一种注入法合成氧化镍纳米晶的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种注入法合成氧化镍纳米晶的方法，包括如下步骤：(1)制备包括镍金属有机化合物和保护配体的前驱体溶液，在惰性气体保护下将前驱体溶液加热至100℃～350℃并保温；(2)烷醇与溶剂混合，得到烷醇溶液，在惰性气体保护下将烷醇溶液加热至100℃～500℃并保温；(3)将步骤(1)得到的前驱体溶液注入步骤(2)得到的烷醇溶液中并控制注入后的混合溶液温度在200℃～400℃并保温，醇解反应得到氧化镍纳米晶溶液；(4)将步骤(3)得到的氧化镍纳米晶溶液进行萃取和离心，得到氧化镍纳米晶粒。通过本发明专利技术制备得到的氧化镍纳米晶尺寸小、分布均匀，制备方法简单，成本低，重复性好，具有良好的工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种注入法合成氧化镍纳米晶的方法及其应用
本专利技术涉及溶胶纳米晶体的合成领域，特别涉及一种注入法合成氧化镍纳米晶的方法及其应用。
技术介绍
氧化镍作为本征p型半导体材料，其禁带宽度为3.6-4.0eV，具有较高功函数，较好的化学稳定性，优良的光学、电学和磁学性能，是理想的透明导电材料，在透明电极、平板显示器及太阳电池等领域有广泛的应用前景。溶液法合成的氧化镍纳米晶体单分散性好、尺寸和形貌可控，通过掺杂可以提高其导电性能。溶液法合成的氧化镍纳米晶溶解在有机溶剂中，再经简单的旋涂即可获得不同厚度的氧化镍薄膜。有望在透明导电电极、平板显示器、太阳能电池等领域取得应用。但是氧化镍纳米晶在高温合成过程中易还原；而且，氧化镍纳米晶尺寸大小及分布也会影响其成膜性能，从而限制其应用。J.Park等人采用溶液法，以乙酰丙酮镍为原料，加入过量油胺作为配体，以三苯基膦为抑制剂，在215℃条件下先获得镍纳米晶，再将镍纳米晶暴露在空气中氧化成氧化镍纳米晶(MonodisperseNanoparticlesofNiandNiOSynthesis,Characterization,Self-AssembledSuperlattices,andCatalyticApplicationsintheSuzukiCouplingReaction；J.Park,E.Kang,S.U.Son,H.M.Park,M.K.Lee,J.Kim,K.W.Kim,H.J.Noh,J.H.Park,C.J.Bae；AdvancedMaterials,17(2005)429-434)。但是这种方法不能将镍纳米晶完全氧化成氧化镍纳米晶，且得到的纳米晶尺寸不均匀，性能较差。金一政小组采用一锅法，以硬脂酸镍和十八醇为主要反应原料，合成了不定形态的氧化镍纳米晶体，主要研究了硬脂酸锂对氧化镍纳米晶体的保护机理(SynthesisofUnstableColloidalInorganicNanocrystalsthroughtheIntroductionofaProtectingLigand；XiaoyongLiang,QingYi,SaiBai,XingliangDai,XinWang,ZhizhenYe,FengGao,FengZhang,BaoquanSun,YizhengJin；NanoLett.14(2014)3117-3123)。但该方法获得的氧化镍形貌不规则，尺寸分布不均匀，导电性较差。
技术实现思路
本专利技术提供一种注入法合成氧化镍纳米晶的方法，得到的氧化镍纳米晶体尺寸小，且分布均匀，制成薄膜后透光率高，可应用在透明导电电极、平板显示器等领域。一种注入法合成氧化镍纳米晶的方法，包括如下步骤：(1)制备包括镍金属有机化合物和保护配体的前驱体溶液，在惰性气体保护下将前驱体溶液加热至100℃～350℃并保温；(2)烷醇与溶剂混合，得到烷醇溶液，在惰性气体保护下将烷醇溶液加热至100℃～500℃并保温；所述的烷醇为C8～C22烷醇；(3)将步骤(1)得到的前驱体溶液注入步骤(2)得到的烷醇溶液中或者将步骤(2)得到的烷醇溶液注入步骤(1)得到的前驱体溶液中，并控制注入后的混合溶液温度在200℃～400℃并保温，醇解反应得到氧化镍纳米晶溶液；(4)将步骤(3)得到的氧化镍纳米晶溶液进行萃取和离心，得到氧化镍纳米晶粒。使前驱体溶液在反应前能充分的混合均匀，并在醇解反应前预先加热至发生醇解反应温度范围，具备足够的能量，在注入反应溶剂瞬间，反应体系中的单体(镍金属有机化合物)含量过饱和，发生大量均相形核，释放能量，减小纳米晶颗粒的生长速率，进而得到尺寸更小更均匀的氧化镍纳米晶体。当注入的溶液体积不大于10ml时，需要在5秒以内完成注入，如果溶液体积较大，可以适当延长注入时间。本专利技术采用热注入法合成氧化镍纳米晶粒，只要进行简单的旋涂得到致密均匀的薄膜。由于热注入法可以实现前驱体与烷醇的独立加热和保温，预先加热的温度是指将前驱体与烷醇预先加热至实际的醇解反应温度或是接近实际醇解反应温度。预先加热再通过注入法进行混合反应，便于更好的控制其反应过程，且在注入瞬间大量形核，延缓了纳米晶体的生长速率，可以得到尺寸更小、分布更均匀的氧化镍纳米晶粒。本专利技术中的镍金属有机化合物可以采用硬脂酸镍、乙酰丙酮镍、醋酸镍等；烷醇可以采用十八醇，癸醇等；优选的，所述镍金属有机化合物采用硬脂酸镍。上述镍金属有机化合物和烷醇发生醇解反应，之间的摩尔比为0.1～1。为了获得纯度高的氧化镍纳米晶体颗粒，并且保证前驱体溶液可以反应完全，优选的，步骤(2)中，所述烷醇为1-十八醇，选用具备弱还原性的1-十八醇，并且溶液中1-十八醇与硬脂酸镍的摩尔比在一定范围使得硬脂酸镍在其后的反应中完全醇解反应，优选的，所述硬脂酸镍与1-十八醇的摩尔比为0.1～0.8。优选的，步骤(1)中，所述保护配体采用硬脂酸锂，有效保护步骤(3)反应生成的氧化镍纳米晶粒不被还原。保护配体还可以采用硬脂酸钠等比硬脂酸镍反应活性低且不与十八醇反应的硬脂酸盐。优选的，硬脂酸锂与硬脂酸镍的摩尔比为0.2～2。本专利技术制备的氧化镍纳米晶的尺寸大小及分布范围受氧化镍纳米晶体的形核量与生长速率的影响，为了得到尺寸更小且分布更均匀的氧化镍纳米晶体，需要增大形核率，且降低生长速率，而热注入法可以更好的实现这一目的；优选的，步骤(3)中将前驱体溶液注入到烷醇溶液中。为了得到大小合适的氧化镍纳米晶体；优选的，步骤(1)中的前驱体溶液的加热温度低于步骤(2)中的烷醇溶液和步骤(3)中的混合溶液的加热温度；在前驱体溶液加入到烷醇溶液中的瞬间，混合溶液相对烷醇溶液温度下降，产生大量形核，随着单体(镍金属有机化合物)浓度的降低，反应体系中的单体(镍金属有机化合物)含量过饱和现象消失，均相形核终止，随着反应温度的回升，已形核的氧化镍晶核开始长大，从而可以通过控制温差来控制纳米晶的大小。本专利技术制备的氧化镍纳米晶，其反应机理是硬脂酸镍与1-十八醇进行醇解反应，这一反应的发生需要一定的温度条件，即发生醇解反应的温度，温度太低反应无法进行；优选的，步骤(3)中加热温度为230～350℃。优选的，步骤(1)中的前驱体溶液加热温度到180～340℃；优选的，步骤(2)中的烷醇溶液加热温度到200～350℃。为了提高得到的氧化镍纳米晶质量，优选的，步骤(1)中加热温度到200～250℃，步骤(2)中的加热温度到250～300℃，步骤(3)中加热温度到250～300℃。进一步优选的，步骤(1)中加热温度到210～230℃，步骤(2)中的加热温度到270～290℃，步骤(3)中加热温度到270～290℃。本专利技术还提供了通过上述制备方法得到的氧化镍纳米晶，得到氧化镍纳米晶，晶体尺寸小，分布均匀，制成薄膜后透光率高达85％以上。本专利技术还提供了一种氧化镍纳米晶薄膜，通过将上述制备得到的氧化镍纳米晶进行旋涂得到。制备得到的氧化镍纳米晶薄膜为透明导电氧化物薄膜。得到的氧化镍纳米晶薄膜表面致密且较为均匀的氧化镍薄膜，随旋涂次数的提高薄膜厚度增加，表面致密度提高，粗糙度稍有增加。优选的，进行旋涂的氧化镍纳米晶溶液的浓度为15～25mg/ml，旋涂次数为2～10次，制备得到的氧化镍纳米晶薄膜表面均本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种注入法合成氧化镍纳米晶的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备包括镍金属有机化合物和保护配体的前驱体溶液，在惰性气体保护下将前驱体溶液加热至100℃～350℃并保温；(2)烷醇与溶剂混合，得到烷醇溶液，在惰性气体保护下将烷醇溶液加热至100℃～500℃并保温；所述的烷醇为C8～C22烷醇；(3)将步骤(1)得到的前驱体溶液注入步骤(2)得到的烷醇溶液中或者将步骤(2)得到的烷醇溶液注入步骤(1)得到的前驱体溶液中，并控制注入后的混合溶液温度在200℃～400℃并保温，醇解反应得到氧化镍纳米晶溶液；(4)将步骤(3)得到的氧化镍纳米晶溶液进行萃取和离心，得到氧化镍纳米晶粒。

【技术特征摘要】
1.一种注入法合成氧化镍纳米晶的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备包括镍金属有机化合物和保护配体的前驱体溶液，在惰性气体保护下将前驱体溶液加热至100℃～350℃并保温；(2)烷醇与溶剂混合，得到烷醇溶液，在惰性气体保护下将烷醇溶液加热至100℃～500℃并保温；所述的烷醇为C8～C22烷醇；(3)将步骤(1)得到的前驱体溶液注入步骤(2)得到的烷醇溶液中或者将步骤(2)得到的烷醇溶液注入步骤(1)得到的前驱体溶液中，并控制注入后的混合溶液温度在200℃～400℃并保温，醇解反应得到氧化镍纳米晶溶液；步骤(1)中的前驱体溶液的加热温度低于步骤(2)中的烷醇溶液和步骤(3)中的混合溶液的加热温度；(4)将步骤(3)得到的氧化镍纳米晶溶液进行萃取和离心，得到氧化镍纳米晶粒。2.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东升，刘丹，杨德仁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33