纳米材料氧化锌的制备与应用
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应用
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。
纳米氧化锌的制备方法
纳米氧化锌的制备方法纳米氧化锌是一种具有广泛应用前景的纳米材料，在催化、光催化、光电子器件、生物医学和涂料等领域有着重要的应用价值。
本文将介绍几种常见的纳米氧化锌的制备方法，包括溶胶-凝胶法、热分解法、水热法和气相沉积法。
溶胶-凝胶法是一种常用的制备纳米氧化锌的方法。
其步骤如下：首先，将适量的锌盐溶解在溶剂中，例如乙醇、甲醇或水。
然后，加入适量的碱溶液用于调节pH值。
溶液中的锌离子和碱离子反应生成锌氢氧盐沉淀。
接下来，在适当的温度下，将沉淀进行热处理。
最后，通过分散剂和超声处理将沉淀分散成纳米颗粒。
该方法制备的纳米氧化锌具有粒径均匀、可控性强、纯度高等优点。
热分解法是一种制备纳米氧化锌的简单、经济的方法。
该方法以有机锌化合物或无机锌化合物为前驱体，通过热分解反应生成纳米氧化锌。
常见的有机锌化合物包括锌醋酸盐、锌乙酸盐等，无机锌化合物包括氯化锌、硝酸锌等。
首先，将前驱体在有机溶剂中溶解，然后通过热解、煅烧等方法将前驱体转化为氧化锌纳米颗粒。
该方法制备的纳米氧化锌具有晶体结构好、粒径可调节等优点。
水热法是一种常用的制备纳米氧化锌的方法。
其步骤如下：首先，将适量的锌盐和氢氧化物溶解在水中，形成混合溶液。
然后，将混合溶液加入到压力容器中，在一定的温度和压力下进行加热反应。
反应完成后，通过离心和洗涤的方式将沉淀分离，然后经过干燥处理得到纳米氧化锌。
该方法制备的纳米氧化锌具有粒径小、分散性好等优点。
气相沉积法是一种常用的制备纳米氧化锌的方法。
其步骤如下：首先，将适量的氧化锌前驱体溶解在有机溶剂中，形成溶液。
然后，将溶液填充到化学气相沉积设备中，并通过控制沉积温度、气体流量和时间等参数，使溶液中的前驱体在载气的作用下分解生成纳米氧化锌。
最后，通过对晶粒尺寸和形貌进行表征，得到纳米氧化锌的相关信息。
该方法制备的纳米氧化锌具有晶粒尺寸均匀、形貌可调节等优点。
综上所述，溶胶-凝胶法、热分解法、水热法和气相沉积法是几种常见的制备纳米氧化锌的方法。
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。
纳米氧化锌材料的制备
纳米氧化锌材料的制备纳米氧化锌材料近年来受到广泛关注，因其在光电、催化、生物、传感等领域具有重要应用前景。
本文将介绍纳米氧化锌材料的制备方法，包括溶液法、固相法、气相法等，同时讨论不同制备方法对纳米氧化锌材料的形貌、结构、性质等方面的影响。
一、溶液法制备纳米氧化锌材料溶液法是一种较为常见的纳米材料制备方法，其操作简单、成本相对较低。
在溶液法中，常用的制备纳米氧化锌材料的方法包括沉积-沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等。
下面将逐一介绍这些方法。
1. 沉积-沉淀法：该方法主要是通过沉积-沉淀过程制备纳米氧化锌材料。
首先将锌盐（如氯化锌、硫酸锌等）按一定比例溶解于溶剂中，然后加入碱液或沉淀剂，生成氧化锌沉淀。
最后通过离心、洗涤和干燥等步骤得到纳米氧化锌材料。
该方法制备的纳米氧化锌材料通常具有较大的比表面积和较好的分散性。
2. 水热法：水热法是一种在高温高压条件下制备纳米氧化锌材料的方法。
将锌盐和碱液混合后，加入反应容器中，在高温水热条件下反应一定时间后，即可得到纳米氧化锌材料。
水热法制备的纳米氧化锌材料形貌较为均一，具有较高的结晶度和比表面积。
3. 溶胶-凝胶法：溶胶-凝胶法是一种溶胶和凝胶形成的过程，通过溶胶状态和凝胶状态发生的变化来制备纳米氧化锌材料。
在该方法中，首先通过将锌盐在溶剂中溶解制备溶胶，然后加入适量的沉淀剂或表面活性剂，形成凝胶。
最后通过干燥或煅烧处理得到纳米氧化锌材料。
溶胶-凝胶法制备的纳米氧化锌材料通常具有较好的孔隙结构和较高的比表面积。
二、固相法制备纳米氧化锌材料固相法是一种通过在固相反应中制备纳米氧化锌材料的方法。
常见的固相法包括热分解法、高能球磨法等。
1. 热分解法：热分解法是一种通过在高温下使固态反应发生，从而制备纳米氧化锌材料的方法。
该方法在惰性气氛中将锌源与氧源加热，其反应过程中生成气体或溶于惰性气氛中从而得到纳米氧化锌材料。
热分解法制备的纳米氧化锌材料形貌较为均一，可以调控成不同形状的颗粒。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
纳米材料氧化锌的制备与应用摘要：目的介绍纳米氧化锌的制备方法及其性能应用新进展。
方法对近年来关于纳米氧化锌的制备方法及其性能应用的相关文献进行系统性查阅,对其制备方法的优缺点进行分析,并对纳米氧化锌的几种应用、生产提出了展望。
结果氧化锌是一种高效、无毒性、价格低廉的重要光催化剂。
结论随着环境污染的日益它具有小尺寸效应、表面与界面效应、宏观量子隧道效应、量子尺寸效应等宏观材料所不具备的特殊的性能,使其在力学、磁学、热力学光学、催化、生物活性等方面表现出许多奇异的物理和化学性能,在生物、化工、医药、催化、信息技术、环境科学等领域发挥着重要作用。
纳米ZnO 由于粒子尺寸小,比表面大,具有表面效应、量子尺寸效应等,表现出许多优于普通氧化锌的特殊性能,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,在橡胶、陶瓷、日用化工、涂料、磁性材料等方面具有广泛的用途,可以制造气体传感器、荧光体、紫外线遮蔽材料、变阻器、图像记录材料、压敏材料、压电材料、高效催化剂等,备受人们重视1纳米氧化锌的主要制备技术及特点纳米ZnO 的制备方法有多种,可分为物理法和化学法。
物理方法有熔融骤冷、溅射沉积、重离子轰击和机械粉碎等,但因所需设备相对昂贵,并且得到粉体的粒径大等局限,应用范围相对狭小。
在工业生产和研究领域常用的方法为化学法,包括固相法、液相法和气相法。
液相法由于制备形式的多样性、操作简便、粒度可控等特点而备受关注液相法直接沉淀法在锌的可溶性盐溶液中加入一种沉淀剂(如Na2CO3 、NH3·H2O、(NH4) 2C2O4 等) ,首先制成另一种不溶于水的锌盐或锌的碱式盐、氢氧化锌等,然后再通过加热分解的方式制得氧化锌粉体。
此法的操作较为简单易行,对设备要求不高,成本较低,但粒径分布较宽,分散性差,洗除阴离子较为困难。
固相法固相化学反应法固相法制备纳米氧化锌的原理是将两种物质分别研磨、混合后,再充分研磨得到前驱物,加热分解得纳米氧化锌粉体。
无需溶剂、转化率高、工艺简单、能耗低、反应条件易掌握的优点,但是反应过程往往进行不完全或者过程中可能出现液化现象。
均匀沉淀法利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢地、均匀地释放出来,加入的沉淀剂通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢地生成。
均匀沉淀法得到的微粒粒径分布较窄,分散性好,工业化前景好。
超重力法利用旋转填充床中产生的强大离心力—超重力,使气、液的流速及填料的比表面积大大提高,强化了反应速度;同时,由于乳液在旋转床中得到高度分散,限制了晶粒的长大。
颗粒粒度分布均匀,均相成核可控,能实现规模生产,生产效率高,但设备投资大。
溶胶- 凝胶法以金属醇盐Zn (OR) 2 为原料,在有机介质中进行水解、缩聚反应,使溶液经溶胶凝胶化过程得到凝胶,凝胶经干燥、锻烧成粉体。
产物均匀度高、纯度高,反应过程易控制,但成本昂贵,不适合工业化生产。
水热法水热法制备纳米氧化锌的实质是将可溶性锌盐和碱液混合形成氢氧化锌的“沉淀反应”和氢氧化锌脱水生成氧化锌的“脱水反应”集合在同一反应器内同时完成,得到结晶完好的氧化锌晶粒。
工艺简单,不需要高温焙烧处理,可直接得到结晶完好、粒度分布窄的粉体。
主要问题是高温高压合成设备昂贵,投资大,操作要求高。
气相法激光诱导CVD 激光诱导CVD 是在空气气氛中用激光束直接照射锌片表面,经加热、汽化、蒸发、氧化等过程,来制备氧化锌纳米粉末。
此种方法具有能量转换效率高、可精确控制的优点。
但成本较高,产率低,电能消耗大,难以实现工业化生产。
气相反应合成法在温度大于907 ℃的条件下将锌从熔融了的金属锌或锌的合金中蒸发出来,然后使锌蒸气随着喷入的氧化锌气体一起流动,并在这个过程中被氧化成氧化锌粉末。
金属化合物原料具挥发性,容易提纯,产物纯度高、粒子的分散性良、粒径分布窄,但对设备条件的要求较高。
喷雾热解法喷雾热解法是将锌盐的水溶液经雾化为气溶胶液滴,再经蒸发、干燥、热解、烧结等过程得到产物。
纯度高、过程简单、粒度和组成均匀、能连续生产,但粒径较大,对设备条件的要求较高。
化学气相氧化法以氧气为氧源,锌粉为原料,在高温下,以N2 作载气,进行氧化反应,制得的氧化锌。
粒径介于10～20nm 之间,产品单分散性好但产品纯度较低,对设备条件的要求较高。
1. 1 液相法(1) 直接沉淀法直接沉淀法制备纳米ZnO 的原理是在可溶性锌盐溶液中加入沉淀剂,在一定的条件下生成含锌盐沉淀,洗涤、干燥、热处理后得到纳米ZnO。
制备过程:首先将锌盐溶液在磁力搅拌的条件下迅速加入到等摩尔的氢氧化钠溶液中,继续搅拌,用离心机分离生成物,将产物洗涤后进行干燥,得到前驱物;将前驱物焙烧后即得纳米ZnO 粒子。
使用不同的沉淀剂,得到的前驱物和热处理过程也有所差别,需要区别对待。
以ZnCl2 为原料,氢氧化钠为沉淀剂制备纳米ZnO 的反应方程式为: ZnCl2 + 2NaOH →Zn (OH) 2 ↓+ 2NaCl热处理:Zn (OH) 2 →ZnO + H2O ↑直接沉淀法具备设备简单、操作简便等优点,缺点是前驱物的纯化困难,得到的纳米ZnO 粒子的粒径分布宽分散性差。
(2) 均匀沉淀法均匀沉淀法的原理是利用化学反应使溶液中的构晶离子从溶液中缓慢、均匀地释放出来。
加入的沉淀是立即在溶液中发生沉淀反应,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。
因此,用该法得到的纳米粉体粒度均匀、致密,便于洗涤,纯度高。
以尿素为沉淀剂,采用均匀沉淀法,与可溶性Zn2 +盐应制备纳米ZnO 的过程:称取一定比例的尿素与锌的含氧酸盐溶解、过滤、除杂,滤液在加热、反应完后得前驱体沉淀,将沉淀抽滤洗涤后进行干燥煅烧即得纳米ZnO ,其反应机理为:CO(NH2 ) 2 + 3H2O →2NH3 ·H2O + CO2 ↑NH3 ·H2O →N H4+ + OH-2N H3 ·H2O + CO2 →2NH4+ + CO32 –2Zn2 + + CO32 - + 4OH- + H2O →ZnCO3 ·2Zn (OH) 2 ·H2O ↓ZnCO3 ·2Zn (OH) 2 ·H2O →3ZnO + 3H2O ↑+ CO2 ↑除上述两种沉淀法外,超声辐射沉淀法得到的纳米ZnO 为粒度分布均匀,分散性好,具有六方晶系结构的球形纳米粉体;氨水沉淀法所得纳米ZnO 为组成单一的纯相,且颗粒均匀分布范围窄。
并流沉淀法制得的纳米ZnO 粒度均匀、分散性好、团聚少;此外还有配位均匀沉淀法、水热沉淀法等。
(3) 溶胶2凝胶前体法溶胶2凝胶前体法是用Sol2gel 法生成前体物,再对前体生成物进行热处理,得到最终产物纳米ZnO 。
反应用Zn (AC) 2·2H2O(AR) 分别与硬脂酸、柠檬酸及草酸盐在不同的条件下反应,即用硬脂酸Sol2gel 法、柠檬酸Sol2gel 法、草酸盐Sol2gel法合成干凝胶前体粉末,在相应的温度下热处理后得到纳米ZnO。
3 种Sol2gel 前体法均得到纳米ZnO 粉体,其中第一种得到的粉体结晶度好,粒子外貌呈球形,而且大小均匀、团聚Sol2gel 法具有设备简单、操作简便、污染小、生产周期短的特点。
(4) 高分子网络凝胶法高分子网络凝胶法是利用凝胶的形成,网络的阻碍作用,使粒子在溶液中的移动受到限制,接触和团聚的机会大大减少,可以非常均匀地分散在网络中,从而有利于生成平均粒径小、分散均匀、团聚少的纳米粉体。
反应过程为:以丙烯酰胺为单体,N ,N2亚甲基双丙烯酰胺为网络剂制备纳米ZnO ;然后加热分解,在引发剂下,聚合得白色透明湿凝胶,干燥后得干凝胶,热处理后即得纳米ZnO 粉体。
反应过程中单体和网络剂的比例适当,才能得到均匀的高分子网络,从而得到平均粒径小且均匀的纳米粉体。
此外,分解温度也是影响粉体粒径的重要因素。
(5) 原位生成法利用原位生成法制备单分散纳米ZnO ,其生成过程中,ZnO与表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 相互作用,实现改性,一步生成被树脂包裹的单分散纳米ZnO ,且产物不沉淀、结晶优良、粒度可控分布窄。
制备过程:将一定量ZnCl2溶于水,滴加HCl 并用玻璃棒搅拌得无色透明溶液, 在搅拌的同时滴加NaOH 溶液调节p H = 8 ,得到大量白色的Zn (OH) 2沉淀,洗涤后与一定量溶于水的PVP 混合搅拌均匀,然后将混合液置于高压内,常温下充压至1MPa ,在160 ℃热压反应3h 得单分散纳米ZnO 分散液。
该方法得到的纳米ZnO 外形规则,度较为均匀,分散性好,较其他方法制得的ZnO 更具备性能上的优势。
因此,该方法具有较好的工业应用前景。
(6) 微波水解法微波是频率为300MHz～300GHz 的电磁波,具有很强的穿透力和优良的选择性,应用于材料制备时表现出很多的优越性:反应速度快;体系受热方式为体加热,可避免产生温度梯度;对某些反应还可提高产率。
微波水解法实验过程: 将Zn (CH3COO) 2 ·2H2O(AR) 用去离子水配成一定浓度的溶液,用氨水调节p H 值后置于家用微波炉中加热,水解形成溶胶后静置,加入(N H4 ) 2 SO4使胶体沉淀,将沉淀过滤、洗涤、烘干后得沉淀Zn (OH) 2 ,再将烘干后的Zn (OH) 2粉体在500 ℃时煅烧1h ,研磨后即得纳米ZnO 粉体。
较恒温水解法,微波水解法制备时间短、加热均匀、能耗少,所得的纳米ZnO 粉体的颗粒小,平均粒径约40nm ,证明微波技术在纳米ZnO 等功能材料合成方面的可行性与优越性。
乳液合成法、水热法、溶胶2凝胶法也是较为常用的制备方法;多糖绿色合成法是较为新颖的一种方法[13 ] ,利用高分子多糖葡聚糖作为稳定剂和软模板,通过一条绿色途径合成纳米ZnO 粉体,并有望在其他纳米氧化物合成领域发挥作用。
1. 3 气相法(1) 化学气相氧化法化学气相氧化法的原理是以氧气为氧源,锌粉为原料,在高温下以N2 作载气进行氧化反应,反应方程式为:2Zn + O2 →2ZnO该方法制得的ZnO 粒径为10～20nm ,单分散性好,但是产品的纯度较低,原料中有杂质残存。
其优点是操作比较简便,反应条件比较容易控制,但以纯的氧气为氧源,锌粉为原料,同时要用N2 作为载气,成本较高。
(2) 激光诱导化学气相沉淀法激光诱导气相沉淀法的原理是利用反应气体分子对特定波长激光束的吸收能力,使气体分子激光分解、热解、光敏化和激光诱导化学合成反应,在一定条件下合成纳米ZnO。
该方法是以惰性气体为载气,锌盐为原料,用CWCO2 激光气为热源加热反应原料使之与氧反应生成纳米ZnO。
该法能量转化率高,粒径均一,不易团聚,可精确控制反应,但需要以惰性气体为载体气,同时要使用CWCO2 激光气热源,使得成本增高,加上产率较低,难以实现工业化生产。