基于二氧化锆_纳米金溶胶凝胶膜固_省略_酶的H_2O_2生物传感器的研制_童忠强
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第31卷 第5期西南师范大学学报(自然科学版)2006年10月Vol.31 N o.5Journal of Southwest China Normal University(Natural Science)Oct.2006
文章编号:10005471(2006)05010205
基于二氧化锆/纳米金溶胶凝胶膜固定辣根
过氧化物酶的H2O2生物传感器的研制①童忠强, 袁 若, 柴雅琴, 陈时洪, 张凌燕, 谢 轶
西南大学化学化工学院,重庆400715;重庆市分析化学重点实验室,重庆400715
摘要:将辣根过氧化物酶(HRP)、二氧化锆溶胶凝胶、纳米金按一定的比例混合,成功制备了以二氧化锆/纳米金溶胶凝胶为载体的性能优良的过氧化氢生物传感.二氧化锆溶胶凝胶具有良好的生物相容性,并提供了良好的微环境保持H PR的生物活性.纳米金与HP R形成静电复合物,有效促进了酶与电极表面的电子传递.该生物传感器性能优良,线性范围为7.0μmo l/L至3.9mmo l/L,检测下限为4.0μmo l/L.最后探讨了pH、工作电位、干扰物质对生物传感器的影响.
关 键 词:生物传感器;辣根过氧化物酶;纳米金;Z rO2溶胶凝胶
中图分类号:O657.1文献标识码:A
在工业、环境、食品检测等领域,H2O2含量的测定非常重要.现在对其进行定性或定量测定的常用方法有化学发光、荧光和电分析方法等.其中电分析方法相对于其他几种方法来说比较灵敏、简单、实用性强,故酶电化学传感器的研究越来越受到专家学者的重视,因为这些研究不仅可以获得蛋白酶的热力学和动力学方面的信息,而且对于了解生命体系的能量转化和物质代谢、了解生物大分子的结构和各种物理、化学性质的关系、探索蛋白酶在生物体内的生理作用及作用机制具有重要的理论意义.在酶生物传感器制备过程中,电极的制备是个关键的步骤,经典的电极制备方法有吸附法[1,2]、包埋法[3,4]和共价法[5,6]等.本文利用二氧化锆/纳米金溶胶凝胶包埋H RP,制备了无电子媒介体的第三代电流型生物传感器.二氧化锆溶胶凝胶具有良好的生物相容性,其表面疏松多孔的特性使它成为非常理想的固酶基质[7,8].纳米金具有较大比表面积、高表面活性、强吸附能力,能够大大促进对辣根过氧化物酶的吸附,同时纳米金也具有良好的导电性和生物相容性,且纳米金-H RP复合物的粒径比H RP大,可以有效的防止酶从二氧化锆/纳米金膜中脱落.所以用二氧化锆/纳米金溶胶凝胶法固定H RP极大地促进了酶与电极表面的电子传递,为酶生物活性的长久保持提供了良好的微环境.该酶生物传感器具有响应迅速、灵敏度高、检测限低等特性.
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
C HI660A电分析系统(上海辰华仪器公司);Lambda17UV-V IS8500(PE Co,USA)紫外分光光度计;CS501-SP型超级数显恒温器(重庆四达实验仪器厂).辣根过氧化物酶(H PR,Sigm a公司);氯氧化锆(ZrO2Cl28H2O,分析纯,国药集团化学试剂有限公司);氯金酸(Sigm a公司);H2O2(浓度30%,分析
①收稿日期:20060310
基金项目:国家自然科学基金资助项目(29705001);教育部优秀青年教师资助项目(教人司200240);重庆市自然科学基金资助项目(CS TC2004BB4149,200513134100);西南大学高新技术培育基金资助项目(XSGX02).
作者简介:童忠强(1980),男,湖南益阳人,硕士研究生,主要从事电化学及生物传感器方面的研究.
通讯作者:袁 若,教授,博士生导师.
纯),精确浓度经高锰酸钾溶液标准溶液滴定,其余试剂均为分析纯.1.2 纳米金的制备
纳米金颗粒的制备参考文献[9],取50mL 氯金酸,在剧烈搅拌下加热至沸腾后,迅速加入0.5mL 柠檬酸钠水溶液,保持沸腾15min 后自然冷却,即得到纳米金颗粒溶液.其粒径用透射电子显微镜表征平均直径为12nm.
1.3 ZrO 2溶胶凝胶的制备
准确称取0.032g ZrOCl 2 8H 2O 于2m L H 2O 与3m L 乙醇的混合溶液中,用0.01m ol /L 的氨水搅拌滴定,使其最终pH 达到9.5,继续搅拌30min.离心沉淀,沉淀物依次用乙醇、水溶液进行清洗,使其pH =7.0.最后超声得到二氧化锆溶胶凝胶.
1.4 酶生物传感器的制备
金电极依次用0.3μm ,0.05μm 的Al 2O 3粉末进行抛光.抛光后所得电极依次用乙醇、二次蒸馏水进行超声清洗.随后把电极置于0.5m ol /L 的硫酸溶液中在-0.3～1.4V 电位范围内进行循环伏安扫描,直到得到稳定的循环伏安图形,电极放置晾干后滴加16μL 按3∶3∶2比例混合的H RP 、二氧化锆溶胶凝胶、纳米金混合液于金电极表面构建ZrO 2-Au -H RP 酶生物传感器.修饰好的电极置于冰箱(4℃)中保存过夜,以保持酶的活性.
1.5 检测方法
采用三电极系统检测装置:铂丝电极为对电极,修饰金电极为工作电极,饱和甘汞电极为参比电极,以下所有电位都相对参比电极而言.测试溶液为0.1mol /L 的磷酸缓冲溶液(采用NaO H 或H 3PO 4调pH 值),紫外可见光谱测定在200～600nm 之间进行.
2 结果与讨论
在0.1m ol/L PBS ,扫速为50m v /s 时,ZrO 2-Au -HRP 生物传感器对H 2O 2浓度为0.0(a ),0.05(b ),0.35m mol/L (c )以及ZrO 2-H RP 生物传感器对H 2O 2浓度为0.35mmol /L (d )的循环伏安图形图1 不同生物传感器的循环伏安图Fig .1 Cyclic Vo ltam mog rams fo r the Different Biosenso rs 2.1 酶生物电极对H 2O 2的响应
采用循环伏安法测定了酶修饰电极对H 2O 2的催化
响应特性,从图1可以看出ZrO 2-Au -H RP 生物传感器
对H 2O 2具有明显的催化作用,说明辣根过氧化物酶已
成功固定在二氧化锆/纳米金溶胶凝胶膜上.二氧化锆溶
胶凝胶具有良好的生物相容性并且表面疏松多孔,这些
特性为酶的固载提供了良好的微环境.如图1曲线c 和d
所示,当加入0.35mm ol /L 相同浓度的过氧化氢时,
ZrO 2-Au -H RP 生物传感器比不加入纳米金的ZrO 2-H RP
生物传感器产生了更大的催化电流,这说明纳米金的加
入增强了酶对H 2O 2的催化,这是因为纳米金具有壳层
结构,表面原子既长程有序又短程无序,纳米金的这种
特殊结构使它具有比表面积大、表面活性高、表面活性
中心多、催化效率高、吸附能力强等性质[10,11].H RP 的
活性中心深埋在酶分子内部,与电极表面很难形成直接
的电子传递,但是纳米金可以作为电子导线使酶与电极之
间的直接电子传递成为可能,大大提高了H RP 对过氧化氢的响应.因此对检测到的电流信号可以理解为H RP (Fe 3+)+H 2O 2→Compound Ⅰ(Fe 4+O )+H 2O 2;
Co mpound Ⅰ(Fe 4+O )+e +H +→Compound Ⅱ;
Co mpound Ⅱ+e +H +→H RP (Fe 3+)+H 2O
2.2 纳米金与酶作用的紫外分光光谱
如图2所示,纳米金在518nm 处存在强烈的吸收峰,当纳米金与H RP 混合后,峰形发生了明显的变化.两者混合后在522nm 处出现吸收峰,峰位置红移了4nm ,说明纳米金和H RP 之间存在着强烈的相互103
第5期 童忠强,等:基于二氧化锆/纳米金溶胶凝胶膜固定辣根过氧化物酶的H 2O 2生物传感器的研制
作用,形成了静电复合物.使纳米金粒子的表面发生变化,从而引起紫外可见光谱的变化.
2.3 酶生物传感器的反应特性
H PR 与纳米金形成静电复合物后,共同包埋在二氧化锆溶胶凝胶中,可以提供适应酶活性保持的微环境,高效地保持酶的生物活性并极大地改善酶固定的稳定性,图3展示了所制备的酶生物传感器在最佳优化实验条件下(5mL pH =7.0的PBS ,工作电位-0.25V )对连续加入0.35mmol/L H 2O 2的计时电流响应
.
图2 纳米金(a )及纳米金与
H PR 作用后(b )的紫外可见光谱
Fig .2 UV -Vis Spectra of the
Nano sized -A u Co lloid and w ith H
RP 工作电位为-0.25V ,支持电介质为5m L 0.1mol/L PBS ,
pH =7.0,H 2O 2浓度为0.35mmol /L.
图3 酶生物传感器对连续加入相同浓度H 2O 2的计时安培电流图Fig .3 Ty pical Steady -State Respo nse of the Bio sensor on Successive Injectio n of
H 2O 2o f the Same Co ncentration
从图3可以看出,所构建的酶生物传感器对H 2O 2的加入产生快速、灵敏的反应.这表明H RP 对H 2O 2的还原保持了高效的催化活性,同时也说明了在本实验中二氧化锆/纳米金溶胶凝胶对维持酶生物活性起着重要的作用.
2.4 pH 、工作电位、温度对酶的影响
pH 对酶的活性有相当大的影响,实验表明pH =7.0时,酶生物传感器有最大响应,所以本实验中所有数据均是pH =7.0条件下的测量值.
传感器的工作电位的确定在0.0V 到-0.5V 之间进行,随着工作电位向负方向移动,响应电流增大,但同时干扰也在增加.为了尽量避免干扰物质的影响,本实验选择-0.25V 作为工作电位.
温度从15℃到60℃的实验表明,随着温度的升高,生物传感器对底物的响应电流先增大后减小,当温度达到45℃响应电流达到最大值.考虑到高温下酶容易失活,测试温度均在室温下进行.
2.5 酶生物传感器的性能测试
2.5.1 酶生物传感器的工作曲线
本实验采用计时电流法(工作电位为-0.25V )测定酶生物传感器对H 2O 2的电流响应.图4为生物传感器对不同浓度的H 2O 2的响应曲线,从图可知该生物传感器对H 2O 2浓度的微小变化能做出灵敏的响应.由于纳米金的引入提高了电子的传递速率,从而缩短了响应时间,在电位恒定在-0.25V 的情况下,该生物传感器响应速度快,达到95%稳态所需时间小于25s.如图4所插入的生物传感器工作曲线可知:过氧化氢浓度在7.0μmo l/L 到3.9m mo l/L 的范围内工作曲线呈良好的线性关系(R =0.9976,n =29),检测限可达到4.0μm ol /L.
2.5.2 动力学参数(米氏常数)的测定
米氏常数K m 为酶促反应的特性动力学参数,是表征酶与底物之间亲和力的统计标准.电化学测定米氏常数的方程是:1/I ss =1/I max +K m /I max c ,式中I ss 为加入一定底物的稳态电流,I max 为底物达到饱和时的104西南师范大学学报(自然科学版) 第31卷
最大电流,c 为与I ss 对应的底物的浓度.根据图4酶生物传感器对H 2O 2的计时电流响应结果作图(图5)可得出此酶生物传感器的米氏常数为4.03m mo l/L.比文献[12]报告的4.8mm ol /L 要小,这说明二氧化锆/纳米金溶胶凝胶膜能很好地保持酶的催化活性,这种膜是一种优良的固定酶的载体,可广泛用于酶生物传感器的研制
.
从上到下H 2O 2的浓度分别为0,0.028,0.769,1.1,
1.88mmol /L ,底液为0.1m ol/L 的PBS ,pH =7.0;
插入图为生物传感器对浓度从7.0μm ol/L 到
3.9mmol/L H 2O 2的工作曲线.
图4 酶生物传感器对不同浓度
的H 2O 2溶液的电流响应曲线
Fig .4 Chronoampe ro metric Respo nse of
Biosenso r for Vario us Concentration o f H 2O
2
图5 米氏常数K m 的测定Fig .5 Dete rmination of Mchaelis -Menten Constant
2.5.3 干扰物质的影响常见的生物活性物质赖氨酸、乳酸、色氨酸、亮氨酸、天冬氨酸对酶生物电极都没有影响,100倍的抗坏血酸对电极响应电流的影响仅为1.5%,这主要是因为抗坏血酸与加入的过氧化氢溶液反应,使H 2O 2浓度降低的结果.
2.5.4 传感器的重现性和稳定性
在pH =7.0的磷酸缓冲溶液中,酶生物传感器对浓度为0.35mmo l/L 的H 2O 2平行测定8次,所得相对标准偏差为2.1%,说明此酶生物传感器重现性好.该酶生物传感器在4℃的冰箱中放置2周后对相同浓度的底物响应可保持为初始时的85%,4周后可保持70%,说明此电极稳定性好.
3 结 论
利用二氧化锆、纳米金溶胶凝胶良好的生物相容特性,用制备的二氧化锆/纳米金溶胶凝胶膜固载H RP.此H 2O 2酶生物传感器具有响应迅速、灵敏度高、检测线低、抗干扰能力强等特性.同时这种固载方法也适用其他的酶体系.
参考文献:
[1]蔡 强,宋保栋,何 苗,等.聚苯胺修饰的辣根过氧化物酶电极的研究[J ].环境化学,2005,24:2225.[2] 刘 颜,袁 若,柴雅琴,等.聚中性红和纳米金修饰玻碳电极的葡萄糖生物传感器[J ].西南师范大学学报(自然科学版),2005,30:478482.
[3] L i X L ,Yuan R ,Chai Y Q ,et a l .A No vel Am per ometric Hy drog en Pero xide Bio sensor Based o n PB and N ano A u as w ell as So l -g el M at rix es [J ].西南师范大学学报(自然科学版),2005,30:862867.
[4] Y ao H ,Li N ,X u S ,et al .Electro chemical Study of a N ew M ethylene Blue /silicon O xide N ano co mpo sitio n M ediato r a nd its A pplicatio n fo r Stable Bio sensor o f Hy drog en Pero xide [J ].Biosens Bioe lectro n ,2005,21:372377.[5] Ryoji K ,Hisao T ,Yuzur u I ,et al .Biocompatible Gluco se Senso r Pre pared by M odifying Pr otein and Viny lfer rocene 105第5期 童忠强,等:基于二氧化锆/纳米金溶胶凝胶膜固定辣根过氧化物酶的H 2O 2生物传感器的研制
106西南师范大学学报(自然科学版) 第31卷
M o no me r Composite M embrane[J].Biosens Bioelectron,2004,20:518523.
[6] 王雅琴.共价修饰的辣根过氧化物酶及其在酶传感器中的应用[J].北京化工大学学报,1999,26:57.
[7] L iu B H,Cao Y,Chen D D,et al.A mperome tric Biosenso r Based o n a N ano po ro us Z rO2M atrix[J].A nal Chim Acta,
2003,478:5966.
[8] L iu S Q,Xu J J,Che n H Y.Z rO2Gel-Derived DN A-M odified Electrode and the Effect o f Lanthanide on its Electr on
T ransfer Behavio r[J].Bioelectrochemistr y,2002,57:149154.
[9] T ang D P,Yuan R,Chai Y Q,et al.P reparation and A pplicatio n on a Kind o f Immo bilization M ethod o f A nti-Diphtheria
fo r Po tentiometric I mmunosenso r M odified Co lloidal A u and Polyvinyl Buty ra l as M a trix es[J].Sens A ctua to rs B,2005, 104:199206.
[10]L ei C X,Hu S Q,Gao N,et al.Immobilization of H or se radish Pe rox idase to a N ano-A u M o no lay er M odified Chitosan-
Entrapped Carbon Paste Electr ode fo r the Detectio n o f Hy drog en P ero xide[J].T alanta,2003,59:981988.
[11]Di J W,Shen C P,Peng S H,et al.A O ne-Step M e thod to Construct a T hird-G ene ratio n Biosenso r Based o n H or ser ad-
ish Pero xidase and G old N ano pa rticles Embedded in Silica Sol-Gel Ne tw o rk on G o ld M odified Elect rode[J].A nal Chim
A cta,2005,553:196200.
[12]Juanl L,Sw ee N T,Hailin G.Silica So l-Gel Immo bilized A mpe romet ric Bio sensor s for H ydro gen P ero xide[J].A nal
Chim A cta,1996,335:137145.
A Biosensor for Hydrogen Peroxide Based on Horseradish
Peroxidase Immobilized in Zr O2/Au Sol-gel Matrix
T ON G Zhong-qiang, Y UA N Ruo, CH A I Ya-qin,
CH EN Shi-hong, ZH A NG Ling-y an, X IE Yi
School of Ch emistry and Ch emical Engine erin g,So uth west Universtiy,C hongqin g400715,Ch ina;
Chon gqing K ey Labo ratory of Analytical Chem istry,Chon gqing400715,Chin a
A bstract:A hig hly efficient H2O2biosenso r w as fabricated based on the mix ture of H orseradish Peroxidase (H RP),ZrO2sol-gel and nano-Au im mobilized o n g old electrode.ZrO2sol-gel had hig h biocompatibility feature and provided a suitable microenvironment to keep H PR bio activity.The presence of nano-Au in matrix can effectively enhance electro n transfer betw een enzy me and electro de since the formation o f elec-tro static complex of nano-Au-H RP.The bio sensor demonstrated ex cellently electrocataly tical ability fo r H2O2.The linear rang e of biosenso r fo r the detection o f H2O2w as7.0μm ol/L to3.9mmo l/L w ith a de-tective limit of4.0μm ol/L.The perform ance of bio sensor and effects of applied po tential,solution pH, temperature and interferences o n the biosenso r w ere examined in this pape r.
Key words:biosenso r;horseradish peroxidase;nano-Au;ZrO2sol-gel
责任编辑 潘春燕
纳米氧化锆汇总
二氧化锆纳米材料 一．用途：纳米氧化锆本身是一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损和低热膨胀系数的无机非金属材料,由于其卓越的耐热绝热性能，20世纪20年代初即被应用于耐火材料领域。 自1975年澳大利亚学者K.C.Ganvil首次提出利用ZrO2相变产生的体积效应来达到增韧陶瓷的新概念以来,对氧化锆的研究开始异常活跃。——利用其高硬度、抗磨损、耐刮擦、不燃的特性,极大的提高涂料的耐磨性和耐火效果。由于其导热系数低、并具备特殊光学性能,可用于军事、航天领域的热障涂料及隔热涂料。纳米复合氧化锆具备特殊光学性能,对紫外长波、中波及红外线反射率达85%以上;且其自身导热系数低,可提高其隔热性能。——由于不同晶型纳米氧化锆体积不同,可制备具备自修复功能的功能性涂料。 纳米复合氧化锆行业主要企业产能分布
二．目前的制备方法：化学气相沉积(CVD)法，液相法（包括醉盐水解法，沉淀法，水热法，徽乳液法，溶液姗烧法等），徽波诱导法及超声波法等几大类。 三．具体介绍方法：利用溶胶-凝胶法制备出高度有序的二氧化锆纳米管 简介：溶胶一凝胶法是指金属醉盐或无机盐经水解形成溶胶,然后使溶胶一凝胶化再将凝胶固化脱水,最后得到无机材料.在无机材料的制备中通常应用溶胶—凝胶方法,与传统的合成方法相比,具有高纯度、多重组分均匀以及易对制备材料化学掺杂等优点.该方法要使前驱体化合物水解形成胶体粒子的悬浮液(溶胶)后,成为聚集溶胶粒子组成凝胶,凝胶经过热处理得到所需的物质.溶胶—凝胶沉积法广泛用于在模板的纳米通道中制备纳米管或线.本文主要结合溶胶—凝胶法和模板合成法制备二氧化锆纳米管.由于锆的无机盐价格便宜且对大气环境不敏感[,我们利用锆的无机盐(氯化氧锆)作为前驱体溶液制备稳定的溶胶. 具体过程：
溶液-凝胶法制备ZnO薄膜
2010级工程实践研究报告 项目名称：溶液凝胶法制备ZnO薄膜及其光电性能 研究 所在专业：应用物理10级 导师姓名：李旭 成员姓名：杜发洪杜沫瑶肖品诚乔严明 谭勇邓鹏辉阳熊 提交日期：2013年01月
溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜及其光电性能研究 摘要 宽禁带ZnO半导体为直接带隙材料，具有六方纤锌矿结构，较高的激予束缚能(60meV)，室温下带隙宽度为3．3eV。高质量的外延ZnO薄膜的制备己成为宽禁带半导体集成器件的关键技术。ZnO不仅是继GaN之后紫外发射材料研究的又一个研究热点，而且近年来ZnO薄膜作为ITO薄膜的很有发展前景的替代材料，正引起人们日益广泛的关注。掺杂Al的ZnO(AZO)薄膜，由于具有与ITO薄膜相比拟的对可见光的高透过率和高电导，又因其在氢等离子体的高稳定性等优点，已成为替代ITO透明导电薄膜的研究热点。 制备ZnO薄膜的方法有很多如溅射、化学气相沉积、脉冲激光沉积、分子束外延、溶胶一凝胶法等等，然而从实际应用的角度，这些方法大多需要真空设备，成本相对较高。而溶胶一凝胶法则避免了这点，并能在各种基片上制备均匀掺杂的薄膜。本论文研究了在载玻片和si基片上，溶胶一凝胶法工艺条件对薄膜的结晶、取向状况以及薄膜形貌等的影响，并探讨了溶胶一凝胶法制各ZnO 薄膜过程中，工艺条件对其性能的影响，以此改善工艺条件来优化薄膜结构。还研究了掺A1的ZnO薄膜的结构性能与电阻率、透射率之间的关系。 关键词：溶胶一凝胶法；ZnO薄膜；AZO薄膜；C轴择优取向：电阻率
1引言 氧化锌(ZnO)属于六角晶系6mm点群，具有纤锌矿结构，是一种新型的II 一Ⅵ族宽禁带半导体材料。氧化锌的优越性能主要是强烈的紫外吸收和低阀值高效光电特性，显著的量子限域效应，紫外激光发射以及压电、光催化以及载流子传输等方面的性质。因而氧化锌薄膜在半导体光电器件的集成和微型化领域占有重要的地位【1】。 最近30多年来围绕着氧化锌薄膜的晶体结构、物化性能、成膜技术以及相关的器件开发等展开了广泛且深入的研究，使得它的各项性能和应用都获得了显著的进展。许多应用氧化锌薄膜制作的电子器件已经得到了广泛的应用，比如在SAW(Surface Acoustic Wace，声表面波)器件上ZnO薄膜的应用，以及在透明电极、光电器件、蓝光器件等方面也有很大的应用潜力【2】。在室温下高质量ZnO 薄膜紫外激射的实现，使其成为一种理想的短波长发光器件材料，使这一领域倍受科研人员的重视。 掺杂A1“的氧化锌薄膜(AZO薄膜)是一种很有前景的材料，可以有效的取代透明导电薄膜ITO，用于太阳能电池(主要用作透明电极和窗口材料)，等离子体显示器以及建筑玻璃、汽车玻璃、冰柜玻璃等民用方面。目前，已经研究开发了许多ZnO薄膜的生长技术，有真空蒸发镀膜法、溅射镀膜法、射频反应离子镀膜法、喷射热解法、化学气相沉积法、脉冲激光沉积法、溶胶一凝胶法等方法。 除了溶胶一凝胶法外，这些技术大多需要真空设备，生产成本高，不易实现工业化生产。溶胶一凝胶法是从纳米单元开始，在纳米尺度上进行反应，最终制备出具有纳米结构特征的材料，是制备纳米材料的特殊工艺。并且，溶胶一凝胶法制备纳米材料，具有工艺简单、易于操作、成本低的特点，己成为制备ZnO 薄膜的一种极受欢迎的化学制膜方法，且越来越受到人们的关注【3】。 以下将就ZnO的晶体结构和基本性质、制备方法及研究应用等方面做简要介绍
溶胶凝胶法制备纳米材料
利用溶胶凝胶法制备纳米材料的基本原理学院:材料学院班号：1109102 学号：1110910209 姓名：袁皓 摘要：本文介绍了纳米材料的性能用途以及制备方法，主要是新兴的制备纳米材料低温工艺——溶胶凝胶法，在文中详细说明了溶胶凝胶法的类型和特征，重点描述了利用溶胶凝胶法制备纳米材料的类型，基本原理以及简略的操作流程。 关键词：纳米材料溶胶凝胶基本原理 一溶胶凝胶法的基本原理 溶胶凝胶(sol-gel)法是一种制备超细粉末的一种湿化学法，它是以液体的化学试剂配制成金属有机或无机化合物或者是金属醇盐前驱物，前驱物溶于溶剂中形成均匀的溶液，溶质与溶剂产生水解或是醇解反应，反应生成物在液相下均匀混合，均匀反应，生成稳定且无沉淀的溶胶体系，放置一段时间后或是干燥处理溶胶之后转变为凝胶，在凝胶中通常含有大量的液相物质，需要利用萃取或蒸发除去液体介质，并在远低于传统的烧结温度下热处理，最后形成相应物质化合物粉体,利用溶胶凝胶法还可以制备其他形态的材料包括单晶、纤维、图层、薄膜材料等。 表2-1 对于制备纳米材料的溶胶凝胶法类型和特征 1.1 溶剂化 能电离的前驱物－金属盐的金属阳离子M z+吸引水分子形成溶剂单元(M(H2O)n)z+(z 为M 离子的价数)，为保持它的配位数而具有强烈的释放H＋的趋势。 (M(H2O)n)z+==(M(H2O)n-1(OH))(z-1)++H＋ 1.2 水解反应 非电离式分子前驱物，如金属醇盐M(OR)n(n 为金属M 的原子价，R 代表烷基)，与水反应，反应可延续进行，直至生成M(OH)n。 M(OR)n＋xH2O→M(OH)x(OR)n-x+xROH 1.3 缩聚反应 可分为失水缩聚：-M-OH+HO-M→M-O-M-+H2O 失醇缩聚：-M-OR+HO-M→-M-O-M+ROH
纳米氧化锆-2017.12.21
纳米氧化锆相关资料分析 第一章 项目概况 投资公司：XXXXX 有限公司 技术支持：XXXXXX 研发团队 投产项目：5nm 级氧化锆 总投资金额：2000万元 资金来源：融资方式 预计年产纳米氧化锆1200吨，单价４0万元/吨，预计年总营业额４.８亿元。 第二章 产品介绍 通常情况下Z r O 2有四种存在形式：无定形、常温下稳定的单斜晶相，常温下稳定的四方晶相（添加稳定剂），高温下稳定的立方晶相。 立方晶 四方晶 单斜晶 常规情况下：单斜氧化锆加热到1170度转化为四方氧化锆，这个转变速度很快并伴随7%-9%的体积收缩，但在冷却过程中，四方氧化锆往往不在1170度转变为单斜氧化锆，而在1000度左右转变，是一种滞后的转变，同时伴随着体积的膨胀。为了避免回到单斜相，必须通过外来氧化物对高温晶型进行稳定。这样，稳定的氧化锆在室温至熔点的 温 度 范围内以相同的稳定的晶型存在。 单斜晶 四方晶 预投产项目可以在温度为420度时，即可在无须添加氧化稳定剂的情况下制备出5nm 级别四方晶相氧化锆。在目前市场，并未有同等级别产品。但是，制备温度的改变以及没有填加稳定剂的情况下，在常温条件晶体的稳定性及物理、化学性能是否改变，需研发团队出具具体技术结果。 1170o C 1000o C
二、国内因素 （1）2017年11月锆英砂价格上涨3.13%至9900元/吨，港口库存环比下降3.26%至13.64万吨。海南地区为国内主要锆矿砂资源地，海南省国土资源厅为保护当地资源，将严格控制锆英砂等矿物产量，未来国内锆英砂供给量或将减少，锆英砂价格或将在高位继续上行。（2）国内环保限产影响全国约一半的氧氯化锆产能，氧氯化锆价格仍将持续提升。2017年山东等地氧氯化锆产能由于环保不达标被限制生产，国内氧氯化锆供应出现短缺，价格快速上涨，最新成交价格15000元/吨，较年初9900元/吨上涨52%，随着冬季城市取暖季限产即将来临，预计氧氯化锆环保限产仍将持续，氧氯化锆价格仍将上涨。 作为生产企业投产纳米氧化锆，需要稳定的原材料来源以稳定产品的价格与质量，而锆英砂垄断性比较高，几大垄断巨头控制定价权。国内氧氯化锆生产受制于环保要求，大规模减产。所以投产纳米氧化锆需要稳定的原材料来源，以确保生产销售的稳定性。
氧化锌制备方法
将mol·L-1的NaOH乙醇溶液缓慢滴加到含有mol·L-1的Zn(NO3)2·6H2O乙醇溶液中. 将混合溶液转移至高压反应釜中, 在130℃下反应12 h, 将反应产物经二次去离子水、乙醇等洗涤后, 在130 摄氏度下干燥,即可获得纯ZnO纳米棒. 在 ZnCl2 溶液 mol/L) 中加入一定量的 SDS, 搅拌下于 65 ℃将 Na2CO3 溶 液滴加到该溶液中 (120 滴/min, n(Na 2CO 3 )/n(ZnCl2) = 2),恒温反应 h. 将反 应液倒入聚四氟乙烯罐中, 在150~160 ℃进行水热反应 12 h, 自然冷却后离心分离, 用去离子水洗涤到无水Cl?离子, 再用无水乙醇洗涤 2~3 次, 50 ℃真空干燥 2 h, 300 ℃焙烧 3 h, 即制得 ZnO 纳米管. 将0. 1 L0. 1 mo l/ L二水合醋酸锌的乙醇溶液置于带冷凝管和干燥管的0. 5 L 圆底烧瓶中, 在80 ℃搅拌3 h, 不断收集冷凝物, 最后可获得0. 04 L 中间物和0. 06 L 冷凝物. 将中间物迅速用冷的绝对乙醇稀释至0. 1 L, 冷至室温, 得0. 1 mol/ L 中间产物. 氨水沉淀法制备纳米氧化锌 在水——乙醇介质中用氨水沉淀法制备出了纳米Zn（OH） 2 和ZnO材料，讨论了介质组成对沉淀产物ZnO微粒的粒径范围及形貌的影响，并研究出由Zn(OH)2分解为纳米ZnO的最佳干燥脱水条件为200℃、2h。表明本方法不需高温处理就可得到颗粒均匀且分布窄的ZnO纳米材料，粒径可达17～6nm。 一、试剂与仪器 主要原料为氯化锌、无水乙醇、氨水等，均为分析纯试剂。 仪器为微型滴定管、磁力搅拌器、恒温干燥烘箱。 二、试验方法 以水——乙醇为溶剂，其中醇的体积含量分别为0%（去离子水）、20%、60%、100%。将氯化锌、氨水配制成不同浓度的溶液（不同浓度是多少）。取一定体积（一定体积是多少）的氯化锌乙醇溶液于烧杯中，加以适当速度搅拌，不同浓度的氨水从微型滴管中缓慢滴入氯化锌乙醇溶液中，使之进行反应。控制氨水用量，调节pH值为左右，确定滴定终点。反应得到的白色沉淀物，经抽滤洗涤后自然风干 即为Zn（OH） 2纳米粉，Zn（OH） 2 经干燥（200℃、2h）脱水后，为ZnO纳米粉
纳米氧化锆的应用
纳米级二氧化锆的应用 二氧化锆是一种具有高熔点、高沸点、导热系数小、热膨胀系数大、耐磨性好、抗腐蚀性能优良的无机非金属材料。其纳米材料因具有比较高的比表面积而有许多重要用途，近几年来已成为科研领域中的一个热点，并被广泛应用于工业生产中。由它可以制备出多种功能的陶瓷元件，在固体氧化物燃料电池热障涂层材料、催化剂载体润滑油添加剂气敏性耐磨材料等方面都有一定的应用和发展。 结构陶瓷方面，由于纳米二氧化锆陶瓷具有高韧性、高抗弯强度和高耐磨性，优异的隔热性能，热膨胀系数接近于钢等优点，因此被广泛应用于结构陶瓷领域。主要有:Y-TZP磨球、分散和研磨介质、喷嘴、球阀球座、氧化锆模具、微型风扇轴心、光纤插针、光纤套筒、拉丝模和切割工具、耐磨刀具、表壳及表带、高尔夫球的轻型击球棒及其它室温耐磨零器件等。 钇稳定纳米二氧化锆(优锆纳米材料)粒径小，纯度99.9%，平均粒径20-40纳米，烧出来的陶瓷通透性好，表面光洁度高，适合做牙科陶瓷，刀具陶瓷，结构陶瓷，生物陶瓷。 纳米氧化锆粉体(优锆纳米)，具有纳米颗粒尺寸细、粒度分布均匀、无硬团聚和很好的球形度。生产中做到了精确控制各组分含量，实现不同组分之间粒子的均匀混合，严格控制颗粒尺寸、形态和结构，保证了产品的质量。利用该产品掺杂不同元素的导电特性，在高性能固体电池中用于电极制造，成为电池专用。 纳米氧化锆粉体（40-50纳米）分散在水相介质中, 形成高度分散化、均匀化和稳定化的纳米氧化锆液(苏州优锆纳米材料)。纳米氧化锆分散液除具有纳米粉体的特性外，还具有更高的活性、易加入等特性。纳米氧化锆分散液做到产品中纳米材料以单个纳米粒子状态存在，客户使用能用到真正的纳米材料，用出真正的纳米效果，大大提高产品的性能。纳米氧化锆分散液因为达到了完全单分散纳米状态，所以和其他材料表面接触后不是普通粉体材料的吸附，而是和化学键结合一体，所以有极高的稳定性，可以极大的提高耐水洗，耐磨、抗菌等性能，极大地发挥纳米材料的作用。
试验题目材料专业试验—溶胶凝胶法制备陶瓷薄膜
专业实验（2） 一：溶胶凝胶法制备陶瓷薄膜 这是材料系设置的基础实验课。材料专业实验（2）要求针对材料领域的各种制备方法以及热处理方法进行自我设计，自我准备，完成工艺的全过程，并得到预期的实验结果，并结合理论知识，分析实验结果与制备工艺参数之间的关系。通过材料专业实验（2），让学生基本掌握常用的类制备方法或热处理工艺的原理和工艺过程，了解工艺过程对最终的结果的影响规律，进一步强化学生的理论知识，培养学生的实际动手操作能力，为其毕业设计做基础。 一、实验目的 1．了解溶胶-凝胶过程 2．掌握用溶胶-凝胶法制备薄膜的制备工艺与原理 二、实验要求 1、学生应该在讲义的基础上，先查阅相关文献，了解溶胶凝胶法概念及在材料制备方面的基本应用，了解该方法制备材料特别是陶瓷薄膜的一般流程和制备过程中的一些关键问题，以及制备过程中可能的影响因素。 2、学生可以制备讲义中给出的陶瓷薄膜ZnO，也可以自己决定制备的陶瓷薄膜材料（不过需要提前一周报知教师以方便准备实验药品），讲义中给出了ZnO陶瓷薄膜制备的一般流程和参考方案，学生可以自主调整参考方案中的各种参数如溶胶的浓度、粘度、匀胶机的转速、匀胶时间、热处理的温度及时间等，可以选择不同的基片、甚至选择用其他的涂膜方式如浸滞提拉法，最终目的是在基片上得到陶瓷薄膜样品。由于实验条件以及实验时间的限制，实验取消了最后一步热处理的过程，而且测试条件只是采用金相显微镜进行粗略的表面质量观测，另外，实验并不要求每个学生都能得到质量很好的样品，而是不同的同学选取不同的实验方案，相互之间要进行横向比较。 三、实验所需仪器设备 一台匀胶机及吸片用小型真空泵，一台可调温电炉，一台搅拌器，以及化学配备溶胶的一些玻璃器皿； 实验测试采用普通的金相显微镜进行粗略的表面质量观察。 四、实验原理 近代科学和生产发展使薄膜科学与技术成为新材料和新器件研发的重要领域。 薄膜的研究首先是从研究如何制作薄膜这种特殊形态材料开始的。传统上采用得较多的方法是真空蒸发法、溅射法和气相生长法等，但它们都存在一定的局限性。如真空气相沉积设备中的真空腔大小限制着生产元件的尺寸，溅射法由于薄膜材料与基片之间可能发生反应而导致产品污染等，薄膜生产价格昂贵。而溶胶-凝胶法不需要特别昂贵的设备，具有工艺过程简单，薄膜组分化学计量比容易控制，容易形成大面积的均匀膜等优点。因此越来越得到人们的重视和应用. 1、溶胶凝胶法 溶胶-凝胶法是60年代发展起来的一种制备玻璃、陶瓷等无机材料的新工艺，近年来许
ZnO合成方法
存档日期：存档编号: 北京化工大学 研究生课程论文 课程名称：纳米材料化学 课程代号：ACh530 任课教师：左胜利 完成日期：2011 年12 月8 日 专业：化学 学号：2011200989 姓名：李浩 成绩：
ZnO纳米材料的制备与应用 摘要 本篇综述从制备方法和应用领域出发，论述了制备ZnO纳米材料的一些常用方法如直接沉淀法、微乳液法、溶胶-凝胶法、模板法、水热合成法等，并简单介绍了氧化锌纳米材料在环境、食品、油漆涂料、橡胶、塑料、树脂、纺织品、化妆品等领域的应用。 关键词：ZnO纳米材料制备应用
目录 前言 (1) 第1章氧化锌纳米材料的结构与性质 (2) 1.1节氧化锌纳米材料的结构 (2) 1.2节氧化锌纳米材料的主要性质 (2) 第2章氧化锌纳米材料的制备方法及应用领域 (4) 2.1节氧化锌纳米材料的制备方法 (4) 2.2节氧化锌纳米材料的主要应用领域 (6) 结论 (8) 参考文献 (9)
前言 19世纪末到20世纪初，人类对微观世界的认识已经延伸到一定层次，时间上已经达到了纳秒、皮秒和微妙的数量级。随着研究的深入，20世纪70年代，人类开启了规模生产纳米材料的历史。纳米微粒狭义上是指有关原子团簇、纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜、纳米碳管、纳米固体材料的总称，而广义上则指晶粒或晶界等显微构造能达到纳米尺寸材料。该新型材料必将以其独特的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应及宏观量子隧道效应等性质在各个领域崭露头角。例如复合材料、大规模集成电路、超导线材料多相催化等方面的开发及应用。 近年来，纳米材料的合成方法及应用领域受到了研究者的广泛关注，TiO2、ZnO、CaF2、Al2O3纳米材料的研究成果及学术报告日益增多。尤其是与人们日益提高的生活质量戚戚相关的纳米氧化锌材料制备及应用。纳米氧化锌具有许多优良性能如压电性能、近紫外发射性、透明导电性、生物安全及适应性等，使其在非标柴油有害物质吸收、抑制食品污染菌、抗紫外线、压电材料、紫外光探测器、场效应管、表面声波、胎压、太阳能电池、气体传感器、生物传感器等领域有着广阔的发展前景而氧化锌复合材料的制备及研究也有着对人类生活不可估量的巨大作用。
纳米氧化锌的制备实验报告
纳米ZnO2的制备 实验报告 班级：应091-4 组号：第九组 指导老师：翁永根老师 成员：任晓洁 1428 邵凯 1429 孙希静 1432 【实验目的】 1.了解纳米氧化锌的基本性质及主要应用 2.通过本实验掌握纳米氧化锌的制备方法
3.对于纳米氧化锌的常见产品掌握制备原理和方法，并学会制备简易产 品。 4.通过本实验复习并掌握EDTA溶液的配制和标定，掌握配位滴定的原 理，方法，基准物质的选择依据以及指示剂的选择和pH的控制。 5.掌握基础常用的缓冲溶液的配制方法和原理。 6.加深对实验技能的掌握及提高查阅文献资料的能力。 【实验原理】 1. 超细氧化锌是一种近年来发展的新型高功能无机产品，晶体为六方结构，其颗粒大小约在1～100纳米。纳米氧化锌由于颗粒小、比表面积大而具有许多其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的特殊的性质，呈现表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点。近年来发现它在催化、光学、磁学、力学等方面展现出许多特殊功能，使在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域有重要的应用价值，具有普通氧化锌所无法比较的特殊性和用途。纳米氧化锌在纺织领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。纳米氧化锌一系列的优异性和十分诱人的应用前景。 2. 纳米氧化锌的制备方法主要有：水热法，均相沉淀法，溶胶一凝胶法，微乳液法，直接沉淀法 3. 本工艺是将锌焙砂（主要成份是ZnO，主要伴生元素及杂质为铁，铜，铅，镍，铬，镍，此外，还含有其它微量杂质，因而用锌焙砂直接酸浸湿法生产活性氧化锌，必须利用合理的酸浸及除杂工艺，分离铅，脱铁、锰，除钙、镁等重金属）与硫酸反应，生产出粗制硫酸锌，加高锰酸钾、锌粉等，经过提纯得到精制硫酸锌溶液后，再经碳化母液沉淀，制得碱式碳酸锌，最后经烘干，煅烧制成活性氧化锌成品。 4. 氧化锌含量的测定采用配位滴定法测定，用NH3-NH4Cl缓冲溶液控 制溶液pH≈10,以铬黑T为指示剂，用EDTA标准溶液进行滴定，其主要反应如下： 在氨性溶液中： Zn2++4NH3?Zn(NH3)42+ 加入EBT（铬黑T）时： Zn(NH3)42++EBT（蓝色）?Zn-EBT（酒红色）+4NH3 滴定开始-计量点前： Zn(NH3)42++EDTA?Zn-EDTA+4NH3 计量点时： Zn-EBT（酒红色）+EDTA?Zn-EDTA+EBT（蓝色）
溶胶凝胶法制备材料
溶胶-凝胶法制备材料 摘 要：溶胶-凝胶法广泛应用于制备薄膜材料和粉体材料，其主要原理是将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分，最后得到无机材料。本文主要介绍了一些溶胶-凝胶法制备材料的发展历史，原理以及一些溶胶-凝胶法实际应用案例。 关键词：溶胶-凝胶法；纳米材料；陶瓷薄膜材料；掺杂；锂电池；包覆材料 溶胶-凝胶法发展过程：1846年法国化学家J.J.Ebelmen 用SiCl 4与乙醇混合后，发现在湿空气中发生水解并形成了凝胶。20世纪30年代W.Geffcken 证实用金属醇盐的水解和凝胶化可以制备氧化物薄膜。1971年德国H.Dislich 报道了通过金属醇盐水解制备了SiO 2-B 2O-Al 2O 3-Na 2O-K 2O 多组分玻璃。1975年 B.E.Yoldas 和M.Yamane 制得整块陶瓷材料及多孔透明氧化铝薄膜。80年代以来，在玻璃、氧化物涂层、功能陶瓷粉料以及传统方法难以制得的复合氧化物材料得到成功应用。 分类：溶胶-凝胶法按产生溶胶凝胶过程机制主要分成三种类型： (1)传统胶体型：通过控制溶液中金属离子的沉淀过程，使形成的颗粒不团聚成大颗粒而沉淀得到稳定均匀的溶胶，再经过蒸发得到凝胶。 (2)无机聚合物型：通过可溶性聚合物在水中或有机相中的溶胶过程，使金属离子均匀分散到其凝胶中。常用的聚合物有聚乙烯醇、硬脂酸等。(3)络合物型：通过络合剂将金属离子形成络合物，再经过溶胶，凝胶过程成络合物凝胶。 制备方法及原理：溶胶一凝胶科学技术是以金属醇盐为原料制作玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷以及其它功能无机材料的一种新工艺方法。溶胶-凝胶法制备材料的方法属于化学制备方法，溶胶-凝胶体的制备有3种途径：（1）溶胶溶液的凝胶化； （2）醇盐或硝酸盐前驱体的水解聚合，继之超临界干燥凝胶；（3）醇盐前驱体的水解聚合。 溶胶-凝胶法的化学过程首先是将原料分散在溶剂中，然后经水解反应生成活性单体，活性单体进行聚合，开始成为溶胶，进而生成具有一定空间结构的凝胶，经过干燥和热处理制备出纳米粒子和所需材料。其基本反应式为： ;)()()(424nHOR OH OR M O nH OR M n n +→+-水解： ;])()([)(22214-4O H O OH OR M OH OR M n n n n +→--）（缩聚：
纳米氧化锆-2017.12.21
纳米氧化锆相关资料分析 第一章 项目概况 投资公司：XXXXX 技术支持：XXXXXX 研发团队 投产项目：5nm 级氧化锆 总投资金额：2000万元 资金来源：融资方式 预计年产纳米氧化锆1200吨，单价４0万元/吨，预计年总营业额４.８亿元。 第二章 产品介绍 通常情况下Z r O 2有四种存在形式：无定形、常温下稳定的单斜晶相，常温下稳定的四方晶相（添加稳定剂），高温下稳定的立方晶相。 立方晶 四方晶 单斜晶 常规情况下：单斜氧化锆加热到1170度转化为四方氧化锆，这个转变速度很快并伴随7%-9%的体积收缩，但在冷却过程中，四方氧化锆往往不在1170度转变为单斜氧化锆，而在1000度左右转变，是一种滞后的转变，同时伴随着体积的膨胀。为了避免回到单斜相，必须通过外来氧化物对高温晶型进行稳定。这样，稳定的氧化锆在室温至熔点 的 温度围以相同的稳定的晶型存在。 单斜晶 四方晶 预投产项目可以在温度为420度时，即可在无须添加氧化稳定剂的情况下制备出5nm 级别四方晶相氧化锆。在目前市场，并未有同等级别产品。但是，制备温度的改变以及没有填加稳定剂的情况下，在常温条件晶体的稳定性及物理、化学性能是否改变，需研发团队出具具体技术结果。 1170o C 1000o C
（1）2017年11月锆英砂价格上涨3.13%至9900元/吨，港口库存环比下降3.26%至13.64万吨。地区为国主要锆矿砂资源地，省国土资源厅为保护当地资源，将严格控制锆英砂等矿物产量，未来国锆英砂供给量或将减少，锆英砂价格或将在高位继续上行。 （2）国环保限产影响全国约一半的氧氯化锆产能，氧氯化锆价格仍将持续提升。2017年等地氧氯化锆产能由于环保不达标被限制生产，国氧氯化锆供应出现短缺，价格快速上涨，最新成交价格15000元/吨，较年初9900元/吨上涨52%，随着冬季城市取暖季限产即将来临，预计氧氯化锆环保限产仍将持续，氧氯化锆价格仍将上涨。 作为生产企业投产纳米氧化锆，需要稳定的原材料来源以稳定产品的价格与质量，而锆英砂垄断性比较高，几大垄断巨头控制定价权。国氧氯化锆生产受制于环保要求，大规模减产。所以投产纳米氧化锆需要稳定的原材料来源，以确保生产销售的稳定性。
溶胶-凝胶法制备纳米氧化锌
溶胶-凝胶法制备纳米氧化锌 摘要：纳米氧化锌是一种新型高功能精细无机材料，在光电器件、化工、医药等众多方面有着广泛的应用。本文结合国内有关溶胶-凝胶法制备纳米氧化锌方面的研究论文，设计了一种以醋酸锌为前驱物，草酸为络合剂，柠檬酸三铵为表面改性剂，无水乙醇、去离子水为溶剂，用溶胶--凝胶法制备纳米氧化锌的最优工艺过程，介绍、分析了溶胶--凝胶法制备纳米氧化锌的原理、工艺以及影响氧化锌粉体粒度、形貌及分散性的因素。 关键词：溶胶-凝胶法纳米氧化锌工艺影响因素 1 引言 氧化锌，俗称锌白，分子式为ZnO。纳米氧化锌为白色或微黄色晶体粉末，属六方晶系纤锌矿结构，晶格常数为a=3.24×10-10m，c=5.19×10-10m，为两性氧化物，密度为5.68g/cm3，熔点为1975℃，溶于酸和碱金属氢氧化物、氨水、碳酸铵和氧化铵溶液，难溶于水和乙醇，无味，无毒，无臭，在空气中易吸收二氧化碳和水。 纳米氧化锌是一种新型高功能精细无机粉料，其粒子尺寸在1～100nm之间。由于颗粒尺寸细微化，纳米氧化锌能产生其本体块状材料所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，在磁、光、电、敏感等方面具有一些特殊性能。纳米氧化锌主要应用在橡胶、油漆、涂料、印染、玻璃、医药、化妆品和电子等工业，作为抗菌添加剂、防晒剂、光催化剂、气体传感器、图像记录材料、吸波材料、导电材料、压电材料、橡胶添加剂等[1]。 目前，纳米氧化锌的制备方法有很多，如沉淀法、微乳液法、溶胶- 凝胶法等，而溶胶--凝胶法因其制备均匀度高、纯度高及反应温度低、易于控制等优点，吸引了诸多的关注。 2 设计原理和反应原理 1.设计原理：溶胶--凝胶法制备纳米氧化锌。 溶胶--凝胶法是将金属有机或无机化合物经过溶液水解、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而形成氧化物或其他化合物粉体的方法，其过程是：用液体化学试剂或溶胶为反应物，在液相中均匀混合并进行反应，生成稳定且无沉淀的溶胶体系。放置一定时间后转变为凝胶，经脱水处理，在溶胶或凝胶状态下成型为制品，再经过烧结固化制备出致密的氧化物材料[2,9]。溶胶--凝胶法制得的粉体粒度可
纳米氧化锆陶瓷材料摩擦磨损情况研究
纳米氧化锆陶瓷材料摩擦磨损情况研究 青岛市技师学院王利利 近些年，很多学者对纳米氧化锆陶瓷的制备研究比较多，但是对其性能的研究相对较少一些。随着纳米材料的逐渐应用，尤其是医学应用领域，对其性能的要求越来越高，不仅要有良好的力学性能，还要有好的摩擦磨损性能。本文主要研究润滑条件下，纳米氧化锆陶瓷材料的摩擦磨损情况。 摩擦磨损实验用的试件是自制的3Y-TZP陶瓷块，纳米氧化锆复合粉体，在200Mpa的压力下，干压成型后再冷等静压成形，在1450oC常压烧结制备。经金刚石切割，精密磨床磨削加工后制成所需尺寸19X13X11.7。润滑液为10号机油，对磨环块是经淬火和回火处理而制成的GCr15钢环，摩擦表面也经过磨削加工并抛光。与纳米氧化锆陶瓷块对比的试件是氧化铝陶瓷块，含95%的三氧化二铝，尺寸同3Y-TZP陶瓷块。 润滑条件下的主要参数为：转速范围360转/分～840转/分，载荷（试验力）范围100N～1000N，室温，相对湿度为60%，润滑介质为10号机油。 一、摩擦系数 1.载荷对摩擦系数的影响 在10机油润滑条件下，测得的摩擦系数随载荷和转速的变化如图1所示。润滑条件下的摩擦系数明显比干摩擦时降低了很多，在0.05～0.14之间。从图中，我们可以看出来，随着法向载荷由100N到600N的逐渐增加，纳米ZrO2陶瓷材料的摩擦系数成上升趋势。因为加在试样上载荷增加了，两接触表面之间产生的摩擦力也大了，摩擦系数随着载荷的增加而上升，但是上升趋势越来越缓慢。 在转速240r/min的时候，摩擦系数随载荷变化不大，比较平稳；但是在840r/min的时候，摩擦系数随着载荷的波动变化比较大，100N至400N之间摩擦系数迅速上升，由0.0561迅速上升到0.1121，然后逐步平稳，在0.12附近波动。与其它几种常用的牙科医用材料相比，钛合金、镍铬合金在O．3左右，钴铬合金在O.25左右。A1203陶瓷的摩擦系数在0.45—0.70之间波 2 2.转速对摩擦系数的影响 从图1中，可以看出，无论载荷是多少，摩擦系数都随转速的增加而下降。分析其原因，在转速低的时候，试样与摩擦副的接触面磨合比较慢，粗糙度大，从而摩擦力就大，所以摩擦系数大；而转速高的时候，试样与摩擦副的接触面磨合迅速，表面的粗糙度小了，摩擦力就小了，所以摩擦系数就小。另外，转速增高了，摩擦表面产生了塑性变形，并且逐渐加剧，从而使接触面升温、软化，起到了润滑作用。所以，随着转速的增加，摩擦系数成下降趋势。 3.时间对摩擦系数的影响
纳米氧化锆厂家 纳米氧化锆价格
纳米氧化锆厂家纳米氧化锆价格 纳米氧化锆作为新型纳米材料之一，其价值和作用是很大的，尤其在工业等领域，发挥了很大的价值和作用。没错，下面小编要给大家介绍的就是纳米氧化锆。下面先让我们一起来了解一下，纳米氧化锆的性质有哪些吧！ 性质 纳米氧化锆具有抗热震性强、耐高温、化学稳定性好、材料复合性突出等特点。将纳米氧化锆与其他材料（Al?O3 、SiO?）复合，可以极大地提高材料的性能参数，提高其断裂韧性、抗弯强度等。因此，纳米二氧化锆不仅应用于结构陶瓷和功能陶瓷领域，也应用于提高金属材料的表面特性（热传导性、抗热震性、抗高温氧化性等）。利用纳米二氧化锆掺杂不同元素的导电特性，在高性能固体电池中用于电极制造。 纳米氧化锆粉体烧结成的陶瓷由于其相变增韧的良好性能已成为主要的结构陶瓷之一；在纳米复合材料研究中，将纳米二氧化锆作为弥散相对基体进行增强韧化，已取得显著的效果；
稳定纳米氧化锆作为一种理想的电解质已被广泛地应用于固体氧化物燃料电池中。 纳米氧化锆厂家哪家好？小编要给大家介绍的是京煌科技有限公司。 石家庄市京煌科技有限公司由河北科技大学教授创办，其前身为河北科技大学化工技术研究所，是一家以纳米高纯材料的研发、生产的科研院所型企业。公司长期服务于中国军工系统，69%的客户集中在军工企业和相关高校。 在锂电新能源领域先后研制成功纳米系列产品：锂电专用镁，铝，锆，钛，硅，铌，锂，锰，钙等纳米粉体材料；锂电专用碳纳米管粉体和浆料；锂电专用石墨烯和浆料产品；锂电池电解液纳米粉体添加剂材料等产品系列；同时京煌欢迎更多的科研院所和企业加入京煌锂电纳米材料生态型平台建设中来；为锂电新能源客户提供更多的纳米材料和产品解决方案。 京煌科技有限公司主营纳米氧化镁、纳米氧化锆等产品，产品种类齐全、满足客户们的不同要求。想了解更多详细信息和内容，欢迎大家点击咨询，京煌科技将竭诚为您服务！
沉淀法制备纳米氧化锌粉体讲义
沉淀法制备纳米氧化锌粉体 一、实验目的 1.了解沉淀法制备纳米粉体的实验原理。 2.掌握沉淀法制备纳米氧化锌的制备过程和化学反应原理。 3.了解实验产物粒度的表征手段，掌握激光纳米粒度仪的使用。 4.了解沉淀剂、实验条件对产物粒径分布的影响。 二、实验原理 氧化锌是一种重要的宽带隙（3.37eV）半导体氧化物，常温下激发键能为60meV。近年来，低维（0维、1维、2维）纳米材料由于具有新颖的性质已经引起了人们广泛的兴趣。纳米氧化锌由于晶粒的细微化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点，已经广泛的应用在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域。纳米氧化锌的制备方法有物理法和化学法，物理法主要包括机械粉碎法和深度塑形变形法，化学法包括沉淀法、溶胶—凝胶法、水热法、微乳液法等方法。本实验采用沉淀法制备纳米氧化锌粉体。 沉淀法包括直接沉淀法和均匀沉淀法。直接沉淀法是制备纳米氧化锌广泛采用的一种方法。其原理是在包含一种或多种离子的可溶性盐溶液中，加入沉淀剂（如OH-，CO32-等）后，在一定条件下生成沉淀并使其沉淀从溶液中析出，再将阴离子除去，沉淀经热分解最终制得纳米氧化锌。其中选用不同的沉淀剂，可得到不同的沉淀产物。均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子从溶液中缓慢地、均匀地释放出来，所加入的沉淀剂并不直接与被沉淀组分发生反应，而是通过沉淀剂在加热的情况下缓慢水解，在溶液中均匀地反应。 纳米颗粒在液相中的形成和析出分为两个过程，一个是核的形成过程，称为成核过程；另一个是核的长大，称为生长过程。这两个过程的控制对于产物的晶相、尺寸和形貌是非常重要的。 制备氧化锌常用的原料是可溶性的锌盐，如硝酸锌Zn(NO3)2、氯化锌ZnCl2、醋酸锌ZnAc2。常用的沉淀剂有氢氧化钠（NaOH）、氨水（NH3·H2O）、尿素（CO(NH2)2）等。一般情况下，锌盐在碱性条件下只能生成Zn(OH)2沉淀，不能得到氧化锌晶体，要得到氧化锌晶体需要进行高温煅烧。均匀沉淀法通常使用尿素作为沉淀剂，通过尿素分解反应在反应过程中产生NH3·H2O与锌离子反应生成沉淀。反应如下： OH-的生成： CO32-的生成： 形成前驱物碱式碳酸锌的反应： 热处理后得产物ZnO： 用NaOH作沉淀剂一步法直接制备纳米氧化锌的反应式如下： 该实验方法过程简单，不需要后煅烧处理就可以得到氧化锌晶体，而且可以通过调控Zn2+/OH-的摩尔比控制氧化锌纳米材料的形貌。 三、实验仪器与试剂
纳米二氧化锆研究进展_制备
纳米二氧化锆研究进展—— 制备Ξ 王晓莉1,安欣林2 (1.内蒙古石油化学工业检验测试所,内蒙古呼和浩特 010020;2.河北工业大学化工学院,天津红桥区 300130) 摘 要:本文主要对纳米二氧化锆的制备技术进行总结,阐述了各种制备技术的原理,并分析各种制备技术的优缺点。 关键词:纳米二氧化锆;水解法;制备 二氧化锆是唯一具有酸性、碱性、氧化性和还原性的金属氧化物,因此在工业合成、催化剂、催化剂载体、特种陶瓷等方面有较大的应用价值。为了更好满足应用方面的要求,二氧化锆呈现出高纯化、纳米化、复合化的发展趋势,因此纳米二氧化锆的制备研究〔1-3〕、介孔二氧化锆的制备研究〔4,5〕、二氧化锆的掺杂研究〔6-10〕等新兴课题将是未来一段时间需要大力开展的工作。 1 醇盐水解法 此法是将有机溶液中混合着锆和稳定剂的醇盐进行加水分解的方法。这种方法可以制得微细而高纯度的、易烧结的粉料。Zr(OR)4(R为烷基)一般可溶于乙醇,遇水后很容易分解成乙醇和氧化物或共水化物: Zr(OR)4+4H2O→Zr(OH)4↓+4HOR↑ 然后经过过滤、干燥、粉碎、煅烧得到二氧化锆粉体。 此法的优点是:①几乎全为一次粒子,团聚很少;②粒子的大小和形状均一;③化学纯度和相结构的单一性好。缺点是原料制备工艺较为复杂,成本较高。 2 水解沉淀法 此法是长时间地沸腾锆盐溶液,使水解生成的挥发性酸HC l或HNO3不断蒸发除去,从而使如下水解反应平衡不断向右移动: Z r OC l2+(3+n)H2O→Z r(OH)4 nH2O+2H C l↑ Z r O(N O3)2+(3+n)H2O→ Z r(OH)4 nH2O+2H N O3↑ 然后经过过滤、洗涤、干燥、煅烧等过程制得二氧化锆粉体。工艺流程图如下所示: 锆盐溶液→水解沉淀→过滤→洗涤→干燥 →煅烧→二氧化锆粉体 Zr OC l2浓度控制在0.2～0.3m o l L。 此法的优点是操作简便。缺点是反应时间较长(>48小时),耗能较大,所得粉体也存在团聚现象。3 反向胶团法〔11〕 反向胶团法是由水、油、表面活性剂组成的热力学体系,其中水被表面活性剂单层包裹形成微水池,分散在油相中。在这种具备纳米尺度的微水环境中,应用金属醇盐可制备纳米微粒,其原理是该环境中所产生的颗粒被微水池大小有效限制,使成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴内,形成球形颗粒且避免颗粒的进一步长大。 这一方法的关键之一是形成油包水型乳化液,且必须有适当的表面活性剂存在,以便形成稳定的乳化液。为此,所用的表面活性剂的亲水 疏水平衡常数应在3～6范围内。此外,金属离子以反胶团溶液形式存在,是利用反胶团制备超细粉的必要条件。 方小龙、杨传芳等〔12〕研究湿化学工艺条件对Zr O2(Y2O3)超细颗粒团聚的影响,实验分别用水相共沉淀法和反胶团共沉淀法制备了二氧化锆前驱体即氢氧化锆胶体,对前驱体分别进行水洗和无水乙醇超声洗涤,并在不同温度下真空干燥,干燥后的前驱体在600℃煅烧2h,得到晶体Zr O2(Y2O3)粉末。对干燥前驱体进行T G-D TA和FT I R分析,并对二氧化锆晶体颗粒进行T E M观察,证实反胶团法制备过程中乙氧基能紧密的吸附在沉淀物表面,从而使颗粒的分散性能增强,而且相对于水相共沉淀制备法,其前驱体吸附水较少,可以大大减少煅烧粉末中硬团聚的产生。 该法制得的Zr O2(Y2O3)粉体优点是分散性能好,颗粒粒度细,分布窄;缺点是生产过程复杂,成本也较高。 4 喷雾热分解法 03内蒙古石油化工 2007年第5期 Ξ收稿日期:2006-11-12
溶胶凝胶法制备氧化锌薄膜
一、所需试剂和实验仪器 试验中所需试剂（均为国药集团生产）及其作用: 二水合醋酸锌Zn(CH3COO)2?2H2O 金属前驱物 乙二醇甲醚CH3OCH2CH2OH 溶剂 无水乙醇CH3CH2OH 溶剂、清洗 异丙醇(CH3)2CHOH 溶剂 乙醇胺H2NCH2CH2OH 稳定剂 二乙醇胺HN(CH2CH2OH)2 稳定剂 九水合硝酸铝Al(NO3)3?9H2O 掺杂 丙酮CH3COCH3 清洗基片 浓盐酸HCL 清洗基片 去离子水H2O 清洗基片 制备薄膜的实验仪器设备 仪器型号用途 物理电子天平FA1104电子天平，测量前驱物及掺杂等物质 d=0.1mg，上海方瑞仪器 恒温磁力搅拌器78HW-1 型，金坛荣华仪器配制溶胶 台式匀胶机KW-4A 型台式匀胶机涂胶制备薄膜 中科院微电子研究所 电热恒温鼓风干燥箱DHG-9101.OSA 型预热处理薄膜 管式电阻炉SK-2-2-12 型预热和最终高温处理薄膜 上海实验电炉 测试仪器 X-射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、扫描电镜SEM、Hitachi-F4500荧光光谱仪等。 其它 石英硅片
二、实验步骤 （一）ZnO 前驱溶胶的制备 1、配制0.75 M 的溶胶： 用电子天平（精度为0.1mg）准确称取8.2621g 二水合醋酸锌放入大约30 mL 的乙醇溶剂中用具塞三角瓶盛放，用恒温磁力搅拌器搅拌并保持温度为70℃，10 分钟后加入4.60 mL的乙醇胺稳定剂，搅拌10 分钟后，待其冷却后在50 mL 容量瓶中用乙醇滴定，配制成0.75 M 的溶胶，最后在70℃的恒温磁力搅拌器上搅拌 1 小时后，形成均一透明的溶胶，至少静置48 小时后待用。在相同的条件下，分别用异丙醇（IPA），乙二醇甲醚（EGME）做为溶剂配制0.75 M 的ZnO 前驱物溶胶，至此我们配制了三种不同溶剂的ZnO 溶胶备用。 2、ZnO 薄膜的制备 我们选用石英片作为衬底。 （1）基片的清洗：采用石英片为基板，在涂膜前依次用浓盐酸、酒精、丙酮和丙酮酒精混合物以及去离子水在超声仪中清洗15 分钟，然后用于涂膜。 （2）薄膜的制备：我们在这次实验中采取四次涂膜。采用旋涂法进行涂膜，涂膜时先低转速600r/min，时间 6 s，然后高转速为3000 r/min，旋转时间为30s。涂膜结束后立即放入200o C 的烘箱中干燥10min，然后放入管式炉中进行500o C 热处理10 min。每一薄膜试样重复上述涂膜过程4 次。获得的ZnO 薄膜样品最后在600℃热处理 1 小时。 三、厚度、表面形貌及光学性质检测 1、X-射线衍射仪（X-Ray Diffraction） 从XRD 的结果可以确定晶体的物相、晶格常数和颗粒大小，还可根据峰的
纳米氧化锆粉体的合成与表征
纳米氧化锆粉体的合成与表征 李杰119024189 无111 1 引言 二氧化锆是制备特种陶瓷最重要的原料之一，由于其具有优良的机械、热学、电学、光学性质而在高温结构材料、高温光学元件、氧敏元件、燃料电池等方面有着广泛的应用，它是2l 世纪最有发展前景的功能材料之一。而控制氧化锆前驱粒子的颗粒尺寸对制备高性能氧化锆陶瓷具有重要意义。 本研究采用水／环己烷／辛基苯基聚氧乙烯醚（Triton X-100 ）／正己醇四元油包水体系，通过反相微乳液法制备了纳米ZrO2 粉体，用TEM,XRD 等对所制备的纳米粉体进行了表征，研究了煅烧温度、pH 值、陈化时间对ZrO2 纳米粒子结构与性能的影响。结果表明，以单斜相为主的ZrO2 纳米粉体，其晶粒尺寸可控制在20 nm左右；随着煅烧温度的提高，ZrO2的结晶程度逐渐提高；随着pH 值的提高，少量四方相ZrO2 全部转化为单斜相；随着陈化时间的增加，ZrO2 颗粒尺寸变大。 2 结构性质 自然界的氧化锆矿物原料，主要有斜锆石和锆英石。纯氧化锆的分子量为123.22,理论密度是5.89g/cm3,熔点为2715C。通常含有少量的氧化铪，难以分离，但是对氧化锆的性能没有明显的影响。氧化锆有三种晶体形态：单斜、四方、立方晶相。常温下氧化锆只以单斜相出现，加热到1100C左右转变为四方相，加热到更高温度会转化为立方相。由于在单斜相向四方相转变的时候会产生较大的体积变化，冷却的时候又会向相反的方向发生较大的体积变化，容易造成产品的开裂，限制了纯氧化锆在高温领域的应用。但是添加稳定剂以后，四方相可以在常温下稳定，因此在加热以后不会发生体积的突变，大大拓展了氧化锆的应用范围。 3 用途 3.1 ZrO2在特种陶瓷中的应用 由于高纯ZrO2 具有优良的物理化学性质,当其与某些物质复合时,在不同条件下又具有对电、光、声、气和温度等的敏感特性,使其广泛用于电子陶瓷、 功能陶瓷和结构陶瓷等高新技术领域。 3.1.1 电子陶瓷 ZrO2 在电子陶瓷中的应用主要有压电元件（如发火元件、助听器、拾音器等）,滤波器（用于电视机、收录机、共电式无线电收发机等）,超声波振荡器（用于潜艇音纳、鱼群探测器和测深仪等）,蜂鸣器（用于电子计算机输入功率鉴定信号机、曲调桌式电子计算机、数字显示手表及闹钟等）及高温导体等。 3.1.2 功能陶瓷