[发明专利]一种ZnO/Bi2O3复合粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种ZnO/Bi₂O₃复合纳米材料的制备方法，更确切的说，本发明涉及一种通过原位包覆法制备具有核-壳结构的ZnO/Bi₂O₃纳米粉体的方法，属于复合纳米粉体制备技术领域。

背景技术

ZnO是一种II-VI族宽带隙直接带隙宽禁带半导体化合物材料，其室温下禁带宽为3.37eV，具有n型半导体导电特性，为六角纤锌矿晶体结构，晶型属于六方晶系。ZnO纳米材料尺度小、表面积巨大，性能稳定、光电响应特性突出，具有超快的时间效应，所以ZnO被广泛用在构筑探测器、光伏领域、降解有机污染物等；ZnO压敏电子陶瓷是以ZnO为基体并掺杂其他金属离子 (Bi、Mn、Co、Sb、Gr 等) 的一类新型功能材料，在氧化锌压敏陶瓷的生产中，添加半径较大的低价离子(如Bi₂O₃)，形成受主型绝缘层，在烧结过程中偏析于晶界，使材料表现出良好的压敏特性。  

目前氧化锌压敏复合粉体的制备方法主要分为两大类：固相机械球磨法和液相化学法；王维等报导的采用高能球磨法掺杂金属粒子制备的核壳纳米复合粒子，然而，制得的复合粉体形貌模糊，颗粒尺寸大，搅拌时间长，虽然固相机械球磨法操作简单且成本较低，但是产品纯度低，颗粒分布不均匀；粉体的表面包覆就是采用物理或化学方法对粒子表面进行处理，有意识地改变粒子表面的物理、化学性质，通过表面包覆技术来设计和制备核-壳结构的纳米氧化锌，进而改善压敏陶瓷的烧结和微观结构性能，对促进氧化锌纳米粉体在电子陶瓷上的应用具有重要意义；以机械球磨法实现包覆的纳米颗粒性能得到了改善,但其核-壳结构的结合力不强,包覆效果不是很好。

传统的表面包覆工艺是先将锌盐溶解在蒸馏水中，再加入沉淀剂加热搅拌，得到沉淀物，再将沉淀物过滤、洗涤、干燥和煅烧得到ZnO核；然后将ZnO粉体和铋盐混合，加入适合的溶剂，反应得到沉淀物，再将沉淀物过滤、洗涤，烘干、煅烧得到核壳结构的ZnO/Bi₂O₃复合纳米粉体，由于颗粒制备过程中的多次烘干和焙烧等环节，进行包覆的颗粒往往很难得到好的分散，因此包覆效果受到限制；本发明提出了一种新的包覆工艺---原位包覆，即将一定浓度的硝酸锌溶液与碳酸氢铵溶液反应，得到ZnO的前驱物------碱式碳酸锌，再将碱式碳酸锌过滤洗涤后进一步分散成浆液，加入碳酸氢铵溶液继续反应，一段时间后缓慢加入硝酸铋溶液，待反应进行完全，使铋沉淀物完全包覆在锌沉淀物表面，最后得到同时形成的核-壳结构的ZnO/Bi₂O₃纳米粉体，该工艺不仅省却了多个烘干和焙烧环节，更重要的是可以通过控制前驱物的状态实现均匀的包覆，并提高包覆层与基体结合的紧密性；通过此工艺制得的ZnO/Bi₂O₃复合粉体颗粒均匀，颗粒尺寸较小，烧结后ZnO压敏陶瓷致密性高，原位包覆法在实施过程中能耗较低，产物产率较高、物相分散均匀，可以避免因高温烧结而产生的团聚问题。

发明内容

本发明采用原位包覆法制备Bi₂O₃纳米粉体表面包覆ZnO，制得Bi₂O₃包覆的ZnO复合纳米粉体及复合陶瓷。结果发现经过Bi₂O₃包覆的ZnO复合纳米粉体颗粒微结构均匀，复合陶瓷具有更高的致密性，本发明通过以下技术方案实现。

1、一种制备ZnO-Bi₂O₃复合纳米粉体的方法，其具体步骤如下：

(1)以分析纯的Zn(NO₃)₂·6H₂O，Bi(NO₃)₂·5H₂O和NH₄HCO₃为原料，以摩尔百分含量计算，按照99%的ZnO,1%的Bi₂O₃的配比，分别配置Zn(NO₃)₂、Bi(NO₃)₂、NH₄HCO₃水溶液。