[发明专利]径向密排硅酸锌纳米线构成的复合空心球及其制备方法

说明书

技术领域  本发明涉及一种复合空心球及制法，尤其是径向密排硅酸锌纳米线构成的复合空心球及其制备方法。

背景技术  空心球结构因具有低密度、高的比表面积以及独特的光、电和表面特性而使其在许多领域有着广泛的应用，如可作为催化剂，容器，人造细胞，化学传感器，吸附剂等。尤为采用一维或两维纳米材料组装形成的空心球状结构更是有着极好的应用前景，目前，人们为了获得它，作了一些尝试和努力，如在2005年12月14日公开的中国发明专利申请公开说明书CN1706774A中披露的一种“以锌粉为原料的氧化锌空心球的制备方法”。它是以工业大规模生产的锌粉为初始原料，以湿化学方法为基础，先在液相中形成Zn(OH)₂包裹Zn的复合粒子，再通过在600～900℃煅烧这种具有包裹结构的复合粒子而最终形成氧化锌空心球。但是，这种制备方法存在着不足之处，首先，制备出的空心球仅为同种材料氧化锌构成，使其的应用范围受到了一定的限制；其次，制备方法未能制得在氧化锌空心球内壳中生成由不同材料组成的复合结构；再次，使用的原料有酸、氨水等有机物，对环境会造成污染，且制备工艺须历经抽滤、洗涤、干燥和煅烧的复杂过程，方能制得氧化锌空心球，不仅工艺复杂，还耗能费时，使生产成本难以降低，不利于工业化实施和产品的商业化应用。

发明内容  本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种实用，使用方便的径向密排硅酸锌纳米线构成的复合空心球及其制备方法。

径向密排硅酸锌纳米线构成的复合空心球包括氧化锌空心球，特别是所说氧化锌空心球内沿其径向密排着硅酸锌(Zn₂SiO₄)纳米线，所说硅酸锌纳米线的长度为15～25μm、直径为80～100nm。

作为径向密排硅酸锌纳米线构成的复合空心球的进一步改进，所述的氧化锌空心球的壳层厚度为90～110nm、直径为190～210μm。

径向密排硅酸锌纳米线构成的复合空心球的制备方法包括气相沉积法，特别是它是按以下步骤完成的(1)先将碳酸盐和碳粉按2:0.8～1.2的摩尔比相混合，再于该混合物上覆盖厚度为1～3mm的锌粉；(2)先将覆有锌粉的混合物与硅片一起置于400～500℃下在氩气氛中保温3～7分钟，再将其于900～1100℃下在氩气氛中保温1～3小时，制得径向密排硅酸锌纳米线构成的复合空心球。

作为径向密排硅酸锌纳米线构成的复合空心球的制备方法的进一步改进，所述的碳酸盐为碳酸锌或碳酸镁或碳酸锰；所述的碳粉的目数为100～500目；所述的锌粉的目数为150～250目；所述的覆有锌粉的混合物与硅片间的距离为6～10cm；所述的升温至400～500℃或900～1100℃的升温速率为90～110℃/min；所述的氩气的流速为15～25sccm。

相对于现有技术的有益效果是，其一，对制得的复合空心球分别使用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线能谱仪和荧光光谱仪进行表征，从得到的扫描电镜照片、透射电镜照片、X-射线能谱图和荧光光谱图可知，复合空心球为球形外壳的内表面上沿径向方向生长着密排的纳米尺度的线状物，其中，球形外壳的壳层厚度为90～110nm、球的直径为190～210μm，线状物的长度为15～25μm、直径为80～100nm。复合空心球的球壳的化学成分为氧化锌，球内的纳米线的化学成分为硅酸锌，该硅酸锌纳米线的直径均匀、结晶良好，无缺陷存在，且其生长方向为方向。当用输出波长为325nm的激光作为激发光源来照射复合空心球时，氧化锌球壳层有两个明显的发光峰，一个为390nm的紫外发光峰、另一个为绿色发光带，绿色发光带的位置约在510nm处，而空心球内部的硅酸锌纳米线则只有一个发光峰，峰位位于520nm处，这均说明了复合空心球是由两种不同的发光材料组成的；其二，本制备方法所用的原料均无污染，方法的工艺简单、无污染物排放，制备的周期短、能耗少、成本低，属于绿色合成技术，适于工业化生产和产品的商业化应用；其三，碳酸盐选用碳酸锌或碳酸镁或碳酸锰，均可制备出具有相同形貌和化学组成的复合空心球，从而提供了一种较为通用的制备径向密排硅酸锌纳米线构成的复合空心球的方法。

附图说明  下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。