳米线由燃烧剂、喷射剂、锌源剂和添加剂混合后经燃烧和自发喷射制成。

【技术特征摘要】
1.一种氧化锌纳米线，其特征在于，所述氧化锌纳米线由燃烧剂、喷射剂、锌源剂和添加剂混合后经燃烧和自发喷射制成。2.根据权利要求1所述氧化锌纳米线，其特征在于，所述锌源剂为氧化锌。3.根据权利要求2所述氧化锌纳米线，其特征在于，所述燃烧剂为铝粉，所述喷射剂为氧化亚铜，所述添加剂为氧化亚锡。4.根据权利要求3所述氧化锌纳米线，其特征在于，所述氧化锌、铝粉、氧化亚铜和氧化亚锡的摩尔比为16～19∶20∶10∶1～4。5.一种氧化锌纳米线的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐香珺，赵芳，李俊寿，张翼飞，李青，韩兰懿，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：河北,13