一种低温控制合成片状纳米氧化锌的方法 【技术领域】
本发明涉及一种无机功能材料的制备，特别涉及一种采用低温反相微乳液辅助水热法制备粒径可控的片状纳米氧化锌的方法。
背景技术
氧化锌(ZnO)是一种重要的宽禁带半导体材料，带宽可达3.37eV，有很大的激子束缚能(60meV)，具有优良的化学性质和热稳定性及良好的发光、光电转换等性能，使得其在众多领域有着广泛的潜在应用，例如可以用于发光材料、光电转换材料、涂料及日用化工材料，可以用来制造风光电极、变压器和多种光学装置。同时ZnO还是一种生物安全和生物相溶性良好的材料，可以用于生物医药的载体或生物传感器等。纳米材料由于具有量子尺寸和宏观量子隧道效应等而显示特殊的光、电、磁和催化性能，引起了人们极大的兴趣，其制备和性能的研究已经成为当前材料科学中十分活跃的领域，而材料的性能与粒子的大小和形貌密切相关。因此，在合成纳米ZnO粒子时，控制其形貌、大小及尺寸分布就显的十分重要。研究ZnO纳米材料的生长机理，并且调节控制其生长是制备未来功能性微纳米器件的基础。有关ZnO纳米材料的合成已有很多报道，包括物理溅射沉积法、化学气相沉积法、电化学合成法、热蒸发、金属有机气相外延(MOVPE)技术，激光法，微乳液法、溶剂热合成、水热合成与模板合成法等，合成出了ZnO的纳米线、纳米棒、纳米带、纳米管、纳米环、纳米弓、纳米花、纳米片等等。
Sui等[X.M.Sui，Y.C.Liu.Chemical Physics Letters.2006，424，340]采用微乳液法合成了六棱柱状的纳米ZnO；Zhang等[J.Zhang，L.D.Sun.New J.Chem.2002，26，33]采用微乳液辅助水热法合成了ZnO的纳米线；Guo等[L Guo，Y.L.Ji.J.AM.CHEM.SOC.2002，124，14864]利用微乳液途径合成了均匀的ZnO的纳米棒；Inoguchi等[M.Inoguchi，K.Suzuki.J.Am.Ceram.Soc.2008，91，3850]利用微乳液法合成了粒度小于10nm的ZnO纳米颗粒；Li等[X.C.Li，G.H.He.Journal ofColloid and Interface Science.2009，333，465]采用微乳液辅助水热法合成了纳米ZnO的针状、柱状及球状结构；Elkhidir等[A.Elkhidir，Y.W.Tang.J.Appl.Sci.2006，6，1298]采用水热途径合成了ZnO的纳米片。目前，未见通过简单的微乳液辅助水热法来合成ZnO纳米片状结构的文献报道。
【发明内容】
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种生产工艺简单、安全，产品颗粒形貌、大小可控，分散均匀，产品性能优良的片状氧化锌的制备方法，同时该方法是在低温下进行，反应条件相对温和，不需要用破乳剂直接离心分离即可。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种低温控制合成片状氧化锌纳米结构的方法，其特征在于该制备方法是选用原料非离子表面活性剂烷基聚氧乙烯(10)醚、环己烷、正辛醇、Zn(Ac)
2水溶液或NaOH水溶液形成微乳液，将组成微乳液的各组分混合后，制备成均匀透明的反相微乳液，再将含有NaOH的微乳液逐滴加入含有Zn(Ac)
2的微乳液中，Zn(Ac)
2和NaOH在限域空间内反应，后经辅助水热反应、离心分离、洗涤制得片状氧化锌纳米结构。
具体制备步骤如下：
1)、将原料烷基聚氧乙烯(10)醚、环己烷、正辛醇和Zn(Ac)
2水溶液置入50ml的烧杯中，选定烷基聚氧乙烯(10)醚表面活性剂与醇混合的质量百分含量，Zn(Ac)
2水溶液的物质的量与烷基聚氧乙烯(10)醚的物质的量的比值ω，Zn(Ac)
2水溶液的浓度，将上述各组分混合后，室温下于恒温磁力搅拌器上搅拌10分钟，配制成均匀的Zn(Ac)
2微乳液；
2)、将原料烷基聚氧乙烯(10)醚、环己烷、正辛醇和NaOH水溶液置入50ml的烧杯中，选定烷基聚氧乙烯(10)醚表面活性剂与醇混合的质量百分含量，NaOH水溶液的物质的量与烷基聚氧乙烯(10)醚的物质的量的比值ω，NaOH水溶液的浓度，将上述各组分混合后，室温下于恒温磁力搅拌器上搅拌10分钟，配制成均匀的NaOH微乳液；
3)、将Zn(Ac)
2微乳液置于恒温磁力搅拌器上，在室温下逐滴滴加NaOH微乳液，随着NaOH微乳液的加入，微乳液逐渐变成白色，滴加完毕后继续搅拌30分钟；
4)、将步骤3)得到的微乳液转移至25mL内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，设定温度和时间，进行水热辅助反应，反应结束后自然冷却至室温；
5)、将步骤4)得到的白色沉淀离心分离，再用丙酮、蒸馏水和无水乙醇进行洗涤，从而得到ZnO的片状纳米结构。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1、本发明中的片状氧化锌纳米结构形成于微乳液水核中，通过对形成微乳液的参数进行调整，进而控制微乳液水核的粒径和结构，得到所希望形貌的氧化锌纳米结构。
2、本发明在低温下进行，条件相对温和、易控，能量消耗小，成本低。
3、本发明可广泛应用于其他片状无机功能材料的制备。
【附图说明】
图1为本发明实施例1制备的片状氧化锌的SEM图；
图2为本发明实施例2制备的片状氧化锌的SEM图；
图3为本发明实施例3制备的片状氧化锌的SEM图；
图4为本发明实施例4制备的片状氧化锌的SEM图；
图5为本发明实施例5制备的片状氧化锌的SEM图；
图6为本发明方法制得的片状氧化锌的X射线衍射图(XRD)。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，实施例的描述仅为便于理解本发明，而非对本发明保护的限制。
实施例1
制备包含0.1mol/L Zn
2+的Zn(Ac)
2微乳液，其中表面活性剂(烷基聚氧乙烯(10)醚)的物质的量浓度为0.25mol/L，水与表面活性剂的摩尔比ω为10，其余为油相含量；制备包含0.6mol/L OH
-的NaOH微乳液，其中表面活性剂(烷基聚氧乙烯(10)醚)的物质的量浓度为0.25mol/L，水与表面活性剂的摩尔比ω为10，其余为油相含量。在室温搅拌条件下，将NaOH微乳液逐滴加入到Zn(Ac)
2微乳液中，滴加完毕后持续搅拌30分钟，然后将其转移至25mL聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中进行水热辅助，设定温度120℃、时间12h，反应结束后自然冷却至室温。得到的白色沉淀离心分离，再用丙酮、蒸馏水和无水乙醇多次洗涤以除去多余的表面活性剂和水相，从而得到片状纳米ZnO，如图1。
实施例2
制备包含0.1mol/L Zn
2+的Zn(Ac)
2微乳液，其中表面活性剂(烷基聚氧乙烯(10)醚)的物质的量浓度为0.25mol/L，水与表面活性剂的摩尔比ω为10，其余为油相含量；制备包含0.8mol/L OH
-的NaOH微乳液，其中表面活性剂(烷基聚氧乙烯(10)醚)的物质的量浓度为0.25mol/L，水与表面活性剂的摩尔比ω为10，其余为油相含量。在室温搅拌条件下，将NaOH微乳液逐滴加入到Zn(Ac)
2微乳液中，滴加完毕后持续搅拌30分钟，然后将其转移至25mL聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中进行水热辅助，设定温度120℃、时间12h，反应结束后自然冷却至室温。得到的白色沉淀离心分离，再用丙酮、蒸馏水和无水乙醇多次洗涤以除去多余的表面活性剂和水相，从而得到片状纳米ZnO，如图2。
实施例3
制备包含0.1mol/L Zn
2+的Zn(Ac)
2微乳液，其中表面活性剂(烷基聚氧乙烯(10)醚)的物质的量浓度为0.25mol/L，水与表面活性剂的摩尔比ω为10，其余为油相含量；制备包含1.0mol/L OH
-的NaOH微乳液，其中表面活性剂(烷基聚氧乙烯(10)醚)的物质的量浓度为0.25mol/L，水与表面活性剂的摩尔比ω为10，其余为油相含量。在室温搅拌条件下，将NaOH微乳液逐滴加入到Zn(Ac)
2微乳液中，滴加完毕后持续搅拌30分钟，然后将其转移至25mL聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中进行水热辅助，设定温度120℃、时间12h，反应结束后自然冷却至室温。得到的白色沉淀离心分离，再用丙酮、蒸馏水和无水乙醇多次洗涤以除去多余的表面活性剂和水相，从而得到片状纳米ZnO，如图3。
实施例4
制备包含0.1mol/L Zn
2+的Zn(Ac)
2微乳液，其中表面活性剂(烷基聚氧乙烯(10)醚)的物质的量浓度为0.25mol/L，水与表面活性剂的摩尔比ω为20，其余为油相含量；制备包含0.6mol/L OH
-的NaOH微乳液，其中表面活性剂(烷基聚氧乙烯(10)醚)的物质的量浓度为0.25mol/L，水与表面活性剂的摩尔比ω为20，其余为油相含量。在室温搅拌条件下，将NaOH微乳液逐滴加入到Zn(Ac)
2微乳液中，滴加完毕后持续搅拌30分钟，然后将其转移至25mL聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中进行水热辅助，设定温度120℃、时间12h，反应结束后自然冷却至室温。得到的白色沉淀离心分离，再用丙酮、二次蒸馏水和无水乙醇多次洗涤以除去多余的表面活性剂和水相，从而得到片状纳米ZnO，如图4。
实施例5
制备包含0.1mol/L Zn
2+的Zn(Ac)
2微乳液，其中表面活性剂(烷基聚氧乙烯(10)醚)的物质的量浓度为0.25mol/L，水与表面活性剂的摩尔比ω为30，其余为油相含量；制备包含0.6mol/L OH
-的NaOH微乳液，其中表面活性剂(烷基聚氧乙烯(10)醚)的物质的量浓度为0.25mol/L，水与表面活性剂的摩尔比ω为30，其余为油相含量。在室温搅拌条件下，将NaOH微乳液逐滴加入到Zn(Ac)
2微乳液中，滴加完毕后持续搅拌30分钟，然后将其转移至25mL聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中进行水热辅助，设定温度120℃、时间12h，反应结束后自然冷却至室温。得到的白色沉淀离心分离，再用丙酮、蒸馏水和无水乙醇多次洗涤以除去多余的表面活性剂和水相，从而得到片状纳米ZnO，如图5。