专利摘要

一种简易的制备线形氧化锌晶须的方法，属于无机晶体材料制备工艺。其以锌粉为原料，用0.1～1‰的过氧化氢的去离子水溶液调至糊状，在研钵中研磨10～30分钟，室温下放置48小时以上，将其干燥，即陈化处理锌粉；将陈化的锌粉置于陶瓷钵中，放入高温炉中，快速升温到1000～1100℃，同时通入高纯氮气0.3m³/h和压缩空气0.01m³/h，保温1～1.5小时；取出自然冷却到室温，制得线形ZnO晶须。本发明所用制备装置和制备工艺方法简单，生产效率高；产品质量好、制备成本低，可工业化生产。其可用作高分子材料、无机材料及铝和镁等金属合金的功能增强材料，也可用于传感器及气敏元件、发光材料及压电材料等。

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机晶体材料制备工艺，特别是涉及一种简易的制备线形氧化锌(ZnO)晶须的方法。

背景技术

ZnO晶须具有优异的高强及高模量性、半导体性、压电性、吸波性、高比重性、杀菌性及触变性等特点，可广泛用于高分子、无机和金属、合金等材料的增强，也可用于催化剂载体、传感器及气敏元件、发光材料、压电材料、过滤材料等。ZnO晶须有多种形态，包括：四脚状、多脚、棒状、线状、空心管、带状、羽毛状、阵列状等；线形/性的ZnO晶须(也称为纤维状)，按其直径尺寸又分为纳米和微米级的。纳米线形/性ZnO晶须有很多报道，如：CN1252311C、CN100372776C及CN101319372A等所表述的纳米线形/性ZnO晶须的直径均在100nm以内。另一方面，因众所周知的理由，晶须是单晶体，晶体结构完整、内部缺陷极少，相对大尺寸的很难得到，微米级线形/性ZnO晶须制备的相关文献很少。戴英等人研究了用氧化铝管或坩埚为反应容器，并在其底部放置硅基板(衬底)，制备线形ZnO晶须，其直径60～250nm、长度几微米(一维晶须的制备与生长机理.湖北化工，2003，4：8-9)。中国发明专利CN1312324C公开了用氧化锌粉末为原料，石墨舟为反应容器，并用硅、氧化铝等为衬底，所制备的纤维状晶须长度可达厘米数量级，长宽比高达1000∶1。但其所述方法均需反应衬底，且所用反应容器是尺寸较小的坩埚或舟等，较难实现大规模工业生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简易的以锌粉为原料制备线形ZnO晶须的方法，所制备的ZnO晶须为高纯，形态均匀，直径为0.6～0.7μm，平均长度为65μm，长径比约为100，产率95％以上。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种简易的制备线形氧化锌晶须的方法，将陈化的锌粉置于清洁的陶瓷钵中，放入高温炉中，快速升温到1000～1100℃，同时通入氮气和空气的混合气，保温1～1.5小时；取出自然冷却到室温，制得线形ZnO晶须。

所述的一种简易的制备线形氧化锌晶须的方法，其陈化锌粉，以锌粉纯度大于98％即可为原料，用0.1～1‰的过氧化氢的去离子水溶液调至糊状，在研钵中研磨10-30分钟，室温下摊放48小时以上，将其干燥而得。

所述的一种简易的制备线形氧化锌晶须的方法，其清洁的陶瓷钵，陶瓷钵预先进行过热处理和清洗，即将陶瓷钵在高温炉中，按如下程序升温热处理：500℃/30分钟、800℃/30分钟、1100℃/30分钟，然后在炉中自然降温到室温；热处理过的陶瓷钵用去离子水于超声波清洁器中清洗，再在干燥箱中烘干，待用。

所述的一种简易的制备线形氧化锌晶须的方法，其氮与空气的混合气，高纯氮气0.3m³/h和压缩空气0.01m³/h。

所述的一种简易的制备线形氧化锌晶须的方法，其线形ZnO晶须，产物为高纯，形态均匀，直径为0.6～0.7μm，平均长度为65μm，长径比约为100，产率95％以上。

本发明的优点与效果是：

直接用锌粉为原料，X光衍射谱(XRD)和电子能谱(EDS)证实该晶须具有六方晶系纤锌矿晶体结构，且为高纯的ZnO晶须，扫描电镜(SEM)证实所制备的ZnO晶须全部是线形，且形态均匀，且产率高；

所用制备装置(普通陶瓷钵和高温炉)及高温焙烧工艺方法简单、稳定、重复性好，生产效率高；产品质量稳定、品质好，制备成本低，可工业化生产。

本发明的线形ZnO晶须具有优异的高强及高模量性、半导体性、压电性、吸波性、高比重性、杀菌性及触变性等特点，可广泛用于高分子、无机和金属、合金等材料的增强，也可用于催化剂载体、传感器及气敏元件、发光材料、压电材料、过滤材料等。

附图说明

图1为线状ZnO晶须SEM(线簇)；

图2为线状ZnO晶须SEM(单根)；

图3为线状ZnO晶须的XRD图谱；

图4为线状ZnO的EDS谱图。

注：本发明的附图为形态效果示意图(照片)，图中的文字或数字不清晰并不影响对本发明技术方案的理解。

具体实施方式

(1)锌粉陈化：将锌粉用过氧化氢的去离子水溶液调至糊状，在研钵中研磨10-30分钟，室温下摊放48小时以上，再将其干燥；

(2)陶瓷钵预热处理：将陶瓷钵置于高温炉中，按如下程序升温热处理：500℃/30分钟、800℃/30分钟、1100℃/30分钟，然后在炉中自然降温到室温；

(3)陶瓷钵清洁：热处理过的陶瓷钵用去离子水于超声波清洁器中清洗10分钟后，于干燥箱中烘干；

(4)高温焙烧：将陈化的锌粉置于清洁的陶瓷钵中，然后放入高温炉中，快速升温到1000～1100℃，同时通入高纯氮气0.3m³/h和压缩空气0.01m³/h，保温1～1.5小时；取出自然冷却到室温，制得线形ZnO晶须。

实施例1

市售纯度98％锌粉用0.1‰过氧化氢的去离子水溶液调至糊状，在研钵中研磨30分钟，室温下摊放48小时，再将其干燥；将陶瓷钵置于高温炉中，按如下程序升温热处理：500℃/30分钟、800℃/30分钟、1100℃/30分钟，然后在炉中自然降温到室温；热处理过的陶瓷钵用去离子水于超声波清洁器中清洗10分钟后，于干燥箱中烘干；将陈化的锌粉置于清洁的陶瓷钵中，放入高温炉中，快速升温到1100℃，同时通入高纯氮气0.3m³/h和压缩空气0.01m³/h，保温1.5小时；取出自然冷却到室温，所制备的ZnO晶须形态均匀、尺寸稳定，全部是线形。

实施例2

改用纯度99.99％锌粉用1‰过氧化氢的去离子水溶液调至糊状，在研钵中仅研磨10分钟，其他陈化条件及陶瓷钵预处理同实施例1；高温焙烧温度1000℃，保温1小时，其他工艺条件同实施例1，产品同实施例1无区别。

实施例3

改用纯度99.5％锌粉用0.5‰过氧化氢的去离子水溶液调至糊状，在研钵中仅研磨20分钟，清洗20分钟，其他陈化条件及陶瓷钵预处理同实施例1；高温焙烧温度1050℃，保温1小时，其他工艺条件同实施例1，产品同实施例1无区别。

比较例1

按实施例1步骤实施，但所用锌粉纯度为97％，所制得产品除线形ZnO晶须尺寸不均匀外，还有部分片晶及多脚晶须，线形晶须产率约为70％。

比较例2

按实施例1步骤实施，但锌粉仅用去离子水陈化，所制得产品是各种形态晶须和片晶的混合物。比较例3

按实施例1步骤实施，但陶瓷钵未做热处理，经高温焙烧后，陶瓷钵炸裂，线形晶须散落在高温炉中，尺寸均匀性变差。

比较例3

按实施例1步骤实施，但改变高纯氮气和压缩空气用量比，所制得产品的线形晶须量减少，并有部分其他形态的晶须和片晶。

一种简易的制备线形氧化锌晶须的方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。