氧化锌的研究

纳米氧化锌的制备

纳米氧化锌(ZnO)粒径介于1-100 nm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。

纳米氧化锌与其它纳米材料一样由于晶粒的细微化，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点。近年来发现它在催化、光学、磁学、力学等方面展现出许多特殊功能，使其在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域有重要的应用价值，具有普通氧化锌所无法比较的特殊性和用途。纳米氧化锌在纺织领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。由于纳米氧化锌一系列的优异性和十分诱人的应用前景，因此研发纳米氧化锌已成为许多科技人员关注的焦点。

纳米氧化锌如此的实用，那它的制备是很中要的，下来就说一下纳米氧化锌的制备：

1 液相法液相法又称液相沉积法,是在液相状态下微观粒子凝聚析出纳米粒子. 依据过程有无机化学反应,分为非反应法沉积法和反应沉积法. 非反应沉积法是指通过物理过程提高溶液过饱和度,使溶质快速析出的方法. 反应沉积法借助液相反应物之间化学反应,生成难溶单质或化合物纳米粒子,包括直接沉积法、均匀沉积法、水热法、微乳液法、溶胶- 凝胶法和模板法等.

1. 1 直接沉积法该法的原理是在可溶性锌盐溶液中加沉淀剂(OH- ,C2O4-

2 ,CO3- 2等) 后,在一定条件下,生成沉淀从溶液中析出,并将阴离子洗去,沉淀经热分解得到纳米ZnO. 常用沉淀剂有NaOH、NH

3 ·H2O、(NH

4 ) 2CO3 及a2CO3 等. 沉淀剂不同、沉淀产物不同、反应机理不同,其分解温度也不同. Jing liqing 等以ZnSO4 为原料,NaOH为沉淀剂制得平均粒径为12～2

5 nm的纳米ZnO. Sossina HM 易求实等分别以ZnSO4 和ZnCl2 为原料,NH3·H2O 为沉淀剂制得了18 nm左右的纳米ZnO. 关敏[4 ] 等用NaHCO3 和NaNO3 为原料制备了平均粒径为15～30 nm的纳米氧化锌颗粒. XRD 分析ZnO 为六方纤锌矿结构,TEM观察为类球形颗粒. 此法操作简单易行,对设备需求不高,成本低;但粒子粒径分布宽,分散性差,粒子

容易发生团聚.

1. 2 均匀沉积法均匀沉积法是利用中间反应产物,使溶液中的构晶粒子由溶液中缓慢地、均匀地释放出来(此时加入的沉淀剂不是立刻与被沉淀组分发生反

应,而是通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢生成) 的方法. 1937年我国化学家唐永康和美国化学家Willard 首先提出此法. 均匀沉淀法中,沉淀步骤是控制粒子形状的关键,分解步骤是控制粒度的关键. 只有二者有机结合,才可获得所需形状和大小的ZnO 纳米粒子. 其特点:颗粒均匀,容易洗涤,粒子分布均匀,能避免杂质共沉淀.M·Andres. verges 等用Zn (NO3 ) 2 和六亚甲基四胺为原料制得单分散类球状ZnO 粉体. 刘朝峰以Zn (NO3 ) 2 为原料,尿素为沉淀剂,在125 ℃左右制得了15～80 nm 氧化锌纳米粒子. 关敏等[3 ] 利用CO(NH2 ) 2和Zn(NO3 ) 2 在常压下制得平均粒径为9～30 nm 氧化锌粒子,TEM观察形状为类球状. 比较而言,尿素无毒易得、价格低、不造成污染,因而工业

前景广阔.

1. 3 水热法水热法是将反应前驱物可溶性锌盐和碱分置于管状高压釜中,在反应温度300 ℃,体系压力20 MPa 下,分置的锌盐和碱溶液混合形成氢氧化锌的“沉淀反应”和氢氧化锌脱水的“脱水反应”集合在同一容器内同时完成的. 水热法是发展较晚的一种方法,我国上海硅酸盐所于1976 年KOH和LiOH为培养基生长出60 g 以上,面积6 cm2 以上的ZnO 单晶. 2003 年郭敏等[4 ] 采用廉价低温水热法,在ITO基底上制备了大范围取向高度统一,平均直径为40 nm ,长度为4 μm的单晶ZnO 的纳米棒阵列膜,该膜在390 nm 附近发射强的荧光. 2006年许磊等[5 ]以硝酸锌(Zn(NO3 ) 2·6H2O) 和六亚甲基四胺(C6H12N4 ) 为原料,采用水热法在90 ℃生长出多枝ZnO 纳米棒. 观察发现多枝ZnO 纳米结构是由单根纳米棒演化而来,不同发展阶段样品的PL 谱呈现出强的黄绿光发射现象. 最近浙江大学Haoyongyin 等采用水热法,以Zn(AC) 2H2O 为原料,SDS 为辅助液,控制温度为160 ℃,时间24 h ,生成菊花状ZnO 纳米棒,单个ZnO 纳米棒直径20 nm ,长度1μm ,顶部为长毛状. 2007 年Ali Elkhidir Suliman 等采用二次水热法制备了纳米毯(nanosheets) ,其形貌见图1. 从照片我们可以看出,所有的纳米颗粒经二次水热法转形变成纳米毯.

1. 4 微乳液法微乳液法是一种高度分散的间隔化液体(水或油相) 在表面活性剂的作用下,以极小的液滴形式分散在油或水中,形成透明、热力学稳定的有序组合体的方法. 其特点是质点大小或聚集分子层厚度为纳米量级且分布均匀. 为纳米材料的制备提供了有效的模板或微反应器. HingoraniS 等使用微乳液法制得14 nm左右ZnO 粒子,反应过程Zn (NO3 ) 2 为水相,正辛烷为油相, (NH4 ) 2CO3 为反应物,溴十六烷基三甲基铵做表面活性剂. GUO 等以十二甲基苯磺酸钠(DBS) 作为修饰和保护基,制备了形状规整的六角纤锌矿单晶ZnO 纳米棒,纳米棒直径约为140～160 nm ,长度约为

2. 04～2. 30μm ,反应条件温和,易控制.

1. 5 溶胶- 凝胶法(sol - gel) 此法是将金属有机或无机化合物经过溶液水解、溶胶、凝胶而固化,再经热处理而形成氧化物或其他化合物粉体. 常用无机盐和