[发明专利]一种形貌可控的纳米氧化锌的制备方法

说明书

本发明属于纳米材料和功能高分子材料技术领域，其涉及一种形貌可控的纳米氧化锌的制备方法。本发明以羧甲基壳聚糖为稳定剂，利用化学沉积法，通过羧甲基壳聚糖中大量游离的羟基与氨基与锌离子的配位作用，使羧甲基壳聚糖参与氧化锌的晶面生长过程，影响粒子的形貌。通过改变在羧甲基壳聚糖与锌离子的比例、调控体系的碱性，可以分别制备出具有花状，锥状和叶片状形貌的氧化锌纳米材料，所得到的纳米材料具有优良的抗菌性，可作为功能材料广泛用于复合工程材料、包装材料、传感材料、生物医用材料等领域。

技术领域

本发明属于纳米材料和功能高分子材料技术领域，其涉及一种形貌可控的纳米氧化锌的制备方法。

背景技术

由于纳米材料具有独特的理化性质及潜在的应用价值，近年来引起了人们的广泛关注。其中，纳米氧化锌作为一种重要的宽禁带n型半导体材料，具有良好的光电、荧光和抗菌等特性，在传感、催化、包装等方面具有广泛的潜在应用，引起人们的极大关注。

大量研究表明，纳米氧化锌的大小、形貌及晶型等形态结构，会对其性能造成极大影响，比如同尺寸下，球状氧化锌具有最大的比表面积，针状氧化锌具有良好的压电特性。因此为满足各种条件下的使用需要，人们对纳米氧化锌的制备进行了一系列研究，通过使用水热、溶剂热、静电纺丝和溶胶凝胶等不同方法，在乙二胺、硫醇、多肽和十六烷基三甲基溴化铵等稳定剂的作用下，制备了诸如多孔球状、胶囊状、壳状和管状等多种不同形貌的纳米氧化锌。

但上述方法的反应条件都比较苛刻，具有能耗较高，废水不易处理等缺陷，制得的纳米氧化锌的形貌比较局限于球、柱等三维结构。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种形貌可控的纳米氧化锌的制备方法，该方法使用天然产物羧甲基壳聚糖作为稳定剂，反应条件温和，能够得到形貌多样的纳米氧化锌。

本发明的技术方案如下：

本发明的第一个目的是提供一种形貌可控的纳米氧化锌的制备方法，该方法采用羧甲基壳聚糖与锌盐反应，在pH 10～14条件下，制得不同形貌的纳米氧化锌。

进一步的，所述方法的具体步骤为：

(1)将锌盐溶液与羧甲基壳聚糖水溶液混合，然后调节pH；

(2)在60～80℃下水解8～12h，得到纳米氧化锌。

进一步的，所述锌盐包括二水合醋酸锌、硝酸锌、氯化锌中的任一种或多种。

进一步的，羧甲基壳聚糖与二水合醋酸锌的质量比为1:(3～5)。

进一步的，所述步骤(1)中，羧甲基壳聚糖水溶液的重量浓度为1～3％，锌盐溶液的重量浓度为5～40％。

进一步的，所述步骤(1)中，采用氢氧化钠调节pH。

进一步的，所述步骤(1)中，羧甲基壳聚糖的粘度为100～200mps，取代度大于80％。

本发明的第二个目的是提出一种上述方法制备得到的纳米氧化锌。

本发明的第三个目的是提出上述纳米氧化锌在包装材料、抗菌材料中的应用。

本发明具有以下有益效果：

(1)羧甲基壳聚糖是一种水溶性壳聚糖，具有大量可反应的氨基、羟基与氨基，而这些基团可通过配位作用与锌离子发生相互作用，在氧化锌晶体的形成过程中，通过氢键与静电作用，与锌离子相结合，参与并影响氧化锌晶体的生长速度，从而可以生成不同形貌的纳米氧化锌。

(2)通过调节pH可以调节纳米氧化锌的形貌，随着pH升高，110晶面收抑制程度增大，晶体趋向变薄，从而具有从花状渐变成叶片状的变化趋势。

(3)制得的叶片状的氧化锌作为纳米片层，具有优于其他形貌氧化锌的紫外屏蔽效应与阻隔性能。