四针状氧化锌晶须的制备及应用
四针状氧化锌晶须(简介、特性、用途、研究)
四针状氧化锌晶须（简介、特性、用途、研究）晶须是指以单晶形式生长的、形状类似短纤维，而尺寸远小于短纤维的须状单晶体，由于晶须在结晶时原子结构排列高度有序，直径小到难容纳那种存在于大晶体中的缺陷，如颗粒界面、空洞、位错及结构不完整等，使晶须的强度接近完整晶体的理论值，是一种力学性能十分优异的新型复合材料补强增韧剂。
简介四针状氧化锌晶须于20世纪四针状氧化锌晶须40年代被发现，最早由日本松下产业于1989年研制成功。
四针状氧化锌晶须外观呈白色疏松状粉体，微观为三维四针状立体结构，即晶须有一核心，从核心径向方向伸展出四根针状晶体，每根针状体均为单晶体微纤维，任两根针状体的夹角为109°。
晶须的中心体直径0.7～1.4μm，针状体根部直径0.5～14μm，针状体长度为3～200μm，电子衍射图像显示晶须具有位错小、晶格缺陷少的单晶性；原子吸收光谱显示晶须杂质含量少，氧化锌含量为99.95%，因此近似于单晶。
它是迄今所有晶须中唯一具有空间立体结构的晶须，因其独特的立体四针状三维结构，很容易实现在基体材料中的均匀分布，从而各向同性地改善材料的物理性能，同时赋予材料多种独特的功能特性。
它具有普通氧化锌所无法比拟的优良性能。
如耐磨、增强、减振、防滑、降噪、吸波、抗老化、抗静电、抗菌等性能，可广泛用于国防、电子、化工、轻工、交通等国民经济领域，被称为２１世纪的重要新材料。
主要特性1．超高强度：四针状氧化锌晶须为单晶体铅锌矿结构，几乎没有结构缺陷，属于理想的结晶体，具有极高的力学强度和弹性模量：拉伸强度和弹性模量分别达到1.0×104MPa 和3.5×105MPa，接近理论强度值。
2．各向同性：特殊的立体四针状结构，使其在具有完全各向同性的增强、改性作用，保证了材料和制品在力学性能、尺寸均匀性、热收缩、热变形和其它使用性能等方面的各向同性。
3．优异的耐热性：氧化锌的熔点高于1800℃，四针状氧化锌晶须可耐1720℃的高温（高于此温度可能升华），常压下空气中1000℃以上可能导致部分尖端纳米结构受损。
高品质四针状氧化锌晶须的结构及生长机理
伸展， ２ 每 个相邻针状体 间 的夹角约 为 １９ ． ０ 每个 Ｔ Ｚ Ｏ晶须彼 此独 立 ，无烧结 团聚现象 ． －ｎ
９０ ５ ℃制备的 Ｔ Ｚ Ｏ晶须 ， －ｎ 针长约 ５ ｗ ， Ｍ０ ｎ 根部
尺 寸约 为 １ ｍ． 高 倍 下 用 Ｓ Ｍ观 察 晶 须 的 根 在 ｇ Ｅ
用Ｄ ＭＡ － Ｂ转靶 Ｘ ｒ 衍射仪对试样进行 相 ／ ＸＲ －ａ ｙ
分 析 ， 剑 桥 ￥ ５－Ｉ 扫 描 电镜 观 察 晶 须 的 形 用 ２ ０Ｉ型 貌．
Ｔ Ｚ Ｏ晶须是一种生长成立体 四针状 的单 －ｎ 晶纤维 ， 也是晶须 家族 中少有的具 有规整三维 空间结构 的晶须． 是 由于 Ｔ Ｚ Ｏ晶须 的这 种 正 －ｎ 独特结构 ， 使其易 于在基 体 中实现三维均匀分 布， 制成 的复合材料的性 能呈各 向同性 ， 这是一 维晶须材料 难以实现 的．除 了增 强作 用外 ， ＿ Ｔ Ｚ Ｏ晶须还具有减振 、 ｎ 降噪 、 吸波 、 抗静 电 、 抗菌 等性能 ， 因此无论作 为结构材料还是功能材料 ， Ｔ Ｚ Ｏ晶 须 都具 有很 大 的 应 用 潜 力 ． －ｎ Ｔ Ｚ Ｏ晶须 的制备 方法主要有两类 ，１将 －ｎ （ ） 锌粉或表 面含有一层 氧化 膜 的锌粉 高温气化 ， 在含氧气氛 中发 生气 相氧化反 应， 生成 Ｔ Ｚ Ｏ －ｎ 晶须 （） ； 将锌粉 与碳粉混 合后 ， ２ 在大 气中加热 制 备 Ｔ Ｚ Ｏ晶须 ． ＿ｎ 但各种制备方 法普遍遇到 晶须转化率低及均 匀性 差的 问题． 文采用第 本
峰 形尖 而窄 ， 且无其 他 杂 质 相 ， 明这些 白色 物 说
是 结晶完整 的高纯 Ｚ Ｏ， ｎ 其结 构为六方纤锌矿 结 构． ２ Ｚ Ｏ晶须 的扫描 电镜形 貌 ． 为漂 图 是 ｎ 均 亮 的四针状 晶须 ： 每个颗粒各有 １ 中心体 ， 个 从 中心体长出 ４ 根针状 的晶体 ， 向４ 并 个不 同方 向
15_氧化锌晶须讲述
工厂车间降噪等。 表2-34是在相同情况下几种材料的吸音减噪效果。
紫外与红外吸收特性 表一Ultra-spectrum
抗菌效果
（1）锌离子活性抗菌机理 锌离子与细菌的反应机理为：
当菌体被杀灭后，Zn2+又游离出来，与其他菌落接触，进行新一轮 杀灭，周而复始。所以，国外很早就在创可帖中加入了氧化锌作为 抗菌材料和伤口收敛剂，并取得良好效果。
热膨胀率（%/℃） 4×10-6
应用
（1）增强复合材料 四针状氧化锌晶须具有非常少的位错，接近一个理想
晶体，加入到金属、树脂、陶瓷等基体材料中形成复合 材料后，其立体的晶型结构分散在基体中起骨架作用， 使抗拉强度明显增加，而且横向和纵向抗拉强度数值基 本相同，各向同性地加强基体材料的机械性能，显著地 改善基体强度和加工性能。
（2）氧化锌晶须尖端纳米活性抗菌机理 四针状氧化锌晶须显微结构如图所示，其 尖端相当部分在纳米或更低级别，其纳米 活性成份能够高效杀灭和清除细菌极其残 骸，同时还能分解细菌分泌的毒素，而传 统的银抗菌剂就无法消除残骸和毒素。
具有半导体特性的氧化锌晶须尖端的纳米 活性成份能在水分和空气存在的体系中， 自行分解出自由移动的电子（e-），同时 留下带正电的空穴（h+），逐步产生以 下反应： 产生的带正电的空隙（h+）具有很强的 氧化作用，羟基自由基（. OH）和超氧化 物阴离子自由基（. O2）非常活泼，有极 强的化学活性，能与多种有机物反应（包 括细菌内的有机物及其分泌的毒素），从 而将细菌、细菌残骸和毒素杀灭、消除。
晶须是一种针状单晶体材料，其直径为零点几至几个微米，长度为 几微米至数百微米。在单晶体中的原子排列非常整齐，几乎没有 多晶材料中存在的各种缺陷。由于其晶体结构十分完整，使其具 有惊人的力学强度，作为塑料、金属和陶瓷等类物质的改型添加 剂，显示出极佳的物理化学性质和优异的机械性能。
晶体生长机理研究及氧化锌晶须的制备
ｓ ｆ ｔ ｔ Ｔｅ ｔ ｄ ｃａ ｃ ｒｅ ｗｔ ｓ ｐ ｐ ｃｓ ｅｕ ｍ ｎ ｕａ ａ ｓ ｈ ｍ ｈ ｉ ｈｒ ｔｉ ｄ ｈ ｌ ｒ ｅ ｑｉ ｅｔ ｒｃ ｎ ． ｅ ｏ ｓ ａ ｅｚ ｉ ｉ ｅ ｓ ｐ ， ｍ ｏ ｔ ｐｒｅ ｔｎ ｄｉ ｓ ｏｅ ｔｃｎ ｎａｏ ｏｏｇ ａｒ ｃ ｎａｄ ｅ ｅ ｔｒ ｃｏ ｃｎｉ ｎ， ｒｅ ｃ ｔｔｎ ｒｉ ｌ ｔ ｔ ｍ ａ ｅ ｉ ｏ ｔ ｍ ｄ ａ ｏｅ ｒｉ ｆ ｎ ｅ ａ ｎ ａ ｏ ｉ ａ
ＩＩ Ｉ
ＺＯ ｉｅ ． ｔａ ｔ ｐｒｕ （ ｏｔ ０ ｏａ ｅ ｕｔ ｎ ｗ ｓ ｒ Ｄ ｅ ｈ ｈ ｅ ｔｅ ｕ１ ０ ） ｌｇ ａ ｏｎｏ ｈｋ ｓ ｕ ｏ ｇ ｅ ａ ｒ ａ ｉ ｍ ｂ ０ Ｃ ｒ ｍ ０ ａ ｒ ｆ
长理论研究从本质上揭示晶体生长的基本规律， 进而指导晶体制备技术。 因而我们在研究 ＺＯ晶须制备技术之前，首先对晶体生长理论进行了了 ｎ
解， 从而使 理论在我们的实 验中真正发挥出 它的指导作用．
下面就本论文主要工作详述如下： （ ＺＯ晶体生长机理研究 １ ｎ ）
以Ｚ（０） Ｏ 体 采用沸 流 研究了ＺＯ晶 生 －ａＨ为 系， ｎ ３Ｎ Ｎ ２ 腾回 法 ｎ 体的 长 机理。 通过不同 初始ｐ Ｈ值条件下制备Ｚ０微粉， 子扫描显微镜 ｎ 用电 观 察 长 程， 配 滴 其生 过 用 位 定法测 生长 程中ＺＯ浓度 定 过 ｎＤ 变化， 度计 酸 测 量州 值 化， 结 理论上的 算， 推 ｎ 体 变 再 合 计 初步 测ＺＯ晶 在不同 件 条 下 的 核 理。 时 进一 研究了ｐ 对Ｚ０晶 成 机 同 还 步 Ｈ值 ｎ 体生长 率 貌的 速 及形
四针状氧化锌晶须制备工艺及其抗菌性能的研究的开题报告
四针状氧化锌晶须制备工艺及其抗菌性能的研究的开题报告题目：四针状氧化锌晶须制备工艺及其抗菌性能的研究一、选题背景及意义氧化锌是一种广泛应用的半导体材料，在光学、电子、光电子、化学、生物医学等领域都有着广泛的应用。
其中，氧化锌晶须是一种具有较高比表面积的特殊形态的氧化锌，因其良好的吸附、催化、光学和电化学性能，近年来在气体传感、光电器件等领域得到了广泛关注。
然而，传统的制备氧化锌晶须的方法需要在高温下进行，且制备过程复杂，成本高昂。
近年来，四针状氧化锌晶须的制备方法得到了广泛关注，并被证明比传统方法更简单、更经济、更环保。
另外，由于氧化锌晶须具有较高的比表面积和可调控的表面化学活性，因此其在抗菌方面也有着广泛的应用前景。
因此，通过研究四针状氧化锌晶须的制备工艺及其抗菌性能，能够对该材料的应用进行深入的探究，拓宽其应用范围，为解决一些实际问题提供技术支持。
二、研究内容及方法本研究将从以下几个方面展开：1.制备四针状氧化锌晶须的不同方法比较分析，选取最优工艺进行进一步研究。
2.研究四针状氧化锌晶须的形貌和结构特征，并分析其与制备工艺的关系。
3.研究四针状氧化锌晶须的抗菌性能，包括不同菌种的抑菌率、最小抑菌浓度等指标的测定，并分析其抗菌机理。
4.对四针状氧化锌晶须在实际应用中的可能性进行探讨，并提出一些应用前景和建议。
在实验研究方面，本研究将采用高温水热法、微波辅助水热法等方法制备四针状氧化锌晶须，并通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪等手段分析其形貌和结构特征；通过细菌抑制试验、菌落计数等方法测试其抗菌性能，并探究其抗菌机理。
三、研究意义及预期成果本研究将在四针状氧化锌晶须制备工艺及其抗菌性能方面进行深入的研究，将会对氧化锌晶须的制备、应用和商业化开发等方面提供有力支持，同时也将对探索抗菌材料的研究提供一些思路和经验。
预期成果包括：1.根据实验结果，找到一种较优的四针状氧化锌晶须制备工艺，并得到制备方法的优化。
四脚状氧化锌晶须的制备及其应用
好的耐摸 、防滑、减振 、仿噪 、吸波 、增强和抗 静电等多种特 殊功能 ，被称为 ２ 世纪的重要新材料 ，在国防 、交通 、化工 、 ｌ
ｌｌ 、、 ２将锌粉 在惰性气体保护下加热至沸点以上， 然后惰性气体 为载气 ，将锌蒸汽与含 氧气体接触 ，得到 四￣ｖｔ ｔ ｔ ＊ 化锌晶须。 ０
・
３ Ｏ・
维普资讯
四脚状氧化锌晶须 ，其宏观形态为 白色松散物质 ，表观比 重为 ００ — ．。）＿ ． ０５ 【衍射结果表明 ，其晶体结 构属于六方晶系纤 ５ 锌矿结构 。锌原子按六方紧密堆积排列 ，每个 锌原子周 围有 ４ 个氧原子 ，构成 ［ｎ 】配位四面体 ，四面体的一个顶角指向 Ｃ Ｚ Ｏｔ
应用价值 的晶须都是陶瓷晶须 ，氧化 锌晶须就属于陶瓷晶须， 且多为棒状或针状 ，直到 ４ ０年代才发现了四脚状 晶须 。氧化
锌晶须独特的三维 四针状空间结 构和单晶体特性 ， 使其具有 良
１１ｌ ． 将表面覆盖有氧化膜 的锌粉在 含氧气氛中直接加热（ ００ 、 １（ ３ ℃加热 １小时 ） 可得 四脚状氧化锌晶须 。表面氧化膜 可抑 制金 属锌从颗粒 内部快速流失 ，也可抑制氧气向微粒 内部过快迁
制备工－－ － 乙和工业规模的生产装置。它的主要制备方法有以下几 Ｉ ４ ，
种２ １１ 气 相 法 ．
材料的理 论值 ， 目 是 前发现的固体的最强形式。按照材料 ，晶
须分为有 机化合物晶须 ， 金属晶须和陶瓷晶须。由于陶瓷 晶须
的强度和耐热性能优 于其它两类晶须 ， 目前绝大多数有工业 故
入的研究 ，目前大部分制备方法为气相法 ，现已有比较 成熟 的
四针状ZnO的制备及性能研究
四针状ZnO的制备及性能研究四针状ZnO的制备及性能研究摘要：四针状ZnO是一种新型的纳米结构材料，具有很大的潜力在催化、光电子学和能源存储领域应用。
本文通过溶剂热法制备并研究了四针状ZnO的性能。
结果表明，四针状ZnO具有优异的光催化性能和电催化性能，具备应用于环境净化和电化学储能的潜力。
1. 引言纳米材料已经成为材料科学领域的研究热点。
ZnO作为一种重要的半导体材料，由于其独特的光学和电学性能，引起了广泛的关注。
通过调控和设计ZnO的形貌，可以进一步优化其性能，拓宽其应用范围。
2. 实验方法本研究采用溶剂热法制备四针状ZnO。
首先，在无水乙醇中加入适量的Zn(Ac)2作为前体物质，并将其溶解。
然后，加入适量的柠檬酸钠，并搅拌均匀。
接下来，将混合溶液转移到高压釜中，并加热至180℃反应10小时。
最后，用无水乙醇洗涤产物，并将其干燥。
3. 结果与讨论通过扫描电子显微镜（SEM）观察，得到的四针状ZnO呈现出细长的四针形状，表面平整度好。
通过X射线衍射（XRD）分析，发现四针状ZnO的结晶性良好，与标准的ZnO晶体相对应。
通过紫外可见（UV-Vis）光谱测定，发现四针状ZnO对紫外光的吸收能力强，具有较宽的吸收范围。
通过光催化活性实验，发现四针状ZnO对甲基橙溶液的降解率高达90%，具有出色的光催化性能。
通过电催化实验，发现四针状ZnO在电化学电容器中具有高的比电容和良好的循环稳定性。
4. 结论本研究成功制备了四针状ZnO，并研究了其性能。
结果表明，四针状ZnO具有优异的光催化性能和电催化性能，具备应用于环境净化和电化学储能的潜力。
进一步研究可以探索四针状ZnO的制备方法和性能调控机制，为其在实际应用中的推广和应用提供理论基础和实验依据。
致谢：感谢所有参与本研究的人员的辛勤工作和贡献本研究成功制备了四针状ZnO，并通过多种表征手段对其进行了性能分析。
结果显示，四针状ZnO具有良好的结晶性和表面平整度，对紫外光具有较强的吸收能力，并表现出优异的光催化性能和电催化性能。
四针状氧化锌晶须的制备
四针状氧化锌晶须的制备裴新美 张聚宝(武汉理工大学材料学院 430070)摘 要 用锌粉氧化的方法,通过控制反应器内的气相过饱和度,可以获得不同尺度的四针状氧化锌晶须(T-ZnOw)。
合成出的ZnO晶须纯度高,晶体结构完整,晶须尺度可控(针长为10～60μm,根部尺寸约为1～6μm)。
晶须的生长机理为气—固(VS)机理。
关键词 氧化锌 四针状晶须 气—固机理 制备 四针状氧化锌晶须(T etrapod-like ZnO whiskers,简称T-ZnOw)是一种生长成立体四针状的单晶纤维,也是晶须家族中目前发现的惟一具有规整三维空间结构的晶须。
正是由于T-ZnOw的这种独特结构,使其易于在基体中实现三维均布,复合材料的性能呈各向同性,这是一般晶须材料难以实现的。
除了具有增强作用外,T-ZnOw还具有突出的多功能特性,如优异的耐磨、减振、防滑、降噪、吸波、抗老化、抗冲击、抗静电、抗藻、抗菌等,因此无论作为结构材料还是功能材料,都具有很大的应用潜力[1]。
T-ZnOw的制备方法主要有两种:一是将锌粉或表面含有一层氧化膜的锌粉高温气化,在含氧气氛中发生气相氧化反应,生成T-ZnOw晶须[2];另一种是将锌粉与碳粉混合后,在大气中加热制备T-ZnOw晶须[3]。
但普遍遇到晶须转化率低及均匀性差的问题。
本文采用第一种方法,通过控制反应器内气相的蒸气压,制备T-ZnOw晶须,并探讨晶须的生长机理。
1 实验所用原料为锌粉(过180目筛),Zn含量不少于95%,锌粉经表面处理后将粉末装入反应器内,后将反应器置于高温炉中,炉内气氛及气体压力可调,合成温度控制在750～1050℃,保温30min。
用X-ray衍射仪对试样进行相分析,用扫描电镜观察晶须的形貌。
2 结果与讨论2.1 T-ZnOw的合成在适宜的工艺条件下,反应器中合成了大量蓬松的白色物。
将它们收集后进行XRD分析,见图1。
可见仅有ZnO的衍射峰,无其他杂相,说明这些白色物为纯的ZnO,为六方晶系纤锌矿结构。
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四针状氧化锌晶须的制备及应用Ξ杜 娜, 吴英绵, 于海军, 刘书志, 张丽云(石家庄职业技术学院化工系,河北石家庄 050081)摘要:叙述了结构独特、性能优异的四针状氧化锌晶须的结构特点、制备方法、生长机理、应用等方面的现状,探讨了该晶须的发展潜力和今后的研究方向.关键词:四针状氧化锌;晶须;制备;应用中图分类号:O 614.24+1 文献标识码:A 文章编号:100025854(2010)022*******氧化锌晶须(ZnOw )可分为针状和四针状2种.针状的氧化锌晶须是氧化锌晶体由单一方向发育形成,其外形如线条状,截面呈柱状,无色透明,表象为极高凸起,主要用于可燃性气体的具有较高灵敏性、选择性和稳定性的气敏元件材料.四针状的氧化锌晶须(T -ZnOw )在20世纪40年代被发现,是晶须家族中唯一具有三维空间结构的晶须.T -ZnOw 是指有一个中心体并从中心体生长出四根针状晶体,四根针均从四面体的重心向三维方向(正四面体顶点)展开,任意两针间的夹角为109°,具有一种空间正四面体构型[1].晶体的中心体直径为0.7～1.4μm ,针状体根部为0.5～14.0μm ,针状体长度为3～300μm.T -ZnOw 的这一真正形态是在20世纪90年代才被揭示出来,此后才开始进行四针状晶须的生产研究.由于T -ZnOw 独特的空间三维立体构型和良好的单晶性,使得它在耐磨、减震、防滑、降噪、吸波、抗老化、抗冲击、抗静电、抗菌等方面均具有优异的性能.近年来有关T -ZnOw 的制备和应用成为目前研究的热门.本文中,笔者介绍了T -ZnOw 的制备方法,阐述了氧化锌晶须的生长机理和应用前景.1 制 备1.1 气相法1.1.1 预氧化法将表面覆盖有氧化膜的锌粉在含氧气氛中直接加热(1000℃加热1h )可得四针状氧化锌晶须.使用该方法的T -ZnOw 产量为原料的40%以上,生成的晶须中,T -ZnOw 晶须一般占60%～97%.这种方法对氧化膜的厚度有一定要求,氧化膜太薄得不到T -ZnOw ;制得的T -ZnOw 外观松散,密度较小,产率较高;但生产周期长,对设备要求较严格[2].Y oshinaka 等[3]将表面覆盖有氧化膜的锌粉与沸石混合后,在含氧的气氛中加热气化,也可制备T -ZnOw.制得的氧化锌晶须针体尾部尺寸约100nm 左右的长尾晶须,纯度高,产率可达95%以上.1.1.2 惰性气体保护法K itano 等[4]将锌粉在惰性气体保护下加热至沸点以上,然后以惰性气体为载气,将锌蒸气与含氧气体接触,得到T -ZnOw.一般惰性气体可用N 2,Ar 等,对纯度要求较高,反应温度一般在900～1000℃,含氧气体可以是氧气、空气,但需消耗大量惰性气体,生产成本较高.1.1.3 高温催化法文献[526]报道了以锌粉为原料,以氧气或空气为反应气体,高温气相氧化制备T -ZnOw.其制备过程是:先对锌粉进行陈化处理、干燥,然后与催化剂(蒙脱土、膨润土、高岭土或白碳黑)按一定质量比混合,放入反应器内,同时以一定速度通入反应气体,加热到800～1100℃.这些催化剂主要起控制气相过饱和度、增Ξ收稿日期:2008211218;修回日期:2009203218基金项目:中国高等职业技术教育研究会立项课题(GZ L X2006049)作者简介:杜 娜(1977-),女,河北行唐人,讲师,主要从事物理化学研究.通讯作者:吴英绵(1964-),女,教授,研究方向为精细化学品合成.E -mail :wuym @第34卷/第2期/2010年3月河北师范大学学报/自然科学版/J OURNA L OF HE BEI NORM A L UNI VERSITY /Natural Science Edition/Vol.34No.2Mar.2010加气体扩散路径和成核的作用.该方法简化了制备工艺和设备,降低了成本,产生的晶须均匀,较大幅度地提高了T -ZnOw 的产率和质量,但反应过程中锌蒸气分压较难控制,且温度、气氛、杂质等其他生长环境对晶须的生长有较大影响,而且存在晶须开裂现象.1.1.4 直接氧化法李树尘[7]将锌粉(或直接用锌粒)与碳粉混合后,利用碳的还原特性,消耗一部分锌周围空气中的氧气来保证晶须生长所要求的条件.此法产品收率可达90%以上,产品中95%以上为T -ZnOw.该方法原料勿需预处理,生产周期短,每批样品仅需15min 左右;产品收率及纯度高,制得的T -ZnOw 针长10～200μm ;成本低,设备投资少,可在大气环境下进行,生产成本低.杨大锦等[2]采用在熔化炉中使锌锭在500℃以上时挥发形成锌蒸气,然后随进入晶须反应炉氧化形成T -ZnOw.其产物随反应残余的气体(如N 2)带出,进入晶须收集装置中收集下来.此法空气量、锌浓度对产物的形貌都有影响.空气量小,形成氧化锌为单针状晶体,晶体的最大长度40μm ,随着空气量增大,则容易出现非晶态氧化锌;锌浓度太小,形成絮状非晶态产物,锌浓度过高,产物中明显有未反应完全的锌粉.1.2 液相法[8]将锌粉与N H 4+,CO 32-(或HCO 3-)及H 2O 按一定比例混合,在规定条件下生成ZnCO 3,然后加热生成氧化锌晶须.原料简单,但收率低,不利于连续化生产.在ZnCl 2的溶液中加入适量的氨水制得Zn (OH )2沉淀胶体做前驱物,在不同介质中进行水热反应,生成T -ZnOw.1.3 微波加热把锌粉加入到蒸馏水中,加入适量的双氧水并用电动机搅拌2～3h ,然后在室温下放置72h ,过滤后,在100℃干燥4～6h ,便得到了预处理的锌粉.把得到的锌粉置于微波炉中,调节微波功率和辐射时间,辐射一段时间就可以得到团聚少和结构规整的T -ZnOw.与传统制备方法相比,此法具有制备时间短、能耗低、制备工艺简单的特点.以纯的微米氧化锌粉与碳氢化合物粉末为原料,将原料按一定比例混合,在玛瑙研钵中加入丙酮湿磨1h 制成反应物,将反应物装入石英坩埚中置于微波反应腔中,合成温度控制在1000～1350℃,合成时间为10～30min.在1040℃掺入碳氢化合物粉末,可以得到T -ZnOw.此法采用微波加热,节能、无污染,而且是一种可控制生成晶体形貌的方法[9].1.4 离子交换树脂法在恒定的温度、搅拌速度下,将一定浓度的硫酸锌溶液加入到再生好的强碱性阴离子交换树脂中,连续反应3h 后,分离、洗涤、干燥、沉淀得到前驱物Zn (OH )2,然后将所得前驱物置于马弗炉中煅烧即制得T -ZnOw.该法可得较好的产率、纯度和分散性,具有实验设备简单、操作方便、后处理容易等优点,是合成晶须的一种新方法;但该法所制备的晶须长短不均,形貌难控制[10].在此领域,能够产业化生产T -ZnOw 晶须的企业只有2家:一家是日本松下电器公司,另一家是中国成都交大晶宇有限公司.2 生长机理关于T -ZnOw 晶须的生长机理和生长模型还没有定论,迄今为止讨论较多的是以下3种.2.1 Wagner 提出的“气-液-固(VL S )机理”[11]在晶须的成核和生长过程中有液相的参与作用,其基本特征是有一凝固的小液滴,晶须的形态包含有圆形的端头.按该机理生长的晶体是没有位错的.2.2 Frank 提出的“气-固(VS )机理”[12213]按VS 机理生长的先决条件是:①氧化或活化的气氛;②表面有小的凸出物;③存在位错(特别是螺型位错).2.3 Iwanaga 提出的八面体多孪晶核模型[14215]该模型能很好地解释晶须四针状间的角度取向,认为T -ZnOw 的生长过程包括以下3个过程:①八面体孪晶核的形成.纤锌矿结构的八面体晶核由8个反演孪晶组成.②应力释放.八面体孪晶核中的某些孪晶晶界由于存在较大的失配角,释放应变能而开裂.③针体的生长.四根针体在八面体孪晶核的+C 方向上优・602・先生长,即针体在垂直于4个正面上优先生长,最后形成T -ZnOw 晶须[16].3 应 用3.1 增强复合材料T -ZnOw 晶须的强度和模量均接近材料的理论值,力学性能十分优异,可作为复合材料的补强增韧剂[17218].将T -ZnOw 分散到金属、合金、陶瓷、塑料、橡胶、树脂等基体材料中,即得到晶须增强的复合材料.T -ZnOw 很容易在基体材料中实现均匀的三维分布,使材料的各向异性可忽略,从而使复合材料的各种物理性能得到各向同性的改善.另外,氧化锌晶须价格相对低廉,这些优点都是其他晶须所无法比拟的.如:w 为10%的T -ZnOw 晶须的聚丙烯的抗张强度可提高10%,且力学性能表现为各向同性[19],显著地改善基体强度和加工性能;在尼龙66中添加w 为30%的T -ZnOw 晶须制得的材料暴露在紫外线中500h 后仍保持为白色等.3.2 耐磨及防滑材料与大多数高分子材料相比,T -ZnOw 具有很好的耐热和导热性能,在橡胶中加入T -ZnOw ,可较好地分散因摩擦、磨损而产生的热量,使胶料在磨损过程中表面温度不至于上升得太高,降低胶料的磨耗量,同时提高强度.实验表明,随着ZnOw 用量的增大,硫化胶的阿克隆磨耗量减小;将T -ZnOw 加入自行车刹车片材料中,其雨天刹车距离由常规的916m 缩短为312m ;用w 为20%的T -ZnOw 和碳纤维的聚酰胺复合材料做对比,其相对磨损量分别为2mm 和60mm.3.3 抗静电材料高分子材料因其独特的绝缘性,给材料的使用带来了负面效应,即静电问题.ZnO 本身是n 型半导体,加之四脚状三维结构,将其分散在基体中时,邻接各针状部位相互搭接形成导电通路,从而使高分子材料具有一定的抗静电性[20],将T -ZnOw 晶须添加到聚丙烯中,制备抗静电、隔尘的包装材料[21].采用T -ZnOw 作为抗静电添加剂,具有添加量少、效果稳定持久、各向同性和颜色可调的优点,在抗静电高分子复合材料领域中具有诱人的应用前景.目前用T -ZnOw 作导电材料,可制成下列产品:①复印机用的导电滚轮、运输皮带等;②静电复印纸和放电记录纸;③抗静电涂料,用于油罐车、油船、贮油箱内防腐抗静电涂料;④制造煤矿用排风管、输送带;⑤用作原子力显微镜和扫描隧道显微镜的导电性探针[22].3.4 抗菌作用T -ZnOw 尖端相当部分在纳米或更低级别,其纳米活性成分能够高效杀灭和清除细菌及其残骸,同时还能分解细菌分泌的毒素,具有显著的抗菌效果.同时T -ZnOw 晶格中有相当部分的具有极强氧化活性的原子氧,可破坏绝大多数细菌的生物活性和代谢繁殖功能,达到抗菌的目的.楚珑晟等[23]以T -ZnOw 为主要活性成分,配以纳米ZnO 和TiO 2制备了一种抗菌剂.测试效果表明含该抗菌剂2%(质量分数)的塑料薄膜对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白假丝酵母菌和鼠伤寒沙门氏菌24h 抑菌率分别高达99.93%,99.99%,99.86%和99.99%.成都交大晶宇公司已成功开发了T -ZnOw 复合抗菌系列产品,取得良好效果.3.5 吸波材料T -ZnOw 晶须是一种介电损耗材料,具有优异的吸波性能.T -ZnOw 晶须能吸收微波,将压实的T -ZnOw 晶须置于家用微波炉中,10s 之内即可达到炽热状态.加之它有良好的耐热性,又能反复使用,是微波加热器很好的发热材料.T -ZnOw 晶须能作为电波的吸收体,在5～10GHz 阶段,其吸波量可达到16.68dB.作屏蔽涂层防止雷达反射,也可作为暗室的电波吸收体和开发隐身材料.3.6 涂 料T -ZnOw 晶须加到涂料中可改善涂料的工艺性能及提高强度,使涂层表面光滑平整,提高涂层的机械性能.在马来化聚丁二烯基涂料中加入30%的T -ZnOw 晶须比加入ZnO 粉的涂料具有更好的防锈及抗冲击性[24].在蜜胺树脂固化的环氧涂料中加入T -ZnO 晶须表现出良好的抗冲击、抗龟裂及耐起泡性[25].3.7 吸音和减振材料T -ZnOw 晶须被用作吸声材料时,由于其高密度和压电性导致较大的能量损耗,从而表现出良好的隔声、减振效果.用T -ZnOw 晶须与树脂制成高弹性模量和高损耗系数的隔声、减振材料是各向同性的,可用来制造音乐器材及电视、音响设备的内部骨架和外壳,可减少振动产生的杂音,提高音响的音质[26].・702・3.8 其他用途T -ZnOw 晶须还有很多其他用途,尤其对提高粘合剂的粘接强度十分有效.如用含1%T -ZnOw 晶须的环氧粘合剂用于粘合陶瓷瓦与灰泥,在20℃经1d 后其粘结强度达0.42MPa ,而未加者其强度只有0.32MPa [27];还可用作空气清新除臭剂,除去空气中的H 2S ,N H 3等有害气体[28];也可作为水处理中活性污泥的沉降剂等[29].4 结 论T -ZnOw 无论作为结构材料还是功能材料都有很大的应用潜力和勿容置疑的市场前景.我国在材料的复合工艺、提高材料的性能、降低材料的成本,以及复合材料组份的品种、性能等各个领域的研究起步较晚,技术上与国外差距较大.所以,尽快探明T -ZnOw 的成核和生长机理,掌握控制晶须成长的工艺关键,是今后T -ZnOw 研究的重点.为了加快其开发应用,还需加强T -ZnOw 的分级、分散、改性和应用等方面的实验和理论研究.我国是锌资源和锌冶炼大国,搞好T -ZnOw 的研究开发工作,有着十分重要的意义.参考文献:[1] 戴英,张跃,方圆,等.高品质四针状氧化锌晶须的结构及生长机理[J ].北京科技大学学报,2002,24(2):2002202.[2] 李荣兴,谢刚,杨大锦.四针状氧化锌晶须的开发研究[J ].有色金属,2006(3):45247.[3] Y OSHINA K A M.Method of Producting Z inc Oxide Whiskers :日本,378995[P].1990201216[2009204209].http ://202.206.81.202/kns50/detail.as px ?QueryID =237&CurRec =1.[4] KITANO M ,HAMABE T ,MAEDA S ,et al.Growth of Large Tetrapod ZnO Crystals (1)[J ].J Crystal Growth ,1990,102:9652966.[5] 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2disjunct matrix ;d 2separable matrix ;Hamming distance ;error 2detect 2ing ;error 2correcting(责任编辑 白占立)・902・。