[发明专利]一种具有吸波性能的掺镧氧化锌微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化锌的制备方法，尤其是一种具有吸波性能的掺镧纳微米氧化锌微球及其制备方法。

背景技术

近年来，ZnO作为一种重要的II-VI族直接宽禁带半导体氧化物材料，因其3.37eV的禁带宽度以及较大的激子束缚能(高达60meV)，引起了人们越来越多的关注。而纳米结构的ZnO由于其特有的表面效应、体积效应、量子效应和介电限域效应等，在催化、光学等技术领域受到广泛研究。

将纳米结构的ZnO作为一种新型的吸波材料进行研究，相关的报道相对较少。纳米结构的ZnO在电磁波段、可见光波段和红外波段都有很强吸收能力，可以达到逃避雷达、红外隐身的作用；同时，纳米ZnO具有很高的化学稳定性和高温稳定性，使其能够满足武器系统对隐身材料苛刻的环境要求。可以说，纳米结构的ZnO凭借质量轻、厚度薄、颜色浅、吸波能力强等优点，作为一种有发展前途的新型军用雷达波吸收剂，能有效地吸收入射雷达波并能使其散射衰减的功能材料，对于我国国防技术的发展具有重大而深远的意义。

虽然纳米结构的ZnO有着众多作为吸波材料的独特优势，但单一的ZnO材料仍旧难以达到多波段、宽频带的吸收效果，而掺杂是拓宽频带、增加频段的有效途径之一。稀土元素因在光、电、磁等方面具有独特的性质被誉为新材料的宝库，将稀土元素独特的电、磁、光性质广泛应用于吸波材料中，有望显著提高吸波材料的性能。

此外，众多的研究表明，纳米ZnO的形貌结构对于其各种性能有重要影响，特别是具有高对称性、球形结构的纳米ZnO往往具有比诸如纳米线、纳米带、纳米片等更优异的性能，一直是纳米ZnO材料的制备热点。

然而，对于掺杂稀土元素的纳米ZnO材料以及具有球形结构的纳米ZnO材料的研究主要集中于气敏和压敏等方面，而上述材料在吸波材料方面的应用研究鲜有报道，特别是将二者结合，即在高对称性纳米微球ZnO中掺杂稀土元素更是尚未见报道。而本发明的目的在于将稀土元素镧掺入ZnO微球，通过稀土元素掺杂及形貌控制，提高ZnO的吸波性能，获得一种高性能的掺镧氧化锌微球吸波材料。

发明内容

本发明的目的在于通过控制掺杂浓度、反应时间、反应温度、溶液碱度等反应条件，提供一种高性能的掺镧氧化锌微球吸波材料及其制备方法。

本发明所采用的技术方案如下：一种掺镧纳微米氧化锌微球的制备方法，其包括如下步骤：步骤一、将0.5～1mol/L乙酸锌和4-6mol/L氢氧化钠溶液等体积混合后，超声震荡10min，制备成前躯体，然后加入硝酸镧及前躯体体积10倍的蒸馏水，并且镧与锌的元素摩尔比为La/Zn＝0.3-0.7，随后再超声震荡10min；步骤二、将所得的悬浮液注入具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，放入恒温干燥箱中，在165-170℃温度下进行水热晶化，反应进行18-21h后，从反应釜中取出，室温冷却；步骤三、移除反应釜中的上清液，将液固混合物离心分离，用去离子水和无水乙醇各洗涤两次，将洗涤后粉末倒入表面皿中，置于真空度为0.04-0.08MPa的真空干燥箱中于90-100℃干燥2-4h得到干粉；步骤四、将干粉在680-720℃煅烧3-5h，最后得到掺镧纳米结构的氧化锌微球。

氢氧化钠的浓度对于掺镧纳微米氧化锌微球形成的影响，主要体现在体系反应速度和组成氧化锌微球分支的极性生长两个方面：一是碱度的提高利于反应的快速进行，从而避免反应时间过长而导致的球形结构解体；二是碱度的提高使氧化锌晶体生长倾向于极性生长，不利于球形结构的形成。可见，氢氧化钠浓度对于掺镧氧化锌微球形成的影响存在一定矛盾，过大过小都不合适。申请人经大量实验研究认为，氢氧化钠的浓度为4-6mol/L时，反应效果较好，特别优选的是氢氧化钠的浓度为5mol/L。

反应时间对于掺镧纳微米氧化锌微球形成的影响，主要是需要一定的反应时间以使反应充分进行并形成掺镧纳微米氧化锌微球，但反应时间又不宜过长，过长的反应时间会使得具有极性生长倾向的氧化锌发生解体而破坏微球形貌。申请人经大量实验研究认为，反应时间为18-21h时，反应效果较好，特别优选的是反应时间为19h。

反应温度对于掺镧纳微米氧化锌微球形成的影响与碱度近似，主要体现为温度对于反应速度和极性生长两个方面的影响：一方面温度的提高利于反应的快速进行，在较短时间内生成完美形貌的微球从而避免反应时间过长而导致的球形结构解体；另一方面是温度的提高加剧了极性生长趋势，不利于球形结构的形成。可见，反应温度也是过大过小都不合适。申请人经大量实验研究认为，反应温度为165-170℃时，反应效果较好，特别优选的是反应温度为168℃。