机械化学法合成纳米ZnO粉体

１４（５）：８１３—８１７ 【ｌｏ】Ｌｉｎ Ｙ，Ｔａｎｇ ｚ｝Ｚｈａｎｇ ｚ，ｅｔ ａｌ，Ａｍ Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｅ．，２０００，Ｓ８（１１）：２８６９－２８７１． １１１１天津大学无机化学教研室编．无机化学（下）北京：高等教育出版社，１９８４ ０１７—６１９
【１２】邵学俊，董平安，魏益海编．无机化学（上）武汉：武汉大学出版社ｔ １９９４．４３９
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万方数据
３期
林元华，等：机械化学法合成纳米ＺｎＯ粉俸
６７５
３．３机械化学法合成纳米ＺｎＯ粒子的反应机理
对不同ＺｎＳＯｄ／ＮａＯＨ原料配比，做了产品的产率分析，并测试了反应产物用蒸馏水稀
释到一定体积后的ｐＨ值，以推测其反应机理， 实际上，在ＺｎＳ０４一Ｈ２０一ＮａＯＨ体系中，存
利用ｘ射线衍射分析仪（Ｄ／ＭＡＸ－ＲＢ转靶衍射仪）对粉末样品的物相组成进行分析；利
用透射电子显微镜（ＨＩＴＡＣＨＩＨ一３００）对所得粉体的形貌、粒径大小进行测试；利用ｕＶ一２１００Ｓ
紫外分光光度仪测试样品的光学性能．
衰１不同样品的组成比
３实验结果及讨论Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒａｔｉｏｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
３．４纳米ＺｎＯ粒子的光吸收性能
将合成的纳米ＺｎＯ粉和普通微米级的纳米ＺｎＯ粉进行了光吸收（２００—８００ｎｍ）性能测 试，结果如图３所示．
从图中可以发现，在短紫外光区（２００—４００ｎｍ），纳米ＺｎＯ粉体的吸收性能远高于普通 ＺｎＯ粉体，并在３６４ｎｍ处，出现一强吸收峰．出现这种差异的主要原因，是因为纳米粒子 粒径变小，其比表面积增大，表面缺陷数增多，导致其紫外吸收性能增强．
收稿日期：２００２－０４—１０，收割俸改稿甘期ｔ ２００２—０６—０５
基金项目：国家自然科学基金（５００７２０１０）
作者简介；林元华（１９７１一），男，博士，讲师．
Ｆ’ｍＭｌ：ｌｉｎｙｈ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ
万方数据
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无机材料学报
１８卷
本研究采用一种机械化学法，即将ＺｎＳ０４·７Ｈ２０与ＮａＯＨ的固体粉末按一定配比在烧 杯中进行搅拌，然后将所得反应产物进行洗涤、干燥，无需后煅烧处理，即可获得纳米级 ＺｎＯ粉体．
成ＺｎＯ．对于本实验结果，是因为试验过程中基本上处于固态，只有极少量的水存在，反应
过程中放出大量的热，使得Ｚｎ（ＯＨ）２直接分解为ＺｎＯ粒子，而不是转化为『Ｚｎ（ＯＨ）４］”对
于Ｓ－１样品，其ＺｎＯ产率偏低，可能是因为加入的ＮａＯＨ量还不能够足以使ＺｎＳ０４．ＮａＯＨ
固一固反应完全．而对于Ｓ－３样品，可能是加入的ＮａＯＨ的量过多，使部分ｚａ（ｏＩｔ）２转化为 ｆＺｎ（ＯＥＩｈ］“，从而降低了ＺｎＯ的产率．
第１８卷第３期 ２００３年５月
无机材料学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
Ｖｏｌ １８，Ｎｏ ３ Ｍａｙ，２００３
文章编号：１０００一ｚ２４ｘ（２００３）０３－０６７３－０４
机械化学法合成纳米ＺｎＯ粉体
林元华１翟俊宜１ ７王海峰２，蔡 宁１，南策文１
（１．清华大学材料科学与工程系新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，北京１０００８４ ２．清华大学化学系，北京１０００８４）
２目『ｒ）
图１不同样品所得产物的ＸＲＤ图谱
Ｆｉｇ １ ＸＲＤ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｒｏｍ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓａｍｐｌｅｓ
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从图ｌ所示结果可以看出，３种不同样品所得产物，均是ＺｎＯ相，未观察到其它杂相，
彰
说明机械化学法可以合成纯相ＺｎＯ粉体．
氍
３．２ ＺｎＯ粒子的微观形貌及粒度分析
参考文献
ｍ ｗｕ Ｒ，Ｖｉｅ ｃ｝Ｘｉａ Ｈ，ｅｔ ａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ叮Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，２０００１ ２１７（３）：２７４—２８０
州 、ｊ ｉ．溅，醢嚣ｌ｛硅毒趣螽玉灞播蠡瓣潮潮隧骧舔艇圈麓■翻翻瞄霸礤瑚嘲嗽翻蹬黼粼姚ｍ。，｝
万方数据
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无机材料学报
１８卷

『２１ ＤｉｊｋｅⅡＡ Ｖ，Ｍｅｕｌｅｎｋａｍｐ Ｅ Ａ，Ｍｅｉｊｅｒｉｎｋ Ａ Ｊ Ｌｕｍｉｎ，２０００，９０：１２３—１２８－ 『３１ Ｄｏｎｇ Ｌ，Ｃｕｉ Ｚ，Ｚｈａｎｇ Ｚ．Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１９９７，８（７）：８１５—８２３ 『４１４祖 庸，雷闫盈，王 训．化工新型材料，１９９９，２７（３）：１４—１６－ ｜５１５ Ｗｕｅｔｈｒｉｃｈ Ｃ，Ｍｕｌｌｅｒ Ｃ，Ｆｏｘ Ｇ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ，１９９８，０６（１－３）：１１４—１１７ ｆ６１ Ｈｉｓｈｉｔａ Ｓ，Ｙａｏ Ｙ Ｊ Ｍａｔｅｒ Ｒｅ钆１９９５，１０（２）：４６１—４６７ ｆ７１袁铁锤，陈志飞，宁顺明，等．矿冶工程，２０００，２０（１）：４９ ５０ 『８１ Ｓｒｉｄｈａｒ Ｋ，Ｍａｒｉａ Ｂ，Ｅｍｉｌｉａ Ｍ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，２０００，３５：１８４３—１８４７ ［９】李强．高濂，栾伟玲，等（ＬＩ Ｑｉａｎｇ，ｅｔ ８Ｄ无机材料学报（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ），１９９９
（１ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｎｅｗ Ｃｅｒａｍｉｃｓ ａｎｄ Ｆｉｎｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎ— ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４，Ｃｈｉｎａ；２ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ｝Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４，Ｃｈｉｎａ）
Ｗｌｈ＇ｅｌｅｎｇｔｈ Ｉｎｔｏ
图３不同ＺｎＯ粉体的光吸收谱
Ｆｉｇ．３ Ｏｐｔｉｃａｌ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ＺｎＯ ｐｏｗｄｅｒｓ
一般而言，对于Ｚｎ（ＯＨ）２沉淀，其风。约为１．２ｘ１０－１７【１２】．因此，对于Ｓ－１、Ｓ－２和Ｓ－３
样品，从理论上来说，在如此高的ｐＨ值下，Ｚｎ（ＯＨ）２将会转化为［Ｚｎ（ＯＨ）４］”，而不会生
４结论
１．利用机械化学法合成了纳米ＺｎＯ粉体，粒径约４０—８０ｎｍ． ２ ＸＲＤ分析结果表明，ｚｎｓ０４／ＮａｏＨ（ｍ０１比）在１／２ １—１／３．０之间均可合成ＺｎＯ粒子 ＺｎＯ的产率在ＺｎＳ０４／ＮａＯＨ比为１／２．５时最大． ３．光吸收性能表明，纳米ＺｎＯ粉体的紫外吸收性能，要较普通ＺｎＯ粉体强．
ｔｏ １／３．０，ａｎｄ ＺｎＯ ｙｉｅｌｄ ｗｉｌｌ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｗｈｅｎ ｚｎｓ０４／ＮａＯＨ（ｍ０１ ｒａｔｉｏ）ｉｓ １／２．５．ＴＥＭ
ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ＺｎＯ ｉｓ ａｂｏｕｔ ４０—８０ｎｍ．Ｔｈｅ ｈｅａｔ ｒｅｌｅａｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄ—ｓｏｌｉｄ
２实验过程和方法
采用ＺｎＳ０４．７Ｈ２０、ＮａＯＨ为原料（试剂均为分析纯）将ＺｎＳ０４·７Ｈ２０、ＮａＯＨ按一定 的化学计量比称量，置于１０００ｍＬ的烧杯中，利用电动搅拌器进行快速搅拌约２０ｒａｉｎ，加入
适量蒸馏水，仔细进行洗涤，直到洗出液中用３％ＢａＣｌ２溶液检测不到［ｓ０４］”，洗涤完毕的 沉淀物在６０。Ｃ干燥５ｈ．
在下述反应［“】：
ＺｎＳ０４－７Ｈ２０＋２ＮａＯＨ＝Ｚｎ（ＯＨ）２＋Ｎａ２Ｓ０４
＋７Ｈ２０
（１）
Ｚｎ（ＯＨ）２＋２Ｎａ０Ｈ＝Ｎａ２ｚｎ（ＯＨ）４
（２）
Ｚｎ（ＯＨ）２＝ＺｎＯ＋Ｈ２０
（３）
表２不同ＺｎＳ０４／ＮａＯＨ比对产率的影响 Ｔａｂｌｅ ２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＺｎＳ０４／ＮａＯｎ ｏｎ ＺｎＯ ｙｉｅｌｄ
关键词：机械化学法｛纳米ＺｎＯ；光吸收
中图分类号：ＴＦ １２３ 文献标识码：Ａ
１引言
纳米ＺｎＯ是一种新型高功能精细无机产品，由于颗粒尺寸的细微化，大的比表面积．
使得纳米ＺｎＯ产生了其块体所不具备的表面效应、小尺寸效应和量子隧道效应等．因此，
纳米ＺｎＯ在磁、光、电、敏感元器件等方面具有一般ＺｎＯ产品无法比拟的性能和用途［““． 如添加纳米ＺｎＯ的玻璃可抗紫外线、耐磨．利用纳米ＺｎＯ电阻的变化可以制备高灵敏度的 气体报警器和湿度计．利用纳米ＺｎＯ的光导电性可用作图像记录材料、电子摄影，电热记 录纸等．利用纳米ＺｎＯ的压电性能，可制压电音叉、振子表面波滤器等．纳米ＺｎＯ也是一 种很好的光催化剂，在紫外光照射下，能分解有机物质，抗菌和除臭【“…．
ｇ：
将Ｓ－２试样，做粒子的形貌分析，其粉体的ＴＥＭ照片如图２所示．
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从ＴＥＭ结果可以发现，合成的ＺｎＯ粒子为椭球状或柱状结构，粒径约为４０—８０ｎｍ与
酵
以往液相法或气相法合成的球状ＺｎＯ粒子在形貌上有较大的差异，原因可能是固一固反应
∥
ＺｎＯ粒子的生长机制较之液相法和气相法有一定的差异，需要做更深入的实验研究，
目前，已有多种制备纳米ＺｎＯ的方法，其中液相法和气相氧化法比较常用【６“】．液相法 一般直接沉淀出ＺｎＯ的前驱体，如ＺｎＣＯｓ、Ｚｎ（ＯＨ）２、Ｚｎ５（Ｃ０３）２（ＯＨ）ｓ等，然后在一定 温度下焙烧，即可合成纳米ＺｎＯ．工业上一般用草酸锌盐分解的方法制备氧化锌粉体，但所 得粉体粒度大、分布宽且烧结性能较整．也有将锌锭直接加热，控制合适的反应条件，气相 氧化合成纳米ＺｎＯ粉．中科院上海硅酸盐研究所的高濂研究小组利用Ｎａ２ＣＯｓ和Ｚｎ（ＮＯ。）。 为原料，控制一定的条件．合成了碱式碳酸锌前驱体粉体，发现利用稀ＮＨ３Ｈ２０洗涤，可以 显著降低ＺｎＯ粉体的团聚程度，获得了分散性能较好的纳米ＺｎＯ粉体吵我们也曾经用过 等离子体气相分解ｚｎ５（ｃ０３）２（０Ｈ）６前驱体合成纳米ＺｎＯ粉体，虽然能够获得粒径分布均 匀的纳米ＺｎＯ粒子，但能耗较大【ｌ…．