ZnO合成方法

存档日期：存档编号:

北京化工大学

研究生课程论文

课程名称：纳米材料化学

课程代号：ACh530

任课教师：左胜利

完成日期：2011 年12 月8 日

专业：化学

学号：2011200989

姓名：李浩

成绩：

ZnO纳米材料的制备与应用

摘要

本篇综述从制备方法和应用领域出发，论述了制备ZnO纳米材料的一些常用方法如直接沉淀法、微乳液法、溶胶-凝胶法、模板法、水热合成法等，并简单介绍了氧化锌纳米材料在环境、食品、油漆涂料、橡胶、塑料、树脂、纺织品、化妆品等领域的应用。

关键词：ZnO纳米材料制备应用

目录

前言 (1)

第1章氧化锌纳米材料的结构与性质 (2)

1.1节氧化锌纳米材料的结构 (2)

1.2节氧化锌纳米材料的主要性质 (2)

第2章氧化锌纳米材料的制备方法及应用领域 (4)

2.1节氧化锌纳米材料的制备方法 (4)

2.2节氧化锌纳米材料的主要应用领域 (6)

结论 (8)

参考文献 (9)

前言

19世纪末到20世纪初，人类对微观世界的认识已经延伸到一定层次，时间上已经达到了纳秒、皮秒和微妙的数量级。随着研究的深入，20世纪70年代，人类开启了规模生产纳米材料的历史。纳米微粒狭义上是指有关原子团簇、纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜、纳米碳管、纳米固体材料的总称，而广义上则指晶粒或晶界等显微构造能达到纳米尺寸材料。该新型材料必将以其独特的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应及宏观量子隧道效应等性质在各个领域崭露头角。例如复合材料、大规模集成电路、超导线材料多相催化等方面的开发及应用。

近年来，纳米材料的合成方法及应用领域受到了研究者的广泛关注，TiO2、ZnO、CaF2、Al2O3纳米材料的研究成果及学术报告日益增多。尤其是与人们日益提高的生活质量戚戚相关的纳米氧化锌材料制备及应用。纳米氧化锌具有许多优良性能如压电性能、近紫外发射性、透明导电性、生物安全及适应性等，使其在非标柴油有害物质吸收、抑制食品污染菌、抗紫外线、压电材料、紫外光探测器、场效应管、表面声波、胎压、太阳能电池、气体传感器、生物传感器等领域有着广阔的发展前景而氧化锌复合材料的制备及研究也有着对人类生活不可估量的巨大作用。

第1章氧化锌纳米材料的结构与性质

1.1节氧化锌纳米材料的结构

纳米ZnO是由三种不同结构组成，岩盐矿结构、闪锌矿结构以及纤新矿结构。制备方法不同所得到的纳米ZnO材料的形貌及维数不同。氧化锌纳米点、纳米微乳液、纳米悬浮液、纳米薄膜、纳米线、纳米管、纳米棒、纳米花、纳米弹簧、纳米环、纳米梳、纳米钉、以及复合物等已经被成功制备有望使纳米氧化锌的应用更加的广泛，独特的优异性使该材料应用于纳米器件及微电子设备的可能性增大。纳米氧化锌粒子作为联系宏观物体及微观粒子的桥梁，在化学、物理学、光学、电学、磁性等方面具有广阔的发展空间。

1.2节氧化锌纳米材料的主要性质

1.2.1氧化锌纳米粒子的表面效应

ZnO纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。纳米粒子表面原子与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大会引起纳米材料性质上的变化。表面原子的周围缺少相邻的原子，所以会有许多悬空键，易与其它原子相结合而稳定，具有较高的化学活性。

1.2.2氧化锌纳米粒子的小尺寸效应

随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变，由于颗粒尺寸变化引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，会声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的小尺寸效应。

1.2.3氧化锌纳米粒子强的吸附能力

纳米ZnO粉末由于具有很高的比表面能，粉体表面含有羰基、羟基等多种官，因此具有优越的吸附性能[1]。

1.2.4氧化锌纳米粒子对紫外线的屏蔽

纳米氧化锌由于具有较好的化学稳定性、热稳定性、不分解、不变质、无毒、无味、屏蔽紫外线波长范等特点，是一种广谱的无机紫外屏蔽剂。

第2章氧化锌纳米材料的制备方法及应用领域

2.1节氧化锌纳米材料的制备方法

对于纳米材料的制备方法，目前尚无明确的分类标准。按照物质的原始状态可分为固相法，液相法和气相法；按研究纳米粒子的学科分类，可将其分为物理方法、化学方法和物理化学方法；按其制备技术分类，又可分为机械粉碎法、气体蒸发法、溶液法、激光合成法、溶胶-凝胶法[2]、等离子体合成法[3]、射线辐照合成法等。但是就实际操作而言，经常采用的方法有微乳液法[4]、沉淀法、水热法模板法、溶胶-凝胶法、悬浮液法[5]、金属有机气相外延生长法、射频磁控溅射法等。

2.1.1微乳液法

用油酸、正丁醇和氢氧化钠水溶液按10:10:9的比例制成微乳液，充分搅拌搅拌，再向烧杯中加入硫酸锌溶液，生成沉淀离心分离、干燥即得产品。

此法是由水、油、表面活性剂、助表面活性剂所形成的分散质点大小在仅为10～100nm热力学稳定分散体系，微乳液的水核或油核提供的纳米粒子形成了“微反应器”，所制得的粒子单分散性好。

2.1.2沉淀法

沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合溶液中加入适当的沉淀剂制备纳米粒子的前驱体沉淀物，再将此沉淀物进行干燥或煅烧，从而制得相应的纳米粒子。沉淀法制备纳米粒子主要分为直接沉淀法、共沉淀法、均相沉淀法、化合物沉淀法、水解沉淀法等多种。

直接沉淀法是在锌的可溶性盐中加入一种沉淀剂，首先制成另一种不溶于水的锌盐或锌的碱式盐、氢氧化锌等，即形成沉淀，然后对沉淀物进行洗涤、干燥、加热处理便制成了氧化锌纳米粒子。

直接沉淀法的具体过程如下：将硫酸锌和碳酸铵缓慢混合，用超声波分散及陈化一定时间，用稀氨水洗涤、无水乙醇脱氢，所得先驱物恒温干燥再煅烧即得