[发明专利]醇热法制备镍掺杂氧化锌(NixZn1-xO)磁性微球的方法

说明书

技术领域

本发明属镍掺杂氧化锌磁性微球的制备领域，特别是涉及一种醇热法制备镍掺杂氧化 锌(Ni_xZn_1-xO)磁性微球的方法。

背景技术

随着纳米科技的不断发展，人们对形状、尺寸、成分和结构均匀的胶体材料产生了浓 厚的兴趣，因为它在化学、物理、生物与材料科学领域有着非常广泛的应用，尤其是胶体 微球，其拥有较好的磁学、光学、电学和催化性能。最近，对合成氧化锌基的稀磁性材料 的研究成为人们关注的对象，通过在氧化锌晶格中掺杂磁性元素，使氧化锌具体良好的室 温铁磁性，其在自旋电子器件上有着广泛的应用。

氧化锌是II-VI族具有纤锌矿晶体结构的宽禁带直接带隙半导体，室温下能带带隙是 3.37ev，激子束缚能高达60mev，显示出近UV发射、透明压电性、光催化性和压电性能。 纳米氧化锌由于其量子限域效应，小尺寸效应，表面效应等在光、电、磁、敏感等方面拥 有一般氧化锌粉体无法比拟的特殊性质和新用途，近年来越来越受到人们的关注。目前氧 化锌纳米粉体制备方法有溶剂热法，沉淀法，溶胶凝胶法等。对于粒度和形貌的控制一直 是人们研究的热点，而溶剂热法拥有合成温度低，粉体纯度高，可以实现产品的一次性合 成的特点。

镍是具有铁磁性的元素之一，由于镍离子半径(0.069nm)小于锌离子半径(0.074 nm)，如将其掺杂进入氧化锌晶格，势必会使氧化锌的磁学性质发生很大的变化。目前对 于稀磁性半导体材料的研究主要集中在铁、钴、镍、锰、铜等铁磁性元素对氧化锌基体的 掺杂方面。El-Hilo等在Journal of Magnetism and Magnetic Materials Vol.321 No.14(2009) pp.2279-2283中报道了利用共沉淀法制备镍掺杂氧化锌粉末，发现当镍离子掺杂量小于 7.4％时，粉末在室温下显示超顺磁性；而当镍离子掺杂量为22.5％时，粉末显示室温铁 磁性，并认为这是由于形成固溶体Ni_xZn_1-xO的原因。Xuefeng Wang等在Nanotechnology Vol.19No.455702(2008)pp.1-8中报道了利用水热技术制备钴掺杂的氧化锌在室温下具有 弱的铁磁性，认为产生铁磁性的原因是钴通过d-d双交换机制产生的阳离子空位而不是简 单的掺杂效应。Y.Q.Chang等在Applide Physics Letters Vol.83No.19(2003)pp.4020-4022中 报道了利用气相生长技术制备了锰掺杂的氧化锌，磁性能测试显示锰掺杂的氧化锌纳米线 的居里温度为37K，这是由于在纳米晶中锰离子替代锌离子的位置产生带隙结构的改变引 起的。由此可见，不同合成方法不同掺杂元素合成的金属掺杂的氧化锌磁学性能有明显的 差异，且阐释机制亦有区别。目前尚无以乙二醇作为溶剂以表面活性剂作为辅助技术，采 用醇热方法制备的金属掺杂的氧化锌稀磁材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种醇热法制备镍掺杂氧化锌(Ni_xZn_1-xO)磁性微球 的方法，该方法简单，易于实现工业化生产。

本发明一种醇热法制备镍掺杂氧化锌(Ni_xZn_1-xO)磁性微球的方法，包括：

(1)在室温下，称取摩尔比为1∶49～1∶3的可溶性锌盐和可溶性镍盐溶于乙二醇中， 在搅拌速度为500～800rpm下机械搅拌20～40分钟，加入无水乙酸钠和聚乙二醇(平均分 子量：190.0～210.0)，超声分散30～60分钟得到反应溶液；

(2)将步骤(1)反应溶液放入反应釜中，进行醇热反应，在温度为180℃～220℃反应 10～14小时，自然冷却至室温；

(3)将上述产物离心分离，洗涤，干燥得到Ni_xZn_1-xO磁性微球。

所述步骤(1)可溶性的锌盐为硝酸锌、醋酸锌、氯化锌、硫酸锌，优先使用硝酸锌。

所述步骤(1)可溶性的镍盐为硝酸镍、醋酸镍、氯化镍、硫酸镍，优先使用硝酸镍。

所述步骤(1)无水乙酸钠与Zn²⁺的摩尔数之比为：9∶1～12∶1。

所述步骤(1)乙二醇的量为反应釜体积的1/2～4/5，聚乙二醇的体积为乙二醇的 1/50～1/25。