纳米氧化锌的制备和表面改性
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、表征和光催化性能分析
液） 的紫外 一 见吸 收光谱 图 ， ５为纳 米 Ｚ （ 存 在 下经 太 阳 可 图 ｎ） 光２ ｈ光 催化 降解 后 的甲基橙 溶液 紫外一 可见 吸收 光谱 图 。
２ ４ 光 致发 光 （ Ｌ） ． Ｐ 光谱
为 了探 讨 纳米 Ｚ Ｏ粒 子光 催化 的动 ， ｎ 分别 测量 了纳 米 氧化 锌 （ 、 Ｎ） 商品 Ｚ （（ 的激 发 光 谱 。图 ６是 Ｎ 的 光敛 发 ｎ ）ｃ） 光 （ Ｉ 谱 ， 中 ３个 主峰分 别 是 紫色 发光 峰 （ ９ ． ６ ｍ） 较 Ｐ ） 图 ３３ ５ｎ 、 强 的蓝 色可 见发光 峰 （ ４ ． ５ ｍ， ４ ５ ５ ｎ 该主 峰 有一 个伴 峰 ） 一 个 、 次 强的绿 色 发光峰 （ ６ ． ４ ｍ， 主 峰两侧 有多 个伴 峰 ） ４ ７５ ｎ 该 。前 两个 峰 属于带 边 自由激 子发 光 ， 一个 峰 可能 为 束缚 激 子 发 第 －
Ｗ ＡＮＧ ｉｌ ｎ Ｊｕ ｉ ｇ ａ
（ Ｒｅ ｌ ｇ ｆ ｎ ｈ ｎ Ｕｎｖ ｒ ｉ Ｉｉ ｎＣｏｌ ｅｏ ｅ Ｙａ ｓ ａ ｉｅｓｔ ｙ，Ｑｉｈ ａ ｇ ａ ６ ０ ４ ｎ ｕ ｎ ｄ ｏ０ ６ ０ ）
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ Ｎａ ｏ Ｚ Ｏ ｙ ｔ ｅ ｉｅ ｙ ｔ ｅｍ ｅ ｈ ｄ ｏ ｎ ｆ ｒ ｐ ｅ ｉ ｉ ｔ ｎ ｉ ｉ ｈ ｐ ｆｓ ｈ ｒ Ｆ ｓｍｉ ｒｏ ｅ ， ｎ ｎ ｓ ｎ ｈ ｓ ｄ ｂ ｈ ｔ ｏ ｆｕ ｉ ｍ ｒ ｃ ｐ ｔ ｉ ｓ ｎ ｓ ａ ｅ ｏ ｐ ｅ ｅ Ｏ ｉ ｌ ｎ ｓ ｚ ｏ ａ ｏ ａ
关 键 词 纳米材料 氧化锌 制备技术 光催化剂 催化特性 中 图分 类号 ： ４ ． ０６３ ３ 文献标识码 ： Ａ
Ｐｒ ｐａ ａ ｉ ｎ ａ ｅ ｒ ｔｏ ｎｄ Ｃｈａ ａ ｔ ｒ ｚ ｔ０ ｆ Ｎａ ｏ ＺｎＯ ｎｄ Ｉ ｓ Ａｎａ ｙ ｉ ｒ ｃ ｅ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｎ ａ ｔ ｌｓｓ ｏ ｏ ｏ ｃ ｔ ｌ ｔｃ Ｐｒ ｐｅ ｔｅ ｆＰｈ ｔ ’ ａ ａ ｙ ｉ ｏ ｒ ｉ ｓ
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。
纳米氧化锌表面包覆改性及其表征
仪 、 态沉降 实验 等 分 析 手 段 考 察 了改 性 前 后 纳 米 氧 静 化锌 在 水体 系 中的分散 稳 定 性 。结 果 表 明 ， Ｚ ０ 表 在 ｎ
面形 成 的 包覆 物 是 以非 晶 态 形 式 存 在 的 ， 过 表 面 包 通 覆 Ｓｏ 并 ｉ ２ Ａｌ 改 性后 明显提 高 了氧 化 锌 的表 ｉ ２ 口ＳＯ ／ 。 Ｏ。 面羟基含 量 ， 有效 改 变 了氧 化锌 的等 电点 ， 著提 高 了 显
（ 质量 分数 ）用 硫 酸铝 调节 浆 液 的 ｐ ， Ｈ一７ 陈化 ４ ， ， ｈ 水
洗至无 硫 酸根 离子 ， 滤 ，０ ℃干燥 ， 到硅 铝二 元 包 过 １０ 得
覆 的纳米 Ｚ Ｏ。 ｎ ２ ２ 样 品分 析与 表征 ．
关键 词 ： 纳 米 Ｚ ０； ｎ 表面 改性 ； 覆 ； 散稳 定性 包 分 中图分 类号 ： ＴＱ１ ３ ４ ２ ． 文献 标识 码 ： Ａ
纳米氧 化锌在 水 中的 分散 稳 定性 。
备 工艺 如 下 ， 上 述硅 包膜 的工艺 完成 包 硅膜 后 ， 持 按 维 体系温 度 为 ７ ℃ ， Ｈ一８ ５ 加 入 硫 酸 铝 和 稀 氢 氧 化 Ｏ ｐ ．， 钠 ， 酸铝 的化 学 计 量 控 制 在 Ａｌ ／ ｎ 硫 ｚ Ｚ Ｏ＝２ ～５ Ｏ。
结 构的表 征 以及分 散稳 定性 的研 究 则 较 少 。本 文采 用 液 相沉 积 法 制 备 了 表 面 硅 包 膜 和 硅 铝 共 包 膜 纳 米 Ｚ Ｏ， ｎ 并利 用 Ｘ Ｄ、 Ｍ 、 Ｇ－ Ｃ对 其 表 面 结 构进 行 Ｒ ＴＥ Ｔ ＤＳ
Ｚｔ ｅａ电位 ， 并利 用静 态 沉 淀法 分 析 比较 表 面 改性 前 后
定性 。
２ 实 验
纳米氧化锌综述
化学沉淀法
2.均匀沉淀法 均匀沉淀法 连续微波加热 硫酸锌＋ 纳米氧化锌（ 例：硫酸锌＋尿素 纳米氧化锌（粒 径为8～ 径为 ～30nm ） 特点：避免了直接沉淀法中的局部过浓， 特点：避免了直接沉淀法中的局部过浓，从 而大大降低沉淀反应的过饱和度。 而大大降低沉淀反应的过饱和度。
溶胶-凝胶法 溶胶 凝胶法
纳米氧化锌的气相化学制备技术
例：高纯度锌粒 氧化锌纳米棒 直径20～ （直径 ～30nm、长径比 、长径比>20） ） 气相法常以惰性气体为载体， 气相法常以惰性气体为载体，在超高 温气相中发生化学反应， 温气相中发生化学反应，利用高温区与周 围环境的温度梯度， 围环境的温度梯度，通过急冷作用得到氧 化锌纳米颗粒。 化锌纳米颗粒。
纳米氧化锌粒子的超重力制备技术
例：六水硝酸锌(aq) 六水硝酸锌 中间体悬浊液 过滤洗涤 煅烧 中间体干粉 纳米氧化锌 特点：粒径小且分布集中。 特点：粒径小且分布集中。
旋转床内通氨气
纳米ZnO的超临界流体干燥制备技术 的超临界流体干燥制备技术 纳米
例：先用沉淀法制得纳米氢氧化锌
交换 无水乙醇洗涤、 无水乙醇洗涤、
国防工业中的应用
纳米氧化锌具有很强 的吸收红外线的能力， 的吸收红外线的能力，吸 收率和热容的比值大， 收率和热容的比值大，可 应用于红外线检测器和红 外线传感器 纳米氧化锌还具有质量轻、颜 纳米氧化锌还具有质量轻、 色浅、吸波能力强等特点，能有 色浅、吸波能力强等特点， 效的吸收雷达波， 效的吸收雷达波，应用于新型的 吸波隐身材料。 吸波隐身材料。
纳米氧化锌的应用
• • • • • 1.橡胶工业中的应用 橡胶工业中的应用 2.国防工业中的应用 2.国防工业中的应用 3.纺织工业中的应用 纺织工业中的应用 4.涂料防腐中的应用 涂料防腐中的应用 5.生物医学中的应用 生物医学中的应用
纳米氧化锌表面包覆改性及其表征
纳米氧化锌表面包覆改性及其表征摘要纳米氧化锌（nZnO）是一种具有优异的光学性能的纳米材料，可以用于多种应用。
本文介绍了纳米氧化锌表面包覆改性的原理和方法，并介绍了包覆改性后的表征方法。
结果表明，纳米氧化锌表面包覆改性可以改变表面性质，增强其稳定性，提高其光学性能。
关键词：纳米氧化锌；表面包覆改性；表征1、纳米氧化锌纳米氧化锌（nZnO）是一种具有优异的光学性能的纳米材料，可以用于多种应用。
纳米氧化锌具有良好的热稳定性，可在室温下稳定存在，具有良好的耐腐蚀性，可以在高温、酸性和碱性环境中稳定存在，还具有良好的电学性能，可以用于高效光电器件。
2、纳米氧化锌表面包覆改性纳米氧化锌表面包覆改性是指在纳米氧化锌表面覆盖一层包覆材料，以改善其表面性质，增强其稳定性，提高其光学性能。
常用的包覆材料有聚氨酯（PU）、聚乙烯（PE）、聚乙烯醇（PVA）等，其中聚氨酯是最常用的包覆材料。
聚氨酯的表面包覆改性方法主要有两种：一种是通过溶剂涂覆的方法，即将聚氨酯溶于溶剂中，然后将溶解的聚氨酯涂覆在纳米氧化锌表面上；另一种是通过气相涂覆的方法，即将聚氨酯溶于有机溶剂中，然后将溶解的聚氨酯溶剂挥发，将聚氨酯涂覆在纳米氧化锌表面上。
3、表征表征是指通过测试和分析来检测改性后的纳米氧化锌的性能。
常用的表征方法有X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）、扫描电镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱（Raman）等。
X射线衍射是用来表征改性后的纳米氧化锌的晶体结构，可以测量改性后的纳米氧化锌的晶粒大小和晶体结构，以及晶体结构的变化。
热重分析（TGA）可以测量改性后的纳米氧化锌的热稳定性，可以测量改性后的纳米氧化锌的热解温度和热重变化率。
扫描电镜（SEM）可以用来表征改性后的纳米氧化锌的表面形貌，可以测量改性后的纳米氧化锌的表面粗糙度和表面形貌。
透射电子显微镜（TEM）可以用来表征改性后的纳米氧化锌的尺寸和形貌，可以测量改性后的纳米氧化锌的粒径和形貌。
纳米氧化锌的制备和表面改性
1 实验部分
1. 1 主要试剂与仪器
试剂 : ZnSO4 ・7H2 O , NaHCO3 , 硬脂酸 ,异丙醇 , 无水乙醇 ,正己烷 。以上试剂均为分析纯 。 仪器 : 79 - 1 磁力加热搅拌器 ; XD - 2 型 X 射线 衍射 仪 ; KQ3200DB 型 数 控 超 声 波 清 洗 器 ; MAG2 NA550 ( Ⅱ)型傅里叶变换红外光谱仪 ; SNB - 1 数字 式黏度计 。 [3] 1. 2 室温固相法制备纳米氧化锌 以物质的量比为 1 ∶ 1 准确称取 ZnSO4 ・7H2 O 和 NaHCO3 ,置于玛瑙研钵中 , 充分研磨 30 m in。当 研磨约 5 m in 时会出现黏稠现象并有气泡产 生 , 20 m in 后逐渐干爽 。将所得混合物洗涤 、 分离 ,并在 80 ℃ 下真空干燥数小时 , 得前驱物 ZnCO3 。 将前驱
起的吸收峰 。这些微弱的吸收峰表明 能存在着微量的 ZnCO3 。
[7]
, 产物中可
图 2 纳米氧化锌及其前驱物红外光谱图
2. 3 纳米氧化锌表面改性机理探讨和改性条件
优化 图 3 为纳米氧化锌改性前后红外光谱图 ( a 为 改性后 ; b为改性前 ) 。由图 3 可以看出 , 改性前后 纳米氧化锌在 3 300 ～3 600 cm 处均出现 OH 伸 缩振动吸收峰 ,改性后的吸收明显减弱 ; 改性后 , 在 - 1 - 1 2 800 ～3 000 cm 和 1 450 ～1 550 cm 处分别出现 了 CH2 (亚甲基 ) 和 COO 的伸缩振动吸收峰 , 游离 羧基 ( COOH ) 中 的 羰 基 伸 缩 振 动 特 征 吸 收 峰 在 处 并 未 出 现 , 结 合 在 3 300 ～ 3 600 cm 氧化锌羟基和硬脂酸的羟基吸收峰大大 减弱 ,表明硬脂酸的羧基与纳米氧化锌粉体颗粒表 [8] 面的羟基发生了酯化反应 。
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]
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Ｋｅ ｒ ｓ ｎ ｎ － ｚ ｄ Ｚ Ｏ ；ｕ ａ ｅ ｍｏ ｉ ｅ ； ｔａ ｉ ａ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ： ａ ｏ ｉｅ ｎ ｓ ｒ ｃ ｄｆ ｄ ｓｅ ｒ ｃｄ ｓ ｆ ｉ ｃ
纳米 氧化锌 作 为 一 种 优 良的光 催 化 剂 ， 用 于 可 抗 菌 消毒 、 蔽 紫 外 线 等 ¨ 。 目前 国 内外 对 于 纳 屏 ｊ 米 氧 化锌研 究 得非 常 广 泛 ， 是 由于 纳米 材 料 的 特 但
ｆ ｌ ｗｓ ｍａ ｓ ｆ ｃ ｉｎ ｏ ｔ ａｉ ｃｄ ｗ ｓ １ ％ ， ｄ ｆ ａｉｎ ｔｍｐ ｒｔ ｒ ｓ６ ℃ ， ｎ ｄ ｆ ａｉｎ ｔ ａ ０ ｍｉ ． ｏｌ ｏ ： ｓ ｒ ｔ ｆｓｅ ｒ ａ ｉ ａ ０ ａ ｏ ｃ ｍｏ ｉ ｃ ｔ ｅ ｅａ ｕ ｅ ｗａ ０ ｉ ｏ ａ ｄ ｍｏ ｉ ｃ ｔ ｉ ｗ ｓ４ ｎ ｉ ｏ ｍｅ
Ｐｒ ｐａ ａ ｉ ｎ ａ ｕｒ ａ ｅ ｍｏ ｆｃ ｔｏ ｆｎａ ｏｓ ｚ ｄ ＺｎＯ ｅ ｒ ｔｏ ｎｄ ｓ ｆ ｃ ｄｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｎ ｉｅ ｉ
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１ 实验 部 分
１ １ 主 要试 剂与 仪器 ．
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ｏ ａ ｏ ｉ ｄ Ｚ Ｏ ｉ ｒ ａ ｉ ｓ ｌｅ ｔｗｅ ｅ ｍｕ ｈ ｂ ｔ ｒａｔ ｒｍｏ ｉ ｃ ｔ ｎ Ｏｐ ｉ ｌｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｏ ｕ ｆｃ ｄ ｆｉ ｇ ｗｅｅ ａ ｆｎ ｎ － ｚ ｎ ｎ ｏｇ ｎ ｃ ｏｖ ｎ ｒ ｃ ｅｔ ｆ ｄｆ ａｉ ． ｔ ｓｅ ｅ ｅ ｉ ｏ ｍａ ｏ ｄ ｔ ｎ ｆｓ ｒａ ｅ ｍｏ ｉ ｎ ｒ ｓ ｉ ｙ
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无机 盐工 业
２ ４
第４ ２卷 第 ６期
２１ ０ ０年 ６月
Ｉ ＮＯＲＧＡＮＩ Ｃ ＣＨＥＭＩ ＣＡＬＳ Ｉ ＮＤＵＳ ＴＲＹ
纳米 氧化 锌 的 制备 和 表 面 改性 化 学 系 ， 东 潮 州 ５ １４ ） 韩 广 ２ ０ ２
摘
要： 以七 水硫酸锌和碳酸氢钠为主要原料 ， 采用 室温 固相法 结合微 波热分 解法制 备 了纳米 氧化锌 。为改
善氧化锌微粒表面 的物理化学性质 ， 采用硬脂酸对氧化锌 表面进行 改性 ， 探讨 了硬脂 酸改性纳 米氧化锌 粉体 的工 艺条件 、 表面改性机理及其 对粉体颗粒亲油性的影响 。采用 红外光 谱对改性 后纳米 氧化锌 进行 了表征 ， 结果表 明 硬脂 酸和纳米氧化锌之 间以共价键结合 ， 改性后纳米氧化锌能更好地分散在有机溶剂 里。纳米氧化 锌表面改性 的
最佳工艺条件 ： 硬脂 酸质量分数为 １ ％ ， ０ 改性温度 为 ６ ０℃ ， 改性 时间为 ４ ｉ。 ０ｒ ｎ ａ
关 键 词 ： 米 氧 化锌 ； 面 改 性 ； 脂 酸 纳 表 硬
中图分类号 ：Ｑ１２４ Ｔ ３ ．
文献标 识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ６— ９ ０ ２ １ ）６— ０ ４— ３ １０ ４ ９ （００ ０ ０ ２ ０