ZnO晶须

ZnOw晶须及ZnOw/NR复合材料的研究
摘要：本文介绍了制备氧化锌晶须的两种方法，包括气相法和液相法。

分别举例说明了两种方法的原理、操作方法和不足之处。

考虑到不同的制备方法对氧化锌晶须的性能有不同程度的影响，本文主要以液相法生成氧化锌晶须为例，说明了反应物的配比、初始锌离子的浓度和反应温度等影响因素。

最后主要描述了ZnOw/NR复合材料的导电性能、强度和抗老化性能和其应用。

关键词：氧化锌晶须气相法液相法影响因素ZnOw/NR复合材料性能应用
1、引言
晶须包括金属晶须、无机晶须和聚合物晶须。

而高分子改性所用的晶须主要有聚合物和无机晶须。

氧化锌晶须属于无机晶须，它是生长成四针状的单晶体微纤维，四根针均从中心向空间三维方向展开，这在晶须中是独一无二的。

目前氧化锌晶须作为复合材料的增强与改性成分，已制成的多种耐热、耐磨、耐腐蚀、高强度的新型高性能材料被广泛应用于机械、电子、汽车等工业领域。

2、氧化锌的制备和影响因素
2.1制备方法
2.1.1气相法
气相法包括预氧化气化法、预氧化催化氧化法、平衡气量控制法，其中，预氧化气化法是将锌粉置于水或其它介质中浸泡70h以上，然后烘干，使其表面生成一层氧化膜，然后将其至于加热炉中，在含氧气氛中加热，最佳温度为900~1100℃加热时间为30~90min。

该法所得产品纯度和产率均较高，但对设备要求较严。

2.1.2液相法
在高碱度条件下，以液相—恒温陈化法制备出形貌较好、纯度较高的氧化锌晶须。

该法的工艺简单，反应条件温和，且制备出的晶须性能良好。

2.2制备氧化锌的影响因素
不同的制备方法，影响因素影响的结果是不相同，我们主要介绍液相法制备氧化锌晶须的影响因素，其影响因素如下：
（1）反应物的配比的影响：在杜娜等人的研究基础上，发现制备氧化锌晶须存在最适宜的物质的量比范围，当物质量比超出这个最佳物质的量比范围，晶须产率都会有不同程度的降低。

（2）初始锌离子的浓度影响：其他反应条件相同，初始反应浓度的不同影响初始生成的晶核的数量，杜娜等人的研究证明：当反应物浓度较小，形成的晶核没有足够的生长基元使之成为长径比足够大的晶须；反应物浓度增大后，晶体按照其生长习性生长成为长径比更
大的晶须；合成氧化锌晶须较为合适的初始锌离子浓度为0.2~0.3mol/L 。

（3）温度的影响：晶体的生长对温度的依赖性很强。

杜娜等人的实验表明：在热溶液条件下进行陈化，可加快晶体生长的速度，并易成为较为理想的氧化锌晶须；如果继续升温，则可能会影响陈化状态的“静止”体系。

较理想的陈化温度为85℃。

（4）恒温陈化时间的影响：其他反应条件相同，随着陈化时间的延长，产率也随之变大。

（5）搅拌时间的影响：其他条件相同，搅拌时间短时，尽管有晶须生成，但粗大；搅拌时间变长，生长驱动力增大，促使晶体生长速率加快。

3、ZnOw/NR 复合材料试片制备
按照NR 典型配方与二段混炼工艺①进行混炼，混炼设备为XK-230开炼机。

当各种助剂和填料加入混炼均匀后，加入ZnOw ，混炼4~6min ，压片后，在XBL-D-2400400⨯⨯平叛硫化机上于143℃硫化成型成试片。

①橡胶二段混炼工艺指的是，首先生胶、配合剂进行一段混炼，然后混炼胶停放，再生胶与停放后的一段混炼胶再进行二段混炼。

4、ZnOw/NR 复合材料导电性能、强度和抗老化性能的测定
4.1 ZnOw/NR 复合材料的导电性能的测试
4.1.1 实验测试
用ZC-36型17
10Ω超高电阻仪按国家标准GB1410-78规定的方法测试，测试电压500V ，充电时间15s ，测试温度（20±2）℃，相对湿度（65±5）%
4.1.2 实验结果
图1 ZnOw/NR 复合材料的电阻率与氧化锌晶须用量的关系
根据顾利霞等人的实验结果可知：
（1）总的趋势是复合材料的电阻率随ZnOw 用量的增加而下降，一开始呈急剧下降的趋势，，下降到一定值后即趋于平稳。

因此可用作半导电高分子复合材料的导电添加剂。

（2）复合体系中氧化锌晶须的临界体积用量主要取决于晶须的长径比，同时还与分布有的重叠状况、晶须均匀性以及折断效应等因素有密切关系。

（3）外电场作用下，复合体系中晶须针尖产生的电荷集中为普通球形粒子的400倍以上，可引起介质极化或击穿导电，当晶须间距离恨小时，还可能由于隧道效应产生漏电流而导电。

4.2 ZnOw/NR 复合材料的强度和抗老化性能的测试
4.2.1 实验测定
将ZnOw/NR 复合材料在沿橡胶混炼剪切方向和垂直剪切方向进行拉伸强度实验和记录
并计算热空气老化后的强度及其损失率。

4.2.2实验结果
根据顾利霞等人的实验结果可知：改性后的ZnOw对NR具有增强和抗老化作用，且增强效果在沿剪切方向和垂直于剪切方向几乎相同。

这是因为ZnOw在复合材料中呈三维无序分布，即使由于加工剪切作用导致晶须断裂，也由于其原始的空间四针状结构而随机分布于复合材料中。

5、ZnOw/NR复合材料的应用
5.1 耐磨及防滑材料
最新研究表明，氧化锌对提高橡胶制品的耐磨防滑性能有十分显著的效果。

例如，ZnOw加入到氯丁橡胶中，复合材料的磨耗量和摩擦系数的改善情况如tab.2所述。

5.2 减振、抗冲及隔音材料
在机械振动作用下，材料内部受到剪切或压缩变形而吸收能量，故具有减振阻尼功能。

此外，利用材料粘滞或摩擦阻力，吸收声振动能为热能，则材料有吸声功能，达到隔音的目的，例如，在一种橡胶改性聚苯乙烯树脂中，加入一定量的氧化锌晶须，复合材料振动衰减系数为0.011~0.028，冲击强度为6.1MPa,抗拉强度为30.4MPa，抗弯强度为45.6MPa。

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