纳米氧化锌的制备综述

纳米氧化锌的制备综述

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纳米氧化锌的制备综述

前言：

纳米氧化锌粒径介于1-100nm之间，是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，表现出许多特殊的性质，如非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。

关键词：

纳米氧化锌制备生产生活应用

一：纳米氧化锌的制备主要有物理法和化学法，其中以化学法为主。

1 物理法：

物理法包括机械粉碎法和深度塑性变形法。机械粉碎法是采用特殊的机械粉碎、电火花爆炸等技术,将普通级别的氧化锌粉碎至超细。其中张伟等人利用立式振动磨制备纳米粉体,得到了α-Al2O3，ZnO、MgSiO3等超微粉,最细粒度达到0.1μm此法虽然工艺简单,但却具有能耗大,产品纯度低,粒度分布不均匀,研磨介质的尺寸和进料的细度影响粉碎效能等缺点。最大的不足是该法得不到1—100nm的粉体,因此工业上并不常用此法;而深度塑性变形法是使原材料在净静压作用下发生严重塑性形变,使材料的尺寸细化到纳米量级。这种独

特的方法最初是由Islamgaliev等人于1994年初发展起来的。该法制得的氧化锌粉体纯度高，粒度可控,但对生产设备的要求却很高。总的说来,物理法制备纳米氧化锌存在着耗能大,产品粒度不均匀,甚至达不到纳米级,产品纯度不高等缺点,工业上不常采用,发展前景也不大。

2 化学法

化学法具有成本低,设备简单,易放大进行工业化生产等特点。主要分为溶胶-凝胶法、醇盐水解法、直接沉淀法、均匀沉淀法等。

2.1溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法制备纳米粉体的工作开始于20世纪60年代。近年来,用此法制备纳米微粒、纳米薄膜、纳米复合材料等的报道很多。它是以金属醇盐Zn(OR)2为原料,在有机介质中对其进行水解、缩聚反应,使溶液经溶胶化得到凝胶,凝胶再经干燥、煅烧成粉体的方法。此法生产的产品粒度小、纯度高、反应温度低(可以比传统方法低400—500℃) ,过程易控制;颗粒分布均匀、团聚少、介电性能较好。但成本昂贵,排放物对环境有污染,有待改善。

水解反应: Zn(OR)2+ 2H2O→Zn(OH)2+2ROH

缩聚反应:Zn(OH)2→ZnO+ H2O

2.2醇盐水解法

醇盐水解法是利用金属醇盐在水中快速水解,形成氢氧化物沉淀,沉淀再经水洗、干燥、煅烧而得到纳米粉体的方法。该法突出的优点是反应条件温和,操作简单。缺点是反应中易形成不均匀成核,且原料成

本高。例如以Zn(OC2H5)2为原料,发生以下反应:

Zn(OC2H5)2+2H2O →Zn(OH)2+2C2H5OH

Zn(OH)2→ZnO+ H2O

2.3直接沉淀法

直接沉淀法是制备纳米氧化锌广泛采用的一种方法。其原理是在包含一种或多种离子的可溶性盐溶液中加人沉淀剂,在一定条件下生成沉淀并使其沉淀从溶液中析出,再将阴离子除去,沉淀经热分解最终制得纳米氧化锌。其中选用不同的沉淀剂,可得到不同的沉淀产物。就资料报道看,常见的沉淀剂为氨水、碳酸氢铵、尿素等。

以NH3·H2O作沉淀剂:

Zn2++2NH3·H2O →Zn(OH)2+2NH4+

Zn(OH)2→ZnO+ H2O

以碳酸氢铵作沉淀剂:

2Zn2++ 2NH4HCO3→Zn2(OH)2CO3+2NH4+

Zn2(OH)2CO3→2ZnO+CO2+ H2O

以尿素作沉淀剂:

CO(NH2)2+2H2O →CO2+2NH3·H2O

3Zn2++ CO32-+4OH-+H2O→ZnCO3·2Zn(OH)2H2O

ZnCO3·2Zn(OH)2H2O→ZnO+ CO2+H2O

直接沉淀法操作简单易行,对设备技术要求不高,产物纯度高,不易引人其它杂质,成本较低。但是,此方法的缺点是洗涤沉淀中的阴离子较困难,且生成的产品粒子粒径分布较宽。因此工业上不常用。

2.4均匀沉淀法

均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶微粒从溶液中缓慢地、均匀地释放出来。所加入的沉淀剂并不直接与被沉淀组分发生反应,而是通过化学反应使其在整个溶液中均匀缓慢地析出。常用的均匀沉淀剂有尿素(CO(NH2 )2 )和六亚甲基四胺(C6 H12 N3 ) 。所得粉末粒径一般为8—60nm。其中卫志贤等人以尿素和硝酸锌为原料制备氧化锌。他们得出的结论是:温度是影响产品粒径的最敏感因素。温度低,尿素水解慢,溶液中氢氧化锌的过饱和比低,粒径大;温度过高,尿素产生缩合反应生成缩二脲等,氢氧化锌过饱和比低,溶液粘稠,不易干燥,最终产品颗粒较大。另外,反应物的浓度及尿素与硝酸锌的配比也影响溶液中氢氧化锌的过饱和比。浓度越高,在相同的温度下,氢氧化锌的过饱和比越大。但是过高的浓度和尿素与硝酸锌的比值,使产品的洗涤、干燥变得困难,反应时间过长,也将造成后期溶液过饱和比降低,粒径变大。因此他们得到的最佳工艺条件为:反应温度< 130 ℃、反应时间150min、尿素与硝酸锌的配比2.5 —4.0∶1(摩尔比) 。由此可看出,均匀沉淀法得到的微粒粒径分布较窄,分散性好,工业化前景佳,是制备纳米氧化锌的理想方法。

2.5 水热法

水热法最初是用来研究地球矿物成因的一种手段,它是通过高压釜中适合水热条件下的化学反应实现从原子、分子级的微粒构筑和晶体生长。该法是将双水醋酸锌溶解在二乙烯乙二醇中,加热并不断搅拌以

此得到氧化锌,再经过在室温下冷却,用离心机将水分离最终得到氧化锌粉末。此法制备的粉体晶粒发育完整,粒径小且分布均匀,团聚程度小,在烧结过程中活性高。但缺点是设备要求耐高压,能量消耗也很大,因此不利于工业化生产。

二：纳米氧化锌在实际的生产和生活中有着重要的应用。

2.1纳米氧化锌在橡胶轮胎中的应用

橡胶工业是氧化锌的最大用户。作为普通氧化锌的代换材料纳米氧化锌在橡胶工业中的应用已越来越受到重视。

2.2纳米氧化锌在陶瓷中的应用

陶瓷材料是材料的三大支柱之一。传统陶瓷材料的应用有较大的限制随着纳米技术的广泛应用纳米陶瓷随之产生纳米陶瓷被誉为“万能材料”或“面向21世纪的新材”所谓纳米陶瓷是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料a也就是说晶粒尺寸晶界宽度第二相分布缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。

纳米氧化锌在防晒化妆品中的应用。大多数有机防晒剂活性较高，对皮肤产生刺激在紫外光照射后亦分解防晒效果不长久，因而人们又开发了无机防晒剂，如纳米二氧化钛氧化锌等。纳米氧化锌对紫外线有着有效的屏蔽性，透明性及灭菌性。

2.4纳米氧化锌在油漆涂料中的应。在涂料应用中纳米氧化锌的紫外屏蔽性能是其中最大的开发点之一金属氧化物粉末对光线的遮蔽能力在其粒径为光波长的1/2时最大。在整个紫外光区氧化锌对光的吸收能力比氧化钛强。纳米氧化锌可以明显地提高涂料的耐老化性能可