一種分子層沉積制備負載型ZnO納米顆粒的方法是將載體與乙醇混合分散成均勻懸浮液，涂覆在玻璃片表面，向MLD反應(yīng)腔體中先通入異氰酸酯脈沖，再通入鋅前驅(qū)體使之在載體依次表面發(fā)生單分子層反應(yīng)，得到的表面沉積了含鋅有機無機復(fù)合膜的基底材料在空氣、氧氣、氫氣或惰性氣氛中于250-900℃下處理1-2h，除去含鋅有機-無機復(fù)合膜中的有機部分，即可得到基底材料表面沉積氧化鋅納米顆粒的復(fù)合材料。本發(fā)明專利技術(shù)具有制備尺度可控、分散均一的優(yōu)點。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于。
技術(shù)介紹
納米氧化鋅(1-100納米)是一種新型的高功能精細無機材料，其晶粒的細微化導(dǎo)致表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)的變化，從而產(chǎn)生宏觀氧化鋅所不具有的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀隧道效應(yīng)、高透明度和高分散性等特點，在短波光電器、變阻器、氣體傳感器、太陽能電池、生物材料、催化、紡織和醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景而備受關(guān)注。納米氧化鋅的制備方法有多種，如氣相沉積法、氧化法、模板法、例如CN101498051A公開了一種電化學(xué)陽極氧化法制備氧化鋅納米陣列。中國專利CN 103058264A和CN 103966662A公開了利用化學(xué)氣相沉積法誘導(dǎo)涂有晶種的硅片上生長ZnO納米陣列。專利CN 103351021A公開了一種水熱氧化法制備納米氧化鋅的方法，顆粒尺度大于50納米。專利CN 103739003A以甲磺酸型表面活性劑形成的膠束為模板，回流法制備了啞鈴狀的氧化鋅納米顆粒。專利CN 103641153A則利用丁胺水熱法合成了表面粗糙球狀的氧化鋅納米顆粒。以上方法雖然都可以制備出納米氧化鋅，但工序繁多、制備成本高且易造成污染，而且無法制備出在各種基體表面均勻分布的納米氧化鋅。因此，發(fā)展表面可控制備納米氧化鋅的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本專利技術(shù)的目的是利用分子層沉積(MolecularLayer Deposit1n，MLD)制備尺度可控、分散均一的負載型ZnO納米顆粒的方法。分子層沉積是一種分子級別控制制備聚合物或無機-有機聚合物薄膜技術(shù)。利用分子層沉積在基體表面均勻沉積上保形的薄膜，有機部分不同的薄膜經(jīng)低溫?zé)崽幚砗罂煽孬@得尺度不同的氧化鋅納米顆粒。本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案，其特征在于包括如下步驟: (1)將載體與乙醇混合分散成均勻懸浮液，樣品的濃度控制在0.01-1.0g/ml，涂覆在玻璃片表面，蒸干后放置到分子層沉積真空反應(yīng)腔體中，腔體的溫度控制在30-200°C，優(yōu)化為60-150°C，腔體壓力為10-200Pa，按載氣與真空反應(yīng)腔體的體積比為Ι/5-l/lOmin 1給腔體通入載氣，沉積過程中載氣流量固定； (2)向MLD反應(yīng)腔體中脈沖反應(yīng)物使之在載體依次表面發(fā)生單分子層反應(yīng) (a)向沉積室脈沖通入異氰酸酯，脈沖時間0.1-5秒，憋氣反應(yīng)1-40秒，異氰酸酯吸附在載體表面，然后真空下吹掃10-120秒； (b)脈沖通入鋅前驅(qū)體發(fā)生插入表面半反應(yīng)，脈沖時間0.01-1秒，憋氣反應(yīng)1-30秒，之后真空下吹掃10-120秒除去表面物理吸附原料； (c)脈沖通入異氰酸酯與表面鋅物種發(fā)生表面反應(yīng)，脈沖時間0.1-5秒，憋氣反應(yīng)1-40秒，異氰酸酯吸附在載體表面，真空下吹掃10-200秒除去表面物理吸附原料； (d)脈沖通入多元胺和表面異氰酸根生成脲，脈沖時間0.01-2秒，然后憋氣反應(yīng)1-30秒，真空下吹掃10-120秒除去表面物理吸附原料； (e)重復(fù)c-d步驟調(diào)節(jié)脲單元長度； (f)重復(fù)步驟a-e步驟控制無機有機雜化膜厚度，雜化膜沉積在載體表面； (3)將步驟(2)得到的表面沉積了含鋅有機無機復(fù)合膜的基底材料在空氣、氧氣、氫氣或惰性氣氛中在250-900°C下處理1-2 h，除去含鋅有機-無機復(fù)合膜中的有機部分，即可得到基底材料表面沉積氧化鋅納米顆粒的復(fù)合材料。上述步驟(I)中所述的基體材料為娃片、碳納米管、碳纖維、石墨稀、SBA-15、γ-氧化鋁，氧化銅、金屬或二氧化鈦等表面有羥基、缺陷或者強物理吸附位點的各種材料。上述步驟(I)中惰性氣體為氮氣、氬氣或氦氣。上述步驟(2)中所述的鋅前驅(qū)體為二乙基鋅、正丙基鋅、異丙基鋅、正丁基鋅、異丁基鋅或芐基鋅等。上述步驟(2)中多元胺為乙二胺、C2-C10芳香族或脂肪族多元胺； 上述步驟(2)中異氰酸酯為二異氰酸酯或C4-C12多元異氰酸酯。上述步驟(2)中(C)和(d)步驟重復(fù)次數(shù)為1-20次，(b)-(f)沉積循環(huán)重復(fù)次數(shù)為 10-1000 次。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本專利技術(shù)的優(yōu)點在于:提供了一種制備負載型納米氧化鋅的分子層沉積方法，過程簡單易控制，所得氧化鋅尺度小且分布均一，還能夠獲得部分摻氮氧化鋅納米顆粒，通過調(diào)整有機部分長度可以控制氧化鋅的顆粒尺度和分散情況，可廣泛用于光催化、傳感、微電子和光學(xué)等多個領(lǐng)域。【附圖說明】圖1是實施例1中表面分子層沉積Zn-聚脲雜化膜的示意圖； 圖2是實施例1通過均勻沉淀法所得CNTs (碳納米管為載體)包覆Zn-聚脲雜化膜后的透射電子顯微鏡圖； 圖3是實施例1 Zn-聚脲雜化膜包覆CNTs經(jīng)過熱處理后所得ZnO/CNTs的透射電子顯微鏡圖。圖4是實施例3Zn_聚脲雜化膜包覆S12S過熱處理后紫外可見吸光性能圖。【具體實施方式】實施例1: (I)將碳納米管與乙醇混合分散成均勻懸浮液，樣品的濃度為0.08g/ml，涂覆在玻璃片表面，蒸干后放置到分子層沉積真空反應(yīng)腔體中，腔體的溫度為100°C，腔體壓力為50Pa，按載氣與真空反應(yīng)腔體的體積比為1/8 min \沉積過程中載氣流量固定。(2)向MLD反應(yīng)腔體中脈沖反應(yīng)物使之在樣品依次表面發(fā)生單分子層反應(yīng)。(a)向沉積室脈沖通入對苯二異氰酸酯，原料脈沖時間I秒，憋氣反應(yīng)15秒，多元異氰酸酯吸附在載體表面，然后真空下吹掃30秒； (b)然后脈沖通入乙基鋅發(fā)生插入表面半反應(yīng)，脈沖時間0.05秒，然后憋氣反應(yīng)15秒，真空下吹掃30秒除去表面物理吸附原料； (c)然后脈沖通入對苯二異氰酸酯與表面鋅物種發(fā)生表面反應(yīng)，脈沖時間I秒，憋氣反應(yīng)15秒，真空下吹掃30秒除去表面物理吸附原料； (d)然后脈沖通入乙二胺與表面異氰酸根生成脲，脈沖時間0.05秒，然后憋氣反應(yīng)10秒，真空下吹掃30秒除去表面物理吸附原料； (e)重復(fù)步驟a-e步驟80循環(huán)雜化膜沉積在碳管表面(圖2)。(3)將步驟(2)得到的表面沉積了含鋅有機無機復(fù)合膜的基底材料在空氣氣氛中于300°C爐處理2h，除去含鋅有機-無機復(fù)合膜中的有機部分，即可得到基底材料表面沉積氧化鋅納米顆粒的復(fù)合材料。透射電鏡測試納米氧化鋅顆粒尺度為5nm，含量為7wt%。實施例2: (I)將石墨烯與乙醇混合分散成均勻懸浮液，樣品的濃度為0.lg/ml，涂覆在玻璃片表面，蒸干后放置到分子層沉積真空反應(yīng)腔體中，腔體的溫度為80°C，腔體壓力為60Pa，按載氣與真空反應(yīng)腔體的體積比為1/10 min \沉積過程中載氣流量固定。(2)向MLD反應(yīng)腔體中脈沖反應(yīng)物使之在樣品依次表面發(fā)生單分子層反應(yīng)。(a)向沉積室通入甲苯二異氰酸酯，脈沖時間2秒，憋氣反應(yīng)20秒，多元異氰酸酯吸附在載體表面，然后真空下吹掃35秒； (b)然后脈沖通入甲基鋅發(fā)生插入表面半反應(yīng)，脈沖時間0.05秒，然后憋氣反應(yīng)15秒，真空下吹掃30秒除去表面物理吸附原料； (c)然后脈沖通入甲苯二異氰酸酯與表面鋅物種發(fā)生表面反應(yīng)，脈沖時間2秒，憋氣反應(yīng)20秒，真空下吹掃35秒除去表面物理吸附原料當(dāng)前第1頁1 2 本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種分子層沉積制備負載型ZnO納米顆粒的方法，其特征在于包括如下步驟：（1）將載體與乙醇混合分散成均勻懸浮液，樣品的濃度控制在0.01?1.0g/ml，涂覆在玻璃片表面，蒸干后放置到分子層沉積真空反應(yīng)腔體中，腔體的溫度控制在30?200℃，優(yōu)化為60?150℃，腔體壓力為10?200Pa，按載氣與真空反應(yīng)腔體的體積比為1/5?1/10min?1給腔體通入載氣，沉積過程中載氣流量固定；（2）向MLD反應(yīng)腔體中脈沖反應(yīng)物使之在載體依次表面發(fā)生單分子層反應(yīng)(a)?向沉積室脈沖通入異氰酸酯，脈沖時間0.1?5?秒，憋氣反應(yīng)1?40秒，異氰酸酯吸附在載體表面，然后真空下吹掃10?120秒；(b)?脈沖通入鋅前驅(qū)體發(fā)生插入表面半反應(yīng)，脈沖時間0.01?1秒，憋氣反應(yīng)1?30秒，之后真空下吹掃10?120秒除去表面物理吸附原料；(c)?脈沖通入異氰酸酯與表面鋅物種發(fā)生表面反應(yīng)，脈沖時間0.1?5秒，憋氣反應(yīng)1?40秒，異氰酸酯吸附在載體表面，真空下吹掃10?200秒除去表面物理吸附原料；(d)?脈沖通入多元胺和表面異氰酸根生成脲，脈沖時間0.01?2秒，然后憋氣反應(yīng)1?30秒，真空下吹掃10?120?秒除去表面物理吸附原料；(e)?重復(fù)c?d步驟調(diào)節(jié)脲單元長度；(f)?重復(fù)步驟a?e步驟控制無機有機雜化膜厚度，雜化膜沉積在載體表面；（3）將步驟（2）得到的表面沉積了含鋅有機無機復(fù)合膜的基底材料在空氣、氧氣、氫氣或惰性氣氛中在250?900℃下處理1?2?h，除去含鋅有機?無機復(fù)合膜中的有機部分，即可得到基底材料表面沉積氧化鋅納米顆粒的復(fù)合材料。...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：覃勇，張斌，陳耀，趙世超，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：山西;14
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