纳米氧化锌的制备及其应用
纳米氧化锌的制备、表面改性及应用
纳米氧化锌的制备、表面改性及应用【摘要】纳米氧化锌是一种具有广泛应用前景的材料，其在光电器件、生物医药和环境保护领域均有重要应用。
本文将首先介绍纳米氧化锌的制备方法和表面改性技术，然后探讨其在光电器件中的应用和在生物医药领域中的潜力，最后讨论其在环境保护中的作用。
通过对这些方面的探讨，可以更好地了解纳米氧化锌在不同领域的应用和价值，同时也展望了其未来在科学研究和工程应用中的发展方向和趋势。
纳米氧化锌的研究不仅可以促进材料科学的发展，还有望为解决当下社会面临的环境和健康问题提供新的解决方案。
【关键词】纳米氧化锌、制备、表面改性、应用、光电器件、生物医药、环境保护、应用前景、研究展望1. 引言1.1 纳米氧化锌的研究背景纳米氧化锌是一种重要的纳米材料，在过去几十年里受到了广泛的研究。
纳米氧化锌具有较大的比表面积、优异的光学、电学性能和良好的化学稳定性，因此被广泛应用于各个领域。
纳米氧化锌的研究背景主要包括以下几个方面：纳米氧化锌的独特性能和结构使其成为一种优异的光电材料，能够广泛应用于光电器件、传感器等领域；纳米氧化锌具有良好的生物相容性和生物活性，在生物医药领域具有很高的应用价值；纳米氧化锌还具有良好的光催化性能和抗菌性能，在环境保护领域也具有广阔的应用前景。
对纳米氧化锌的研究具有重要的意义，能够推动材料科学和应用领域的发展。
1.2 纳米氧化锌的研究意义纳米氧化锌具有优异的光电性能，具有较高的光吸收率和导电性，使其在光电器件领域有着广泛的应用前景。
利用纳米氧化锌可以制备高效的太阳能电池、光电探测器等器件，提高器件的性能和稳定性。
纳米氧化锌具有良好的生物相容性和生物活性，被广泛应用于生物医药领域。
纳米氧化锌可以作为药物载体，具有控释和靶向释放的功能，可以用于治疗肿瘤、炎症等疾病，也可以用于生物成像和诊断。
纳米氧化锌还具有良好的催化活性和光催化性能，被广泛应用于环境保护领域。
纳米氧化锌可以用于水处理、空气净化等领域，去除有害物质和污染物，净化环境，保护生态。
纳米氧化锌的制备及其在涂料中的应用
纳米氧化锌的制备及其在涂料中的应用摘要：以草酸锌（ZnC2O4）和碳酸氢铵（NH4HCO3）为原料，采用化学法中的直接沉淀法，在锌离子浓度为0.50mol?L-1、反应温度为45℃且反应时间为1h条件下制备出前驱体，再将其置于300℃的马弗炉中煅烧2h制备出纳米氧化锌粒子。
并用透射电子显微镜（TEM）、X—射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对它的结构和形貌进行表征，其粒径大部分处在20~80nm，并且通过对比JCPDS标准卡可得知前驱体为碱式碳酸锌[ZnO5（OH）6（CO3）2]。
从紫外屏蔽性、抗菌性、阻燃性、防腐性四个方面探讨了纳米氧化锌对涂料的影响。
关键词：纳米氧化锌；直接沉淀法；涂料1 绪论1.1 纳米氧化锌概述纳米氧化锌（ZnO）作为纳米材料，其粒子直径处于1-100 nm之间，它是自身具有独特性质的新型多功能产品，它在光学性、电学性、磁性、热学性、催化性等方面表现出很多独特的性质。
人们利用这些特性制造出了许多与人类生活息息相关的东西，如光学传感器、荧光物体、紫外屏蔽材料、变阻器、压敏电阻、压电材料、图像存储材料、电源开关、高效催化剂和塑料薄膜等。
纳米氧化锌是一种具有多功能的新型材料，由于晶粒是纳米级，它的表面电子结构和内部结构发生变化，产生了只有纳米粒子才具有的特性，也就是小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应。
除此之外它还具有比宏观物体更高的透明度和更高的分散性等特点。
目前为止我们发现它在光学、电学、磁学、催化、热力学等方面展现出许多优异的性能，从而使得它在陶瓷、橡胶、电子、纺织、生物、涂料等许多行业成为无可替代的材料，它拥有大尺寸氧化锌所无法拥有的功能。
纳米氧化锌具体可用于制作抗紫外光材料、抗菌添加剂、防火材料、光催化材料等等。
因为纳米氧化锌自从被发现以来广受各界好评，所以受到世界上很多科研人员的追捧，导致了世界性的研究热潮。
1.2 纳米氧化锌的制备方法制备纳米氧化锌的方法主要分为三大类：物理法、化学法和综合法。
浅析纳米氧化锌的制备及应用现状
质中，与基料没有结合力，易造成界面 缺陷，导致材料的性能下降。
故表面改性在纳米氧化锌的应用过 程中起着至关重要的作用。表面改性是
指采用物理、化学、机械等方法，来处 理纳米颗粒表面有目的地改变纳米颗粒 表面的物理化学性质，以满足其不同应 用领域的需求。[1]
2. 纳米氧化锌的制备方法概述
制备纳米氧化锌主要有三种方法： 纳米微粒。
有效的方法。
直接沉淀法所得到的产品粒径分
优点：对环境和人的毒害很小；反
布比较窄、分散性也很好，所以工业 应先驱体易得，成本低，制品晶粒结
化被大为看好。
晶完好、无团聚、分散性好。[1]
优点：设备要求低、工艺主要是通过制备两种微
缺点：后处理时，除去沉淀剂阴离 乳液：含盐离子乳液和含沉淀剂乳液，
在不同的条件下，氧化锌晶体呈现 出三种类型：纤锌矿结构、岩盐型结构 和闪锌矿结构。在常温常压条件下，六 方纤锌矿结构形式的氧化锌晶体的热力 学最为稳定，故研究该结构对于调控该 晶体生长具有重要意义。
纤锌矿结构的氧化锌晶体模型示意图
中国粉体工业 2018 No.5 11
纳米氧化锌的高表面能，使其处于 热力学非稳定状态，极易聚集成团，从 而会影响颗粒的应用效果；表面亲水疏 油，呈强极性，难于均匀分散在有机介
1. 纳米氧化锌概述
纳米氧化锌作为一种新型多功能无 机材料，粒子尺寸介于 1 ～ 100nm，由 于其比表面积大，表面活性较大，故呈 现出表面效应、体积效应、量子隧道效 应等特性。纳米氧化锌热稳定性和化学 稳定性较好，具有无毒、非迁移性、低
介质常数、高透光率、光催化性能、荧 光性、压电性、吸收和散射紫外线的能 力等特点，使其作为半导体、压电材料、 催化材料、紫外屏蔽等材料，在陶瓷、 纺织、化妆品、电子、建材、环境等行 业中得到广泛的应用与研究。[1]
纳米氧化锌的制备及应用
当代化工研究Modem Chemical Research168科研开发2019•10纳米氧化锌的制备及应用*肖迪(奎屯市第一高级中学新疆833200)摘要：纳米氧化锌的制备根据反应物相态不同大致可分为固相法、液相法和气相法.本文以此为基础，综述了制备方法并指出了方法对应餉优缺点，最后对纳米氧化锌在抗菌、光催化、橡胶和陶瓷领域的应用作了简要介绍，并对未来的发展做了展望.关键词：纳米氧化锌；制备；应用中图分类号：TQ文献标识码：APreparation and Application of Nano-zinc OxideXiao Di(Kuitun No.l Senior High School,Xinjiang,833200)Abstract z The preparation of n ano-zinc oxide can be roughly divided into solid p hase method,liquid p hase method and gas phase method according to the p hase state of t he reactants.Based on this,the p reparation methods yvere summarized and their advantages and disadvantages were pointed out in this paper.Finally,the applications of n ano-zinc oxide in the f ields of a ntimicrobial,photocatalytic,rubber and ceramics were briefly introduced,and the f uture development was prospected.Key words：nano-zinc oxidei preparation^application纳米氧化锌粉体是一种粒径介于l-100nm的超微颗粒材料，由于纳米材料所呈现出的表面效应、量子隧道效应和小尺寸效应，使其具备了不同于传统材料独特的性质。
纳米氧化锌的制备及其在牙科中的应用
渐增加 ， １ ｏ 在 ２ｍｍ ＶＬ时， 表现出完全抑制微 生物生长 。
２ 纳米氧化锌的制备方法及其特点
纳米 氧化锌 的制备 方法 可分 为机械法 和化学法 。 ２１ 机械法 ． 机械法是采用电 、 光等技术 ， 材料在惰性气 使
或真空蒸发 ， 使原子或分子形成纳米粒子 ， 如机械粉碎 、 重离
难， 粒子粒径分布 宽、 分散性差。
均匀沉淀法 ： 利用化学 反应 ， 使溶液 中 的构 晶离 子从溶 液 中均匀 、 缓慢地 释放 出来 ， 并加入沉淀剂如尿素等 ， 通过化
学反应缓慢地生成纳米粒子 。其优点是颗粒 均匀 而致密 ， 避
基金项 目： 成都军区“ 十一五” 医学科研计划课题 （ Ｂ ９ ２ ） Ｍ ０ ０ ５ 作者单位 ：５０ ２昆明 ， 军区昆明总医 院、 ６０３ 成都 昆明医学院 临床 学院 口腔科
・
１０・ ０
西南 国防医药 ２ １ ０ ２年 １月第 ２ ２卷第 １ 期
综 述 ・ 座 讲
纳 米 氧化锌 的制 备及 其在 牙 科 中的应用 化锌 ； 制备 ； 牙科 ； 应用
中图分 类号 Ｒ ７ １０ ８ ．５ 文献标 识码 Ａ
ｄ ｉ１ ．９ ９ ｉ ｎ １０ ０ ８ ．０ ２０ ．５ ｏ ：０ ３６ ４． ｓ．０４． １８ ２ １ ． １００ ｓ 文章 编 号 １０ ０ ８ （０ ２ ０ ０ ０ ０ ０ ４． １８ ２ １ ） １． １０． ３
纳米粒 子因其独 特 的物 理、 学和生 物特性 ， 化 已被 广泛 关 注和应用 】 。纳米氧化锌是一种新型多功能无机 材料 ，
子轰击 、 熔融骤冷 、 气相沉积 等 ， 这些方法制得的颗粒 度易控
制 ， 因设备 昂贵而 限制 了它 的广泛应 用 。与化 学法相 比， 但
纳米氧化锌的制备与应用研究
Ｋｅ ｒ ｓ ｎ ｎ ｍｅ ｅ ｉ ｃ ｏ ｉ ｅ ｓ ｌ ｈ ｓ ｔ ｏ ｌ ｕｄ ｐ ａ ｅ ｍｅｈ ｄ ｙ ｗｏ ｄ ： ａ ｏ ｔ ｒｚｎ ｘｄ ； ｏｉ ｐ ａ ｅ ｍｅｈ ｄ；ｉ ｉ ｈ ｓ ｔ ｏ ｄ ｑ
１ 纳 米 氧化 锌 制 备 工 艺 概 述
１ １ 固相法 ．
ｏ ｉ ｅ ｗ ｒ ｕ ｘｄ ｅ ｅ ｓ ｍｍａ ｚ ｄ Ａ ｃ ｒ ｉｇ ｔ ｈ ａｕ ａ ｔｔ ｆ ｒｗ ｔｒａｓ ｔ ｅ ｍｅｈ ｄ ａ ｅ ｃ ａ ｓｆ ｄ ｓ ｌ ｈ ｓ ｌ ｕ ｄ ｉ ｒ ｅ ． ｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ｎ ｔ ｒ ｌ ｓ ｅ ｏ ａ ｍａｅ ｉ ｌ ，ｈ ｔ ｏ ｓ ｃ ｎ ｂ ｌ ｓｉ ｅ ｏ ｉ ｐ ａ ｅ，ｉ ｉ ａ ｉ ｄ ｑ
不 均匀 、 反应 速度不 可控 制等 缺点 ； 可克服 溶胶 一 又 凝胶 法使 用 的金属 醇盐 成本 高 的缺 点 。
配位 沉 淀 法 是 用 氨 水 及 碳 酸 盐 为 配 位 剂 浸
溶胶 一凝胶 法 是 将 锌盐 分 散 在 溶 剂 中 ， 然后 经 过水 解反 应生 成活性 单 体 ， 单 体进行 聚合 ， 始 活性 开
ｍｅ ｅ ｉ ｃ ｏ ｉ ｅ ｉ ｉ ｅ ｅ ｔｆ ｌ ｓ ｗｅ ｅ ｉｔｏ ｕ ｅ ｎ ｄ ｔｉ ， ｕ ｈ ａ ｎ ｉ ａ ｔ ｒ ｌｄ ｏ ｏ ａ ｔ ｄ ｓｎ ｅ ｔ ｎ ｎ ｎ ｉ—ＵＶ ｔｒｚｎ ｘｄ ｎ ｄ ｆ ｒ ｎ ｅ ｄ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｉ ｅａｌ ｓ ｃ ｓ ａ ｔ ｃ ｅ ｉ ｅ ｄ ｒ ｎ ， ｉ ｆｃ ａ ｔ ａ ｄ ａ ｔ ｆ ｉ ｂ ａ ｉ ｐ ｏ ｕ ｔ ； ａ ａｙ ｔ ｎ ｈ ｔ ｃ ｔ ｌｓｓ ａ ｄ ｇ ｓ ｓ ｎ ｏ ｓａ ｄ ｐ ｅ ｏ ｌ ｃｒｃ ｍａｅ ａｓ ｅｃ ．Ｍｅ ｎ ｉ ， ｏ ｘ ｓｉｇ ｐ ｏ ｌｍｓ ｒ ｄ ｃｓ ｃ ｔ ｌｓｓ ａ ｄ ｐ ｏ ｏ ａａｙ ｔ ； ｎ ａ ｅ ｓ ｒ ｎ ｉｚ ｅ ｅ ｔ ｔｒ ｌ ｔ． ｉ ｉ ａ ｗｈ ｌ ｓ ｍｅ ｅ ｉｔ ｒ ｂｅ ｅ ｎ
纳米氧化锌制备原理与技术
纳米氧化锌制备原理与技术纳米氧化锌是一种重要的纳米功能材料，具有广泛的应用前景，例如在光电子器件、催化剂、生物医学和能源存储等领域。
其制备方法有溶胶-凝胶法、水热法、热分解法、沉淀法和气相沉积法等。
其中，溶胶-凝胶法是一种常用的制备纳米氧化锌的方法，其原理是将适当的氧化锌前体物加入溶液中，通过溶胶的形成和后续的凝胶过程来制备氧化锌纳米颗粒。
具体步骤如下：1. 选择适当的氧化锌前体物，常见的有锌醋酸盐、硝酸锌和氯化锌等。
这些前体物可以在溶液中迅速溶解，形成锌离子。
2. 在溶胶形成过程中，通过控制溶液的pH值、温度和浓度等条件，促进锌离子自聚集和有序排列形成纳米颗粒。
同时，可以加入表面活性剂来调节纳米颗粒的尺寸和形貌。
3. 溶胶形成后，将其转化为凝胶。
通常通过调节温度、保持时间和加入适量的凝胶剂来实现凝胶过程。
凝胶的形成可以使纳米颗粒稳定固定在一定的位置。
4. 最后，通过干燥、煅烧等处理来得到纳米氧化锌。
将凝胶样品进行高温处理，可以使氧化锌纳米颗粒进一步固化和晶化，得到所需的纳米氧化锌粉末。
与溶胶-凝胶法不同，水热法是一种利用高温、高压条件下水溶液反应来制备纳米氧化锌的方法。
其原理是在水溶液中加入适量的氧化锌前体物，并在高温高压条件下进行反应。
具体步骤如下：1. 在适当的溶剂中溶解氧化锌前体物，如硝酸锌。
2. 将溶解好的前体物加入压力容器中，加入一定量的表面活性剂和模板剂，并控制好溶液的pH值和温度。
3. 将压力容器密封，并放入高温高压反应釜中进行水热反应。
在高温高压的条件下，溶液中的氧化锌前体物会发生晶化反应，并形成纳米颗粒。
同时，表面活性剂和模板剂的作用下，纳米颗粒的尺寸和形貌可以得到控制。
4. 反应结束后，将压力容器取出，并进行冷却、过滤和干燥等处理。
最终可以得到纳米氧化锌的粉末产品。
总的来说，纳米氧化锌的制备原理主要通过控制氧化锌前体物的溶解和晶化反应，以及后续的固化和晶化过程来实现。
不同的制备方法有其各自的优点和适用范围，可以根据实际需求选择合适的方法来获得所需的纳米氧化锌产品。
纳米氧化锌的制备、掺杂及性能研究
2.期刊论文董少英.唐二军.尚玉光.潘乐溶胶-凝胶法制备纳米氧化锌-河北化工2008,31(9)
以醋酸锌为原料,柠檬酸三铵为改性剂,通过溶胶-凝胶法制备了纳米氧化锌.分别研究了主盐浓度、溶剂用量、改性剂用量、胶溶剂种类、干燥温度和时间、煅烧温度和时间等条件的影响.使用傅立叶变换红外光谱仪测定氧化锌前驱体及产物的化学组成,用X射线衍射仪考察氧化锌微粒晶体的晶型结构并计算其大小.最终所得产物粒径在40 nm左右,且分散性较好,颗粒均匀.
9.学位论文沈琳氧化锌纳/微米材料的制备及抗菌性能研究2007
自然界的有害细菌、真菌和病毒等微生物是人类遭受传染、诱发疾病的主要原因。历史上天花、流感肆虐,以及近年来爆发的疯牛病、SARS、禽流感等,一度引起了全世界的恐慌,严重威胁到了人类的健康。在这种形势下,如何有效地抑制有害细菌的生长、繁殖,或彻底杀灭有害细菌这一课题
2.研究了溶胶-凝胶法合成ZnO纳米抗菌材料。用溶胶-凝胶法成功合成了ZnO纳米颗粒,通过改变反应温度、反应时间、反应物浓度、加水量和煅烧温度可以有效地调控纳米ZnO胶粒的尺寸。与水热法制备的ZnO以及市售的产品相比,溶胶-凝胶法制备的ZnO的抗菌效果最好。发现纳米ZnO的抗菌效果与粒径密切相关。其中,粒径5 nm以上的ZnO颗粒粒径越小,抗菌效果越好;而粒径小于5 nm的ZnO颗粒的抗菌效果随粒径减小变差。
6.学位论文权传斌纳米氧化锌及其复合材料的制备与表征2007
纳米ZnO是一种新型Ⅱ~Ⅵ族宽禁带半导体材料,而掺铝氧化锌(ZnO:Al,ZAO)纳米材料以及纳米ZnO的SiO<,2>基复合材料具有优良的光电性能及广泛的应用领域倍受研究人员关注。本论文主要对掺杂的氧化锌纳米材料和纳米氧化锌的复合材料的制备及其光学性能进行研究,并研究了它们的发光机制,探讨材料的合成-结构-性能之间的关系。
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纳米氧化锌的制备及其应用学院：电子信息学院专业：电子科学与技术班级： 101 班学号： 1007010043学生姓名：杨晓玲2014年1月3日纳米氧化锌的制备及其应用电子信息学院杨晓玲 1007010043摘要纳米氧化锌作为一种功能材料，有着许多有益的性能和广泛的应用。
通过对纳米氧化锌的主要制备技术过程和工艺特点，介绍了纳米氧化锌在各个领域的应用。
关键词：纳米氧化锌，制备，应用Abstract Nanometer zinc oxide as a kind of functional material, has many good properties and wide application. Through the process of main preparation technology of nanometer zinc oxide and the technological characteristics, the author introduces the application of nanometer zinc oxide in various fields.Key words: nano zinc oxide, preparation, application一、前言近年来纳米材料因其独特的物理化学作用而被广为重视并逐步应用于各个领域，纳米氧化锌粒子作为联系宏观物体及微观粒子的桥梁其潜在的重要性毋庸置疑一些发达国家都投入大量资金开展预研究工作国内的许多科研院所、高等院校也组织科研力量开展纳米材料的研究工作。
纳米氧化锌是一种面向21 世纪的新型高功能精细无机产品其粒径介于1～100nm,由于具有纳米材料的结构特点和性质使得纳米氧化锌产生了表面效应及体积效应等从而使其在磁、光、电、敏感性等方面具有一般氧化锌产品无法比拟的特殊性能和新用途。
二、纳米氧化锌的结构分析采用沉淀法制备了纳米氧化锌粉体,利用 Rietveld方法[1]对所得样品的结构进行了精修，结果显示所得纳米氧化锌为六方结构，空间群为P63mc，其晶胞参数口=3．2533A，c=5.2129A，与氧化锌体相材料相比其晶胞参数明显增大。
纳米氧化锌(ZnO)是近年来发现的一种高新技术材料，是极少数几种可以实现量子尺寸效应的氧化物半导体材料。
随着纳米氧化锌制备工艺的深入研究，ZnO粒子的超细化，使其呈现出传统 ZnO所不具备的特殊性能，如无毒和非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，因而具有广的应用前景 J。
近年来，随着纳米材料的兴起，如何表征纳米粉体的粒径及结构是人们关注的热点之一，虽然可用于表征纳米颗粒的方法较多，但是受设备及测试经费等因素的制约，人们多采用 x射线衍射(Ⅺ)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等方法来对纳米颗粒进行表征。
2.1实 验称取一定量的 NaCO3溶于去离子水中，加入少量表面活性剂溶液，待溶液混合均匀后搅拌加入到一定体积的zn(NO3)2溶液中，反应得到的碱式碳酸锌经抽滤、洗涤、烘干，再在一定温度下煅烧即得氧化锌粉体样品。
TEM 采用 JEM100CXII 型透射电子显微镜[2]测得 ，x 射线粉末衍射用 MSAL —XD2型转靶 X 射线粉末衍射仪，铜靶，采用 FullPr0f2000E ’J 软件对所得数据进行结构精修。
2.2 结果与讨论采用上述方法制备的纳米氧化锌粉体的TEM 照片如图 1所示，由图中可以看出，纳米氧化锌为球形颗粒，粒径约为20纳米左右，粉体团聚现象很明显，边界的清晰度也较差。
图2为纳米氧化锌样品的 XRD 谱图，从图中可见，采用上述方法制备的纳米氧化锌具有明显的六方结构，空间群为 P63mc ，而由于晶粒细化以及内应力的存在使得其衍射峰出现了明显的宽化现象，采用谢乐公式[4]对其粒径计算的结果为 18nm ，与TEM 测的结果基本一致。
为了精确测得纳米氧化锌的晶胞参数等结构信息，我们采用 Rieweld 方法对所制得的纳米氧化锌样品进行了结构精修，分析软件为 FullProf2000．初始模型根据文献报道建立，其中 a=3．2498A ，c=5．2066A ，u=0．3825．对晶体的单胞常数、原子位置、峰形参数、温度因子等参数进行了精修，精修结果如表1示。
图1 纳米ZnO 粉体的TEM 照片[3] 图2 纳米ZnO 粉体的XRD 图谱图中的黑色圆点为实验数据，红色“+”为计算的数据，中间的短竖线代表布拉格位置，最下面的曲线为电氧化锌的研制”。
三、纳米氧化锌的性质3.1表面效应表面效应是指纳米粒子表面原子与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化[5]，随着粒径减小表面原子数迅速增加，另外随着粒径的减小纳米粒子的表面积、表面能及表面结合都迅速增大这主要是由于粒径越小处于表面的原子数越多表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同表面原子周围缺少相邻的原子有许多悬空键具有不饱和性质易与其它原子相结合而稳定下来故具有很大的化学活性晶体微粒化伴有这种活性表面原子的增多其表面能大大增加伴随表面能的增加其颗粒的表面原子数增多表面原子数与颗粒的总原子数的比值被增大于是便产生了“表面效应”即“表面能”与“体积能”的区分就失去了意义使其表面与内部的晶格振动产生了显著变化导致纳米材料具有许多奇特的性能3.2体积效应当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时周期性的边界条件将被破坏磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化剂及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化这就是纳米粒子的体积效应这种体积效应为实用四、纳米氧化锌的制备技术制备纳米氧化锌的方法主要是物理法和化学法。
其中化学法是常用的方法。
4.1物理法物理法包括机械粉碎法和深度塑性变形法。
机械粉碎法是采用特殊的机械粉碎[6]、电火花爆炸等技术将普通级别的氧化锌粉碎至超细。
其中张伟等人利用，最后对未来的应用前景提出看法用立式振动磨制备纳米粉体 ,得到了α-Al2O3，ZnO、MgSiO3等超微粉最细度达到 0. 法虽然工艺简单但却具有能耗大,产品纯度低 ,粒度分布不均匀 ,研磨介质的尺寸和进料的细度影响粉碎效能等缺点。
最大的不足是该法得不到1—100nm 的粉体 ,因此工业上并不常用此法;而深度塑性变形法是使原材料在净静压作用下发生严重塑性形变 ,使材料的尺寸细化到纳米量级[7]。
这种独特的方法最初是由 Islamgaliev 等人于 1994 年初发展起来的。
该法制的氧化锌粉体纯度高，粒度可控,但对生产设备的要求却很高。
总的说来 ,物理法制备纳米氧化锌存在着耗能大 ,产品粒度不均匀,甚至达不到纳米级,产品纯度不高等缺点,工业上不常采用,发展前景也不大。
4.2化学法化学法具有成本低 ,设备简单 ,易放大进行工业化生产等特点。
主要分溶胶-凝胶法、醇盐水解法、直接沉淀法、均匀沉淀法等。
4.2.1溶胶凝胶溶胶-凝胶法制备纳米粉体[8]的工作开始于 20 世纪60年代。
近年来,用此法制备纳米微粒、纳米薄膜、纳米复合材料等的报道很多。
它是以金属醇盐Zn(OR)2为原料 ,在有机介质中对其进行水解、缩聚反应 ,使溶液经溶胶化得到凝胶 ,凝胶再经干燥、煅烧成粉体的方法。
此法生产的产品粒度小、纯度高、反应温度低(可以比传统方法低 400 —500 ℃),过程易控制;颗粒分布均匀、团聚少、介电性能较好。
但成本昂贵 ,排放物对环境有污染 ,有待改善。
水解反应: Zn(OR)2 + 2H2O →Zn(OH)2 +2ROH 缩聚反应:Zn(OH)2 →ZnO + H2O 4.2.2醇盐水解法醇盐水解法是利用金属醇盐在水中快速水解,形成氢氧化物沉淀 ,沉淀再经水洗、干燥、煅烧而得到纳米粉体的方法。
该法突出的优点是反应条件温和,操作简单。
缺点是反应中易形成不均匀成核 ,且原料成本高。
例如以 Zn(OC2 H5 )2 为原料 ,发生以下反应: Zn(OC2 H5 )2 +2H2 O →Zn(OH)2 +2C2 H5 OH Zn(OH)2 →ZnO + H2 O4.2.3直接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人沉淀剂,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。
就资料报道看 ,常见的沉淀剂为氨水、碳酸氢铵、尿素等。
以 NH3 ·H2 O作沉淀剂[9] : Zn2+ +2NH3 ·H2 O →Zn(OH)2 +2NH Zn(OH)2 →ZnO + H2 O 以碳酸氢铵作沉淀剂: . 2Zn2++ 2NH4HCO3→Zn2(OH)2CO3+2NH4+Zn2(OH)2CO3→2ZnO + CO2+ H2O以尿素作沉淀剂:CO(NH2)2+2H2O→CO2+2NH3·H2O3Zn2++ CO32-+4OH-+ H2O→ZnCO3·2Zn(OH2H2OZnCO3·2Zn(OH)2H2O→ZnO + CO2+ H2O直接沉淀操作简单易行,对设备技术要求不高,产物纯度高,不易引人其它杂质,成本较低但是,此方法的缺点是洗涤沉淀中的阴离子较困难,且生成的产品粒子粒径分布较宽。
因此工业上不常用。
4.2.4均匀沉淀法均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶微粒从溶液中缓慢地、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,而是通过化学反应使其在整个溶液中均匀缓慢地析出。
常用的均匀沉淀剂有尿素(CO(NH2)2)和六亚甲基四胺(C6H12N3)。
所得粉末粒径一般为8—60nm。
其中卫志贤等人以尿素和硝酸锌为原料制备氧化锌。
他们得出的结论是:温度是影响产品粒径的最敏感因素温度低,尿素水解慢,溶液中氢氧化锌的过饱和比低,粒径大;温度过高,尿素产生缩合反应生成缩二脲等,氢氧化锌过饱和比低,溶液粘稠,不易干燥,最终产品颗较大。
另外,反应物的浓度及尿素与硝酸锌的配比也影响溶液中氢氧锌的过饱和比。
浓度越高,在相同的温度下,氢氧化锌的过饱和比越大。
但是过高的浓度和尿素与硝酸锌的比值,使产品的洗涤、干燥变得困难,反应时过长,也将造成后期溶液过饱和比降低,粒径变大。
因此他们得到的最佳工艺条反应温度<130℃、反应时间150min、尿素与硝酸锌的配比2.5—4.0∶1(摩尔比)[10]由此可看出,均匀沉淀法得到的微粒粒径分布较窄,分散性好,工业化景佳,是制备纳米氧化锌的理想方法。
4.2.5水热法水热法最初是用来研究地球矿物成因的一种手段,它是通过高压釜中适合水热条件下的化学反应实现从原子、分子的微粒构筑和晶体生长。