均匀沉淀法制备纳米氧化锌和片状氧化锌粉体
实验7--沉淀法制备纳米氧化锌粉体[资料]
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实验七沉淀法制备纳米氧化锌粉体一、实验目的1、了解沉淀法制备纳米粉体的实验原理。
2、掌握沉淀法制备纳米氧化锌的制备过程和化学反应原理。
3、了解反应条件对实验产物形貌的影响，并对实验产物会表征分析。
二、实验原理氧化锌是一种重要的宽带隙(3.37 eV)半导体氧化物，常温下激发键能为60 meV。
近年来，低维（0维、1维、2维）纳米材料由于具有新颖的性质已经引起了人们广泛的兴趣。
氧化锌纳米材料已经应用在纳米发电机、紫外激光器、传感器和燃料电池等方面。
通常的制备方法有蒸发法、液相法。
我们在这里主要讨论沉淀法。
沉淀法是指包含一种或多种离子的可溶性盐溶液，当加入沉淀剂(如OH--，CO32-等)后，或在一定温度下使溶液发生水解，形成不溶性的氢氧化物、氧化物或盐类从溶液中析出，并将溶剂和溶液中原有的阴离子洗去，得到所需的化合物粉料。
均匀沉淀法是利用化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢均匀地释放出来。
而加入的沉淀剂不是立即在溶液中发生沉淀反应，而是通过沉淀剂在加热的情况下缓慢水解，在溶液中均匀地反应。
纳米颗粒在液相中的形成和析出分为两个过程，一个是核的形成过程，称为成核过程；另一个是核的长大，称为生长过程。
这两个过程的控制对于产物的晶相、尺寸和形貌是非常重要的。
制备氧化锌常用的原料是可溶性的锌盐,如硝酸锌Zn(NO3)2、氯化锌ZnCl2、醋酸锌。
常用的沉淀剂有氢氧化钠（NaOH ）、氨水（NH 3. H 2O ）、尿素（CO(NH 2)2）。
一般情况下，锌盐在碱性条件下只能生产Zn(OH)2沉淀，不能得到氧化锌晶体，要得到氧化锌晶体通常需要进行煅烧高温。
均匀沉淀法通常使用尿素作为沉淀剂，通过尿素分解反应在反应过程中产生NH 3 H 2O 与锌离子反应产生沉淀。
反应如下：O H NH CO O H NH CO 23222223)(⋅+→+ (1)OH -的生成：-++→⋅OH NH O H NH 423 (2)CO 32-的生成：O H CO NH CO O H NH 223422322++→+⋅-+ (3)形成前驱物碱式碳酸锌的反应：()↓⋅⋅→+++--+O H OH Zn ZnCO O H OH CO Zn 2232232243 (4)热处理后得产物ZnO ：()O H CO ZnO O H OH Zn ZnCO 22223232+↑+→⋅⋅ (5)本实验通过Zn(NO 3)2和NaOH 之间反应得到的Zn(OH)42-进行热分解反应制备了氧化锌纳米晶体。
实验沉淀法制备纳米氧化锌粉体
实验沉淀法制备纳米氧化锌粉体
本实验采用沉淀法制备纳米氧化锌粉体。
沉淀法是一种化学反应沉淀物形成的方法，
通过控制反应条件和物质浓度，可以制备出不同形状和尺寸的纳米材料。
此方法操作简便，且制备出的产物具有较高的纯度和稳定性。
实验步骤如下：
1.将0.5 mol/L的硝酸锌溶液和0.5 mol/L的氨水溶液分别放入两个棕色草酸烧杯中。
注意要保持溶液的相对浓度相同。
2.将氨水溶液滴加到硝酸锌溶液中，同时使用玻璃搅拌棒搅拌，直到反应液变为乳白
色悬浮液。
搅拌时间约为10分钟。
3.将制备好的纳米氧化锌悬浮液通过滤纸过滤，并使用蒸馏水洗涤几次，以去除余留
的氨水和硝酸离子。
4.将过滤后的纳米氧化锌沉淀用乙醇和热水脱水，然后干燥。
此时产生了均匀的纳米
氧化锌粉末。
5.为了控制氧化锌的粒径，可以改变氨水和硝酸锌的浓度，或者改变反应时间和温度
等反应条件。
实验注意事项：
1.实验过程中要避免吸入或接触硝酸锌、氨水等有害化学物质。
2.制备纳米氧化锌粉末时，要保持反应体系的纯度，避免杂质的干扰。
3.沉淀法制备纳米材料时，反应时间、温度和物质浓度等条件应根据具体情况进行控制，以使产物的形状和尺寸满足要求。
4.实验过程中要注意实验室安全，遵守安全操作规程，配备相应的防护措施。
综上所述，通过沉淀法制备纳米氧化锌粉体的实验步骤简单，产物纯度高，可以通过
调节反应条件控制纳米氧化锌的粒径。
这种方法可以应用于制备其他纳米材料，并具有广
泛的应用前景。
均匀共沉淀法制取zno
均匀共沉淀法制取zno1. 简介均匀共沉淀法是一种常用的制备纳米氧化锌（ZnO）的方法。
该方法具有操作简单、反应时间短、较高产率和纯度等特点。
因此被广泛应用于氧化锌的制备。
2. 均匀共沉淀法的原理均匀共沉淀法是一种通过均匀混合两种不同用途的盐溶液制备氧化锌纳米粒子的方法。
在该方法中，先将氧化锌前体溶于溶液中，然后加入NH4OH，用于提高pH值，促进Zn2+ 沉淀生成Zn(OH)2，并形成胶体粒子。
接着，将其他金属离子的溶液与Zn(OH)2混合，进一步沉淀形成氧化物混合物。
最后，为了获得氧化锌，还需要将混合物进行煅烧处理。
3. 实验过程在实验过程中，首先需要制备两种不同的盐溶液，一种是氧化锌前体，另一种是含其他金属离子的盐溶液。
然后将两个溶液均匀混合，再利用氨水溶液调节pH值。
当pH值为8左右时，混合物开始沉淀。
接着需要连续搅拌20-30分钟，以保证混合物充分均匀混合。
此时，将混合物加入醇类溶剂中，然后以高温（> 300°C）煅烧，在高温下还原并生成氧化锌样品。
4. 实验优势该方法有许多实验优势，包括：4.1 粒子的尺寸和分散性较好，分布范围窄，对于研究粒子的表面结构和性能具有优势；4.2 操作简单，适用于规模化制备；4.3 可以轻易地通过改变混合液体中含量和浓度，来调控最终得到的纳米ZnO的性质，并优化其光电性能；4.4 纳米氧化锌制备过程中的化学反应具有容易控制的化学反应动力学，可以通过单一反应温度调控合成过程。
5. 结论均匀共沉淀法制备氧化锌是一种非常普遍的方法，适用于制备纳米ZnO。
该方法具有高效、简单、灵活和易于控制反应动力学特性等优点。
在未来，该方法将继续被研究和改进，以提高其效率和应用范围，并促进氧化锌在各种领域中的使用。
纳米氧化锌粉的制备方法
Ｃ ２Ｈ ２
Ｎ２
Ｆｕｒｎａｃｅ
Ｅｘｈａｕｓｔ ａｍｅ Ｏ２
图 １ 熔化－燃烧法制备纳米氧化锌的装备图 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｓ ｋｅｔｃｈ ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ
ｏｆ ｎａｎｏ－ ＺｎＯ ｂｙ ｍｅｌｔｉｎｇ－ ｃｏｍｂｕｓ ｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ （ＭＣＭ）
气相法的原理是利用蒸汽压较大的材料， 在适当 的条件下， 使其蒸汽凝结成晶体的方法。气相法制备
收稿日期： ２００８－ ０２－ ０９ 基金项目： 江西省教育厅 ２００６ 年度科技计划资助项目 通讯联系人： 王艳香， 女， 副教授， Ｅ－ ｍａｉｌ：ｙｘｗａｎｇ７２＠１６３．ｃｏｍ
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《陶瓷学报》２００８ 年第 ２ 期
直接沉淀法是制备超细 ＺｎＯ 广泛采用的一种方 法， 其操作简便易行， 对设备、技术需求不高， 有良好 的化学计量性， 成本较低， 被国内许多厂家所采用。但 相对而言， 产品质量等级不高， 这是因为该法原溶液 中阴离子的洗涤较困难， 同时由于沉淀过程容易出现 局部过饱和现象， 导致得到的粒子粒径分布较宽， 分 散 性 较 差［１７］。 ２．３．２ 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 晶离子由溶液中缓慢而均匀地释放出来的方法。在该 法中， 加入的沉淀剂不立刻与被沉淀组分反应， 而是 通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中均匀释放出来， 从而使沉淀物在整个溶液中缓慢析出， 然后再将沉淀 物煅烧即得纳米氧化锌粉。常用的均匀沉淀剂有尿素 和六次甲基四胺［１８－ １９］。
反应燃烧， 此时反应区的温度可达 ３０００℃以上， 当形 成了较多的烟气时， 在尾部抽热风， 将所得的氧化锌 粉收集。合理的控制锌和乙炔与氧的比例， 可制得纯 的粒径为 １０￣３０ｎｍ 四角针状氧化锌粉。
均匀沉淀法制备纳米 ZnO 及其光催化研究
均匀沉淀法制备纳米 ZnO 及其光催化研究李秀萍;李秀荣;赵荣祥;胡亚楠【摘要】通过控制溶液的pH为8，确保溶液中碳酸根以碳酸氢根形式存在，通过加热使碳酸氢根分解为碳酸根生成碳酸锌沉淀，碳酸锌煅烧分解为氧化锌。
采用均匀沉淀法制备纳米氧化锌，利用X射线衍射（X RD ）、扫描电镜（SEM）、紫外（UV）和红外（IR）光谱对所制备催化剂进行表征。
通过光催化降解罗丹明B （RhB），研究氧化锌的光催化性能。
分别考察了催化剂的质量、pH值、双氧水的体积、光催化时间对光催化效果的影响。
结果表明，100 mL罗丹明B溶液加入24 mg催化剂、pH＝4、H2 O2加入体积为2 mL时，130 min光催完毕。
%In this work ,controlling the pH of the solution was 8 ,which ensure that the carbonate exists in the form of bicarbonate .The bicarbonate were decomposed carbonate by heating .The carbonate and zinc ions producted zinc carbonate precipitation ,zinc carbonate were decomposed ZnO by calcination . Nanometer ZnO were preparated by homogeneous precipitation .Samples were characterized by X-raydiffraction(XRD) ,scanning electron microscopy(SEM) ,UV spectroscopy . The rhodamine B(RhB) was aim of degradation .The photocatalytic activity of the samples was evaluated by the photocatalyst of rhodamine B(RhB) under UV light irradiation .It was studied on effects of catalyst dosage ,pH and H2O2 dosage on photocatalytic time .The experimental results show 100 mL RhB was completely photocatalized in 130 min under adding the mass of calalyst was 24 mg ,pH was 4 and the volue of H2 O2 was 2 mL .【期刊名称】《辽宁石油化工大学学报》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】4页(P39-42)【关键词】均匀沉淀;氧化锌;光催化;罗明丹B;紫外【作者】李秀萍;李秀荣;赵荣祥;胡亚楠【作者单位】辽宁石油化工大学化学化工与环境学部，辽宁抚顺 113001;黑龙江省望奎县第一中学，黑龙江绥化152100;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部，辽宁抚顺 113001;辽宁石油化工大学化学化工与环境学部，辽宁抚顺 113001【正文语种】中文【中图分类】TE662;O643.3近年来，纳米半导体光催化技术被认为是一种最为环保的环境污染物深度处理技术。
直接法氧化锌粒径
直接法氧化锌粒径
直接法氧化锌是一种通过直接沉淀法制备的纳米材料。
在制备过程中，通常采用锌盐溶液作为原料。
根据不同文献资料，直接法氧化锌的粒径有以下几种：
1. 直接沉淀法：制备出的氧化锌粒径在10-50 nm左右。
2. 均匀沉淀法：制备出的氧化锌粒径在10-30 nm左右。
3. 微乳液法：制备出的氧化锌粒径在20-50 nm左右。
4. 喷雾热解法：制备出的氧化锌粒径在10-50 nm左右。
5. 水热法：制备出的氧化锌粒径在10-30 nm左右。
6. 固相法：制备出的氧化锌粒径在10-50 nm左右。
7. 激光加热法：制备出的氧化锌粒径在10-40 nm左右。
需要注意的是，这些粒径数据可能会受到实验条件、制备方法等因素的影响，实际应用中可能会有所差异。
在实际生产过程中，通过调整制备参数，如溶液浓度、pH值、反应温度等，可以控制氧化锌粒径的大小。
均匀沉淀法制备纳米氧化锌和片状氧化锌粉体
2003年6月 云南化工 Jun.2003 第30卷第3期 Yunnan Chemical Technology V ol.30,No3 均匀沉淀法制备纳米氧化锌和片状氧化锌粉体李东英,安黛宗,刘珩(中国地质大学材料科学与化学工程学院,武汉430074)摘 要: 以氯化锌、尿素为原料,采用均匀沉淀法在一定条件下制备得到纳米级氧化锌粉体。
并以TEM、S EM、XRD等测试手段对产物的粉体结构、形貌进行了研究。
结果表明,在200℃下热处理得到的氧化锌粉体结晶性能良好;在较大的反应物浓度及反应物浓度比下可以得到较小的晶体粒径,平均为20nm,且分散性好;在较小的浓度及较小的浓度比下得到的晶体粒径较大,并呈片状生长。
阐述了浓度对于粒径大小的影响并得出片状氧化锌微晶生长的最佳条件。
关键词: 均匀沉淀法;片状氧化锌;纳米氧化锌中图分类号: O614.24 文献标识码: A 文章编号: 1004-275X(2003)03-0037-03Preparation of Nanometer-ZnO and Sheet-ZnO By Uniform-Precipitation MethodL I Dong-ying,AN Dai-zong,LIU Hen g(School of M aterial Science and C hemical Engineering,China University of Geosciences,Wuhan430074,China)Abstract: Nanometer ZnO w as s ynthesized by uniform precipitation-method from ZnCl2and carbamide,and TEM, S EM and XRD were used to characterize the p roduct.Result indicated that pow dered ZnO w ith good crystal capabilitycould be obtained after treatment at200℃.Less granularity,bigger reactant concentration and proportion.The crystalgrew in sheet,with20nanometers at average.Effect of concentration on the granularity,and the optimal g rowing condi-tion of sheet ZnO crystals w ere discussed.Keywords: uniform precipitation method;sheet ZnO;nanometer ZnO 高性能材料的广泛应用越来越取决于对组成材料的晶粒尺寸、分布和形貌的控制。
沉淀法合成纳米氧化锌
实验一均匀沉淀法制备纳米ZnO粉体
一、实验目的
熟悉均匀沉淀法制备纳米ZnO粉体的方法。
二、实验原理
均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢地、均匀地释放出来。
所加入的沉淀剂不直接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均匀地、缓慢地析出。
该法得到的粒子粒径分布较窄,分散性好，工业化放大被看好。
以硝酸锌为原料，尿素为沉淀剂制备纳米ZnO的反应方程式如下：
尿素分解反应
沉淀反应
热处理
三、实验仪器和药品
1.仪器
磁力搅拌器、电子天平、电热鼓风干燥箱、马沸炉、离心机、烧杯、玻璃棒、量筒、坩埚、烧瓶、球形冷凝管，胶管等
2．药品
硝酸锌、尿素、蒸馏水
四、实验步骤
1、按硝酸锌浓度0.1mol/L、尿素浓度0.4mol/L配置250mL混合溶液。
其中硝酸锌称取19.9g，尿素12g溶于蒸馏水中，总体积调为250mL，装入圆底烧瓶中。
2、将上述圆底烧瓶放入95℃的恒温水浴中，装置回流管，搅拌保温5h；
3、将所得溶液冷却后，放入离心机中离心分离，用蒸馏水洗涤2-3次；
4、再将所得沉淀放入烘箱干燥24~48h，烘箱温度保持60℃左右；
5、最后，将干燥后的样品放入马沸炉中煅烧4h，温度为450℃。
6、用紫外分光光度计检测其光催化效果。
五、思考题
1、均相沉淀法的原理？
2、用尿素作为沉淀剂与硝酸锌制备氧化锌粉末的原理？。
均匀沉淀法制备ZnO纳米粉末
均匀沉淀法制备ZnO 纳米粉末材料物理 0910278 吴纯治一、实验目的1.掌握均匀沉淀法制备材料的原理、方法和步骤；2.用均匀沉淀法制备出纳米ZnO 粉体；3.熟悉离心搅拌器、电热鼓风干燥箱、离心机等仪器的使用。
二、实验原理（一）ZnO 粉末的制备方法有很多种，大体分为物理法和化学法两类。
（1） 物理法是采用特殊的粉碎技术，将普通级粉体粉碎，是从大颗粒到小颗粒的制备方法；（2） 化学法在控制条件下，从原子或分子的成核生成或凝聚为具有一定尺寸和形状的粒子。
化学法按物态又分为气相法，液相法和固相合成法，其中我们实验所用到的就是液相法中的均匀沉淀法。
（二）液相中析出纳米颗粒（1）核的形成：溶液处于过饱和的亚稳态时，由于分子或离子的运动，某区域分子易凝结成团，该团稳定后即形成晶粒。
由Kelvin 公式及过饱和度条件可知，只有满足以下条件时，晶粒才可能出现。
ln Z Mr RT S σρ=根据化学反应动力学理论，晶粒的生成速率为：3233216exp[]3(ln )MN K R T s πσρ=-（2）核的成长：晶粒在过饱和溶液中形成后，溶质不断沉积于其上，使晶粒不断长大。
晶粒线性生长速率的普遍式为：exp()BR A G T ν=∆-要想获得纳米颗粒。
必须控制好核生成和核成长之间的关系，保证核生成速率大于核成长速率。
（三）均匀沉淀法制备ZnO 粉末利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢地、均匀地释放出来。
此时，加入的沉淀剂不是立刻与被沉淀组份发生反应，而是通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢地生成。
其特点就是构晶离子的过饱和度在整个溶液中比较均匀，所以沉淀物的颗粒均匀而致密，便于过滤洗涤，此外还可以避免杂质的共沉淀。
其化学反应方程式如下：222232()32CO NH H O CO NH H O +→↑+⋅ （1）232242()2Zn NH H O Zn O H NH +++⋅→↓+ （2） 22()()Zn O H ZnO s H O ∆−−→+↑ （3）上式中（1）式为尿素的水解反应。
沉淀法制备纳米ZnO粉体
文章编号:167226987(2004)0120021205沉淀法制备纳米Z nO 粉体李 斌,杜芳林(青岛科技大学材料与环境科学学院,山东省纳米材料工程技术重点实验室,山东青岛266042)摘 要:以硝酸锌为原料,氨水、尿素为沉淀剂,同时加入表面活性剂,采用直接沉淀法和均匀沉淀法制备了纳米ZnO 粉体。
讨论了反应物浓度、配比、表面活性剂种类和用量对粉体粒径的影响。
用TE M 、XRD 、DSC 2TG 对制备的纳米粉体进行了表征。
结果表明:均匀沉淀法优于直接沉淀法;表面活性剂的加入有利于改善粉体团聚。
关键词:纳米氧化锌;直接沉淀法;均匀沉淀法;表面活性剂中图分类号:T Q 316.65 文献标识码:APreparation of N anoparticles of Z nO by Precipitation MethodLI Bin ,DU F ang 2lin(C ollege of M aterials and Environmental Science ,Qingdao University of Science and T echnology ,Shandong K ey laboratory of Nanostructured M aterials Engineering ,Qingdao 266042,China )Abstract :Using zinc nitrate as the starting material and amm onia and urea as precipitating agent ,we prepared nano 2ZnO powder by direct precipitation method and hom ogeneous precipitation method.The effects of the reactants concentration and mixing ratio ,the types and the concentration of surfactants on the powder diameter were discussed.The nanometer powder was characterized by TE M ,XRD and DSC 2TG.The results showed that hom ogeneous precipitation method is superior to direct precipitation method and adding surfactants is useful to im prove powder reuniting.K ey w ords :nanometer 2size zinc oxide ;direct precipitation method ;hom ogeneous precipitation method ;surfactant 纳米ZnO 是一种新型高功能精细无机产品。
纳米氧化锌的制备实验报告
纳米氧化锌的制备实验报告一、实验目的1.学习纳米氧化锌的制备方法和过程；2.了解纳米氧化锌的物理化学特性；3.掌握实验室制备纳米氧化锌的方法和操作流程。
二、实验原理纳米氧化锌制备方法有多种，包括气体扩散法、热分解法、湿化学法、微乳法、流动注射法、溶胶-凝胶法等。
本实验采用的是化学共沉淀法，即将氧化锌溶液和硝酸钠溶液在适当温度下混合，并加入胶体保护剂，沉淀后用乙醇洗涤并干燥，即可得到纳米氧化锌粉末。
三、实验步骤1.准备工作：取一定量纯净的硝酸钠和氧化锌分别溶于去离子水中，制备成1mol/L的溶液。
2.混合溶液：将10ml氧化锌和10ml硝酸钠溶液分别加入50ml的去离子水中，加热到70℃，搅拌均匀。
3.加入保护剂：将1ml乙醇溶于0.1g聚乙烯吡咯烷酮中，加入上述混合液中并搅拌均匀。
4.沉淀：将上述混合溶液在95℃下搅拌加热3小时，待其冷却后，可以观察到白色的沉淀物。
5.洗涤：用乙醇进行反复洗涤，以去除沉淀物中的杂质。
6.干燥：将洗涤后的沉淀物放在烤箱中，烘干至恒温100℃，即可得到纳米氧化锌粉末。
四、实验结果1.显微镜下观察：从显微镜图片可以看到，制备出来的纳米氧化锌颗粒大小在20-50nm之间，颗粒呈现为球形或椭球形。
2.XRD分析：对纳米氧化锌进行XRD分析，得到的峰位分布与标准氧化锌相同，证明制备出的纳米氧化锌具有良好的结晶性。
3.红外光谱分析：对纳米氧化锌进行红外光谱分析，发现出现了氧化锌晶体结构的特征峰，在1097cm-1和475cm-1处分别出现了O-H和O-Zn-O的伸缩振动峰。
本实验使用化学共沉淀法制备出了具有良好结晶性和均匀粒径的纳米氧化锌粉末。
通过XRD和红外光谱分析，证明了制备出的样品纯度较高，结晶完整，符合预期结果。
六、实验感想通过本次实验，我对纳米材料的制备方法、物理化学特性和实验操作流程有了更清晰的认识。
实验过程中需要精细操作，注重每一步的流程控制和注意事项，否则会影响到结果的准确性。
均匀沉淀法制备纳米氧化锌实验研究
粉 末 冶 金 工 业
ＰＯ Ｗ ＤＥＲ Ｍ ＥＴＡＬＬＵＲ ＧＹ Ｉ Ｎ ＤＵＳ ＴＲＹ
Ｖｏ １ ． ２３ Ｎｏ ．１
Ｆｅ ｂ． ２ ０１ ３
均匀沉淀法制备 纳米 氧化锌 实验研究
于娜娜 ， 王 笃政 ， 高志 谨 ， 朱 子 涵 ，汪 书丽
（ 中北 大 学 化 工 与 环境 学 院 ， 山西 太 原 ０ ３ ０ ０ ５ １ ）
ＳＴＵＤＹ ＯＮ ＰＲＥＰＡＲＡＴＩ ＯＮ ＯＦ ＮＡ ＮＯＭ ＥＴＥＲ ＺｎＯ ＢＹ
Ｈ ０Ｍ ＯＧＥＮ ＥＯＵ Ｓ Ｐ ＲＥＣＩ ＰＩ ＴＡＴＩ ＯＮ ＭＥ Ｔ ＨＯＤ
ＹＵ Ｎａ － ｎ ａ ， ＷＡＮＧ Ｄｕ － ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ， ＧＡＯ Ｚｈ ｉ － ｊ ｉ ｎ， ＺＨＵ Ｚｉ — ｈ ａ ｎ， Ｗ ＡＮＧ Ｓ ｈ ｕ － ｌ ｉ
纳米氧化锌的制备及其应用
纳米氧化锌的制备及其应用学生姓名：学号：专业：材料与冶金工程系班级：材料0702指导老师：日期：2010年6月22日摘要纳米氧化锌作为一种功能材料，有着许多有益的性能和广泛的应用。
通过对纳米氧化锌的主要制备技术过程和工艺特点，介绍了纳米氧化锌在各个领域的应用，最后对未来的应用前景提出看法.关键词：纳米氧化锌，制备，应用，前景前言近年来 ,纳米材料因其独特的物理化学作用而被广为重视 ,并逐步应用于各个领域，纳米氧化锌粒子作为联系宏观物体及微观粒子的桥梁 ,其潜在的重要性毋庸置疑 ,一些发达国家都投入大量资金开展预研究工作 ,国内的许多科研院所、高等院校也组织科研力量 ,开展纳米材料的研究工作。
纳米氧化锌是一种面向21 世纪的新型高功能精细无机产品 ,其粒径介于1～100nm,由于具有纳米材料的结构特点和性质 ,使得纳米氧化锌产生了表面效应及体积效应等 ,从而使其在磁、光、电、敏感性等方面具有一般氧化锌产品无法比拟的特殊性能和新用途。
1．纳米氧化锌的性质1.1表面效应表面效应是指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后所引起的性质上的变化，随着粒径减小,表面原子数迅速增加，另外 ,随着粒径的减小,纳米粒子的表面积、表面能及表面结合都迅速增大这主要是由于粒径越小,处于表面的原子数越多表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同表面原子周围缺少相邻的原子,有许多悬空键,具有不饱和性质 ,易与其它原子相结合而稳定下来,故具有很大的化学活性 ,晶体微粒化伴有这种活性表面原子的增多,其表面能大大增加伴随表面能的增加 ,其颗粒的表面原子数增多 ,表面原子数与颗粒的总原子数的比值被增大 ,于是便产生了“表面效应”,即“表面能”与“体积能”的区分就失去了意义 ,使其表面与内部的晶格振动产生了显著变化 ,导致纳米材料具有许多奇特的性能1.2体积效应当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时,周期性的边界条件将被破坏,磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化剂及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化 ,这就是纳米粒子的体积效应这种体积效应为实用开拓了广阔的新领域。
以尿素为沉淀剂制备纳米氧化锌粉体
以尿素为沉淀剂制备纳米氧化锌粉体刘超峰胡行方祖庸摘要：本文以尿素、硝酸锌为原料，采用均匀沉淀法制备了纳米级ZnO. 以TG--DTA热分析、红外光谱及XRD、TEM、激光衍射粒度分析仪等测试手段, 对纳米级ZnO的粉体结构和形貌进行了研究. 结果表明，在450C下热处理得到的纳米ZnO粉体结晶性能良好，改变反应条件, 制备了平均粒径在1580nm，粒度分布窄，分散性好的纳米ZnO粉体. 文中亦对过饱和度对粉体粒径大小的影响以及均匀沉淀法形成纳米氧化锌的机理进行了探讨. 关键词：纳米氧化锌,均匀沉淀法,成核及其生长,过饱和度分类号：TF 123Nanometer-sized Zinc Oxide Prepared by Using Ureaas Precipitating AgentLIU Chao-FengHU Xing-FangZU Yong(Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of SciencesShanghai 200050China)(Dept. of Chemical engineering Northwest UniversityXi'an 710069China)Abstract Nanometer-sized ZnO particles were prepared by using a homogeneous precipitation method, urea and zinc nitrate as the starting materials. icrostructure and morphology of nanometer-sized ZnO were investigated by means of TG-DTA, IR absorption spectra, X-ray diffractometry, TEM and Laser particle size analyzer. The results indicated thatwell-crystallized nano-ZnO was obtained with annealing temperature at 450 C. Narrow-sized, finely dispersed nano-ZnO with a size of 1580nm was available by controlling reactant conditions. The effects of supersaturation on particle sizes and formation mechanism of nano-ZnO were also discussed.Key words nanometer-sized ZnO, homogeneous precipitation method, nucleation and growth, super saturation degree1 引言高性能材料的广泛应用越来越取决于对组成材料的晶粒尺寸、分布和形貌的控制. 氧化锌粉体广泛的被用来制造功能器件(传感器，变阻器等)、色素、电记录材料、医用材料以及光催化材料等许多方面. 粒子的超细化可以显著的改善氧化锌的应用性能，而且纳米氧化锌在磁、光、电敏感材料方面呈现常规材料所不具备的特殊性能，使得高品质氧化锌的应用前景广阔. 而合成高纯度的、粒径和形貌可控的纳米氧化锌粉体是制备高性能纳米材料的第一步［1］.制备纳米氧化锌的方法很多，归纳起来有溶胶-凝胶法［2］、溶液-悬浮液蒸发法［3］、溶液的气相分解法［4］、传统的陶瓷合成法［5,6］和湿化学合成［7,8］等. 以上制备纳米氧化锌的方法, 由于工艺路线复杂或有机原料的成本高或设备昂贵而使工业化生产受到限制. 均匀沉淀法既改进了直接沉淀法制备粉体中存在的反应物混合不均匀，反应速率不可控制等缺点，又克服了溶胶-凝胶法使用的金属醇盐成本高的缺点. 它还具有工艺简单、操作简便、对设备要求不高、产物纯度高、粒度和组成均匀等优点，从而使其颇具工业化潜力. 因而越来越受到关注. 本实验以尿素为均匀沉淀剂，硝酸锌为原料，采用相对简单的工艺, 首次制备了粒径可控、分散性良好的纳米氧化锌粉体，并系统地研究了制备条件对粒径大小、形貌的影响，探讨了纳米氧化锌粉体形成的机理.2 实验2.1 纳米氧化锌粉体的制备先将分析纯的尿素用二次去离子水溶解在烧杯中得到一澄清溶液，再补加适量的二次去离子水，达到所需体积. 实验中，尿素与硝酸锌的摩尔浓度比为2:1. 然后在95125C下加热溶液进行反应. 由于水溶液在100C以上沸腾，故100C以上的反应在密闭容器中进行. 溶液在加热的过程中会发生如下反应. 首先尿素在提高的温度下开始缓慢水解：(1)水解产物与硝酸锌反应生成碱式碳酸锌沉淀，(2)沉淀经过滤、洗涤, 在100～110C下真空干燥箱中干燥2h左右. 干燥后的沉淀置于马弗炉中，在450 C下煅烧3h得到氧化锌产品.(3)表1列出了纳米氧化锌粉体的制备条件.表1 纳米氧化锌粉体的制备条件Table 1 Conditions of preparing of nanometer-sized ZnONumber Urea/mol．L-1Reactanttemperature/CReactant time/h TEM micrographs Mean size/nmZ-1 1.0102 1.5a(calcined at450C) b9calcined at 550C)Z-2 1.095 6.0c80Z-30.03095 6.0d25Z-4 1.0120 1.5e35Z-5 1.0120 1.5f152.2 样品的性能表征以ULVAC TGD--5000型热重分析仪对反应生成的中间产物进行TG--DTA分析，以了解热处理过程中的各种变化；用红外光谱仪(7199--C傅立叶红外光谱仪)测定反应生成的中间产物热分解前后的变化，以得到热处理过程中基团结构变化的信息；以D/max--10型XRD进行物相结构分析；以JEM--2000CX型TEM观察晶粒尺寸和形貌；并采用激光衍射仪测定纳米氧化锌的粒度分布, 以便与透射电镜所得信息进行比较.3 结果和讨论3.1 样品的热分析及红外光谱分析图1给出了反应中碱式碳酸锌的差热和热重曲线. 从TGA曲线可以看出，在250C附近有一个强烈的放热峰，说明碱式碳酸锌在这一温度下分解，同时伴随着TG曲线在230～280C之间迅速下降，然后缓慢下降，至430C以后曲线趋于平缓，说明中间产物碱式碳酸锌基本完全分解为氧化锌. 图2给出了反应中生成的中间沉淀物分别在烘干后和在450C下锻烧3h所得产物的红外透过光谱. 从图中曲线a可以发现，未经煅烧沉淀物分别在波数为1381、830和740cm-1处出现吸收峰，这是由于CO22-的晶格振动引起的红外吸收. 对比在450C下煅烧后所得产物的红外透过光谱曲线b，原来在上述波数处出现的碱式碳酸锌的特征吸收峰全部消失，而只在波数为340cm-1处出现一个新的强烈的吸收峰，新的吸收峰的出现归因于可用经典分散理论解释的氧化锌的本征晶格吸收引起的［9］. 红外光谱分析进一步证明了在450 C下煅烧中间沉淀物分解完全.图1 中间沉淀物的TG－DTA曲线Fig. 1 TG－DTA curves of the intermediate product图2 中间沉淀物在煅烧前后的红外光谱Fig. 2 IR patterns of the intermediate product(a) Uncalcined; (b) Calcined at 450C3.2 产品的[WTHZ] X射线衍射分析图3给出了分别在Z－2、Z－3、Z－5条件下制备的氧化锌粉体的X射线衍射图. 从图中曲线可以看出，尽管是超细粉末，但它们的衍射峰仍相当尖锐，说明它的结晶性良好，其D值也与JCDPS卡片361451号一一对应，说明生成产物氧化锌具有六方晶系结构，在粉末衍射图上无其他杂质相存在.图3 中间沉淀物在450C下, 热处理3h后ZnO样品的XRD曲线Fig. 3 XRD patterns of the ZnO powder by calcining the intermediateproducts at 450 C for 3h(a) Z－2; (b) Z－3; (c) Z－53.3 氧化锌粉末的粒子形貌及粒度分析将表1中所列条件下制备的氧化锌粉体样品，置于去离子水中，以超声波分散后取样，在透射电镜下观察，其粒子形貌如图4所示. 可以看出，以均匀沉淀法制备的纳米氧化锌粉体, 晶粒尺寸在15～80nm，粒径大小均匀，分散性良好. 并且随着氧化锌粒径的增长，粒子形状也相应的由类球形、球形转变为规则的六方型，说明随着粒径的增长, 氧化锌粒子的晶格的完整性得到进一步改善. 实验中用激光衍射粒度仪对Z--5条件下制备的氧化锌粉体进行粒度分析，图5给出了其粒度分布曲线，这一数据与用透射电镜实际观察所得到信息是一致的.图4 与表1对应的在不同条件下制备的纳米氧化锌的透射电镜照片Fig. 4 TEM micrographs of ZnO particles prepared under the conditions described in table 1图5 Z－5条件下制备的纳米ZnO的粒度分布Fig. 5 ZnO particle size distribution under the condition Z－53.4 过饱和度对形成纳米氧化锌粒径的影响超细颗粒的生成过程是新相的形成及其生长过程，过程的推动力可用自由能差崐值来描述［11］. 对于从溶液中析晶形成超细颗粒的过程可用类似化学反应的方程式来表示：A(溶液)= A(晶体)(4)开始时溶液中活度为a,随着析晶的进行，A物质在溶液中的活度不断降低，最后达到平衡状态，此时溶液中A的活度为平衡活度a c，按照Van't Hoff方程.ΔG=-RTlnk+RTlnQ(5)式中k为平衡常数，平衡时产物与反应物的活度比；Q为开始析晶时产物与反应物的活度比.对于溶液析晶：(6)将(6)式代入(5)，则ΔG=RTln(a c/a)(7)若不考虑活度与浓度的差异，则上式可改写为：ΔG=RTln(c c/c)(8)根据热力学第二定律：ΔG T;P<0时，析晶为自发过程，即当c c/c>0或c-c c>0时，过饱和度越大，成核速率越快. 加快成核速率降低生长速率有利于生成粒径细小的晶粒. 实际上过饱和度的增加同时也有利于核的生长，图6描述了过饱和度对成核速率I、生长速率U以及析出晶粒半径r的影响. 随着过饱和度的增加，成核速率和生长速率均增加，但进一步提高过饱和度，成核速率增长占优，由此可见, 过饱和度的提高有益于在溶液中析出细小的晶粒. 对比在相同的反应物浓度配比，分别在95、120 C下反应制备的纳米氧化锌透射电镜照片(c)、(e)，氧化锌粒径由80nm下降至35nm左右. 这是因为在120 C下进行的反应, 溶液保持在密闭容器中，因而尿素水解生成的构晶组份CO2不能散失，提高了容器中CO2的分压，增加了CO2在溶液中的溶解度，亦即增加了成核所需的过饱和度，过饱和度的增加有利于在溶液中析出更为细小、均匀的沉淀. 在Z5条件下制备的纳米氧化锌，从TEM照片(f)可以看出, 其粒径尺寸更小, 这是由于在相应体积不变的情况下，增加尿素的浓度进一步提高了反应中成核所需过饱和度所致.图6 过饱和度对成核速率I, 生长速率U及晶粒尺寸r的影响［11］Fig. 6 Dependence of nucleation velocity I, growth velocity U andgrain size r on super saturation degree Δc(see ref. 11)3.5 均匀沉淀法形成纳米氧化锌的机理粒径小、粒度分布均匀是高品质超细颗粒必须具备的基本特征之一，为了达到上述目的，在制备粉体过程中，希望晶核的形成及核的生长过程得到很好的控制. 通常采用滴加沉淀剂直接与反应物反应得到沉淀的方法，很难防止沉淀剂局部浓度过高而造成溶液中局部过饱和度过大，会使溶液中同时进行均相崐成核和非均相成核，造成沉淀粒度分散不均匀. 以尿素为均匀沉淀剂制备纳米氧化锌的过程中，沉淀剂不是直接与硝酸锌反应，而是通过尿素水解生成的构晶离子OH-，CO2与硝酸锌反应. 反应(1)是慢反应，反应(2)是快反应，，尿素溶液在加热下缓慢水解是整个反应的控制步骤，因而不会造成溶液中反应物浓度的突然增大，构晶离子均匀的分布在溶液的各个部分，与反应物硝酸锌可达到分子水平的混合，因而能够确保在整个溶液中均匀的反应生成沉淀.4 结论1. 以尿素为均匀沉淀剂、硝酸锌为原料, 在不同的反应条件下制备了分散性良好、粒子平均尺寸在1580nm氧化锌粉体.2. 与一般沉淀法比较，均匀沉淀法克服了反应物在溶液中混合不均匀的缺点，保证了成核的均匀性，因而制备的粉体粒径小、粒度分布窄.3. 本实验原料易得，制备工艺简单，粉体纯度高，性能好，且易于工业化生产.作者单位：刘超峰胡行中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050方祖庸西北大学化工系西安710069参考文献1 Gupta T K. J. Am. Ceram. Soc., 1990, 73: 1817--18402 Lauf R J, Bond W D. Ceram. Bull., 1984, 63: 278--2823 Sonder E, Quinky T C, Kinser L. Amer. Ceram. Soc. Bull., 1984, 63: 278--2864 Ivers-Tiffee E, Seitz K. Amer. Soc. Bull., 1987, 66: 1348--13885 Chen Y C, Shen C Y, Chen H Z, Jap. J. Appl. Phys., 1991, 30: 84--906 Lee N Y, Kim M S, Chung I J, J. Materials. Sci., 1991, 26: 1126--1130 and Jap. J. Appl. Phys., 1991, 30: 1017--10227 Haile S M, Johnson D W, Wiseman G H, J. Am. Ceram. Soc., 1989. 728 Dosch R G, Tuttle B A, Brooks R A. J. Mater. Res., 1986, 1: 90--939 PHILIPP H R, LEVINSON L M. J. Appl. Phys., 1976, 47: 1112--112210 Collings R J, Kleinman D A. J. Phys. Chem. Solids, 1959, 11: 190--19211 华东理工大学技术物理研究所编. 超细颗粒制备科学与技术. 上海: 华东理工大学出版社, 1996. 113-115摘自《无机材料学报》。
纳米氧化锌的均匀沉淀法制备工艺研究
第18卷第6期2008年12月 粉末冶金工业POWDER METALL URG Y INDUSTR Y Vol.18No.6Dec.2008收稿日期:2008-07-10基金项目辽宁省创新团队项目计划(6T )作者简介刘 琳(65),女(河北唐山人),教授,博士,主要从事应用化学的研究。
纳米氧化锌的均匀沉淀法制备工艺研究刘 琳,田静博,邢锦娟,秦金兰,钱建华(渤海大学应用化学省级重点实验室,辽宁 锦州 121003)摘 要:介绍了以醋酸锌与尿素为原料,添加表面活性剂,均匀沉淀法制备纳米氧化锌的新工艺。
讨论了反应物浓度的配比、反应浓度、反应时间、表面活性剂对纳米氧化锌形成的影响。
采用X 射线衍射(XRD )、激光粒度分析仪、热分析、扫描电镜等方法对制备纳米氧化锌进行表征,结果表明:制得的氧化锌的平均粒径为52nm ,晶型为六方晶系。
关键词:纳米氧化锌;醋酸锌;均匀沉淀法中图分类号:O614 文献标识码:A 文章编号:1006-6543(2008)06-0010-04S TUD Y ON P REPARA TION OF NANOMET ER ZnO B Y HOMO GEN EOU SPR EC IP ITA TION M ETHODL IU Lin ,TIAN J ing 2bo ,X I NG J i n 2juan ,QIN J in 2la n ,QIAN Jian 2hua(Provincial K ey Labs for Applie d Che mist ry ,Bohai Univer sity ,Jinzhou 121003,China)Abstract :A new proce ss of produci ng nanometer zinc oxide by homo geneous p recipit ation f rom Zn (AC)2and CO (N H 2)2wi t h diffe rent surfacta nt s is i nt roduced.The eff ect s such as t he concentrat ion ,te mperat ure ,reat tion ti me and surfact ant s on format io n of nanomet er zinc were st udied.XRD and la ser part icle size anal ysis a nd t hermal analysis and SEM were used tocharact erize t he p hysical properties of t he product s.The experimental result show s t hat t he p repare d nanomet er zi nc oxide powder ha d an averagc size of 52nm ,belongi ng to hexagonal syst em.K ey w ords :nanomet er ZnO ;zinc acet ate ;homoge neous precipit ation 纳米氧化锌的制备方法有多种,根据制备过程中有无化学反应发生可分为物理法和化学法[1-3]。
均匀沉淀法制备纳米氧化锌的工艺条件
均匀沉淀法制备纳米氧化锌的工艺条件近年来，随着科学技术的发展，纳米氧化锌的应用迅猛增长，特别是在材料科学方面，它的应用也越来越广泛。
研究发现，纳米氧化锌有独特的物理和化学性能，如光学性能、吸附性能、抗腐蚀性能等，它们可以用于许多不同的应用场合，例如纳米分子传感器、纳米材料制备、纳米药剂制剂、太阳能电池的涂层等。
因此，研究如何快速、有效地制备纳米氧化锌，对纳米材料的应用具有重要意义。
均匀沉淀法是一种常用的制备纳米氧化锌的方法，它的基本原理是在水溶液中以溶剂蒸发的方式使离子沉淀，获得尺寸及形貌均一的纳米颗粒。
从工艺配比来看，主要包括溶质配比、溶剂配比及添加剂配比。
下面就简单描述一下均匀沉淀法中的重要参数及其影响，以期制备高品质的纳米氧化锌。
首先，研究发现，控制溶质的配比是制备纳米氧化锌的关键过低或过高的溶质量会影响纳米颗粒的均一性及形貌型。
常用的组分是氧化锌及溶剂，溶质的比例一般小于1：20，最好是1：10。
其次，控制溶剂的配比也是重要的常用的溶剂有水、乙醇及其他有机溶剂。
不同的类型的溶剂会影响纳米氧化锌的组成、纯度及形貌型，因此，必须选择适当的溶剂，才能获得良好的效果。
此外，添加剂的类型及量也会影响纳米颗粒的尺寸及形貌型。
一般情况下，包括表面活性剂、调节剂以及缓冲剂，它们可以调节悬浮体的表面张力，改变纳米颗粒的结晶度和均匀度，从而影响最终获得的纳米氧化锌的形貌及特性。
最后，工艺参数，如加热、搅拌及脱离度等也是非常重要的工艺条件。
研究发现，搅拌时间越长，悬浮体质量分数越高，从而有利于均匀沉淀。
然而，加热处理会使悬浮体形成凝胶，严重影响均匀沉淀效果，因此，加热温度及时间要控制得当，以获得良好的制备效果。
总之，均匀沉淀法是一种常用的纳米氧化锌制备方法，它的工艺参数包括溶质配比、溶剂配比、添加剂配比、加热等。
控制这些参数，可以达到最佳的效果，从而制备出高品质的纳米氧化锌。
均匀沉淀法制备纳米氧化锌研究
第35卷，增刊V01．35Suppl e雠m红外与激光工程hl：胁red柚d Las er E n酉n∞r i l l g2006年10月oc t．2006均匀沉淀法制备纳米氧化锌研究曾宪华，史运泽，樊慧庆(西北工业大学材料学院，陕西西安710072)摘要：以六水硝酸锌为锌源、氢氧化钠为碱源、甲醇溶液作为溶剂，采用均匀沉淀法合成了纳米氧化锌。
实验结果表明制备出的纳米氧化锌为纯相六角纤锌矿结构氧化锌。
通过x一射线衍射(xR D)，扫描电镜(s E M)等测试手段对所得产物的组成、形貌、结构进行了研究。
该方法制备的纳米氧化锌平均粒径在11nm左右。
关键词：氧化锌；纳米粒子；均匀沉淀法；六角纤锌矿型晶体结构中图分类号：T N215文献标识码：A文章编号：1007．2276(2006)增E一0165．03Pr epar at i on and cham ct er i zat i on of nam om et er zi nc o】|【ide by ahom ogene ous pr eci pi t at i on冱N G)(i柚也ua，Sm Y un—ze，Ⅳ蝌H ui—qi ng(School0f M锄=ri als Sci∞ce锄d Engi II ecri ng，N onh懈咖Pol弘echni cal U面rc rs it y。
)【i’蛆7100r72，al ina)A bst m t：N锄om e喷zi nc oxi de a r e sy劬esi zed舶m Z l l N036H zo柚dN a oH by a hom oge舱ouspr eci pi觚on，us i ng C17H603a s a s ol vent．Z no pow der s ar e c ha r ac t e ri Zed by x—r aydi债act i on aJl d sc咖i Il g e l e c t r on I I l i cr os copy，锄d om e r m eas of t es血g．功e zi nc oxi de c巧st al s a r e pur e hex a90n al w unzi t e s劬cm l．e(SG：P63I nc)i11aV er age si z e 0f l l m n．K ey w or ds：Zno；N anm n咖c巧stal s；H om ogeneous pr eci pi砸on；H exa90nal w urt zi t e s劬ct ur e0引育氧化锌通常为六角纤锌矿型晶体结构，是一种新型的宽禁带半导体材料，室温禁带宽度为3．3eV，由于量子尺寸效应，当颗粒为10nm时，其禁带宽度增加到大于4．5eV，此时能较好的吸收250～320nm的紫外线。
均匀沉淀法制备纳米氧化锌
均匀沉淀法制备纳米氧化锌刘家祥;丁德玲;王震;韩跃新【期刊名称】《有色金属工程》【年(卷),期】2006(058)001【摘要】研究均匀沉淀法制备纳米氧化锌影响因素和最佳工艺条件.结果表明,均匀沉淀法可制备出六方晶系纳米氧化锌.随Zn2+浓度增加纳米氧化锌颗粒由棒状向球形转化,平均粒径49nm.对纳米氧化锌产率影响因素的显著性水平依次为反应温度、尿素与Zn2+物质的量之比、反应时间和Zn2+的浓度.最优工艺参数为:反应温度95℃、反应时间3.5h、Zn2+浓度0.6mol/L、尿素与Zn2+物质的量之比为2.5.以硝酸锌为原料可得到纯度较高的纳米氧化锌.【总页数】4页(P49-52)【作者】刘家祥;丁德玲;王震;韩跃新【作者单位】北京化工大学,可控化学反应科学与技术基础教育部重点实验室,北京化工大学,材料科学与工程学院,北京,100029;北京化工大学,可控化学反应科学与技术基础教育部重点实验室,北京化工大学,材料科学与工程学院,北京,100029;北京化工大学,可控化学反应科学与技术基础教育部重点实验室,北京化工大学,材料科学与工程学院,北京,100029;东北大学,资源与土木工程学院,沈阳,110004【正文语种】中文【中图分类】TB383;TB321;TQ132.41【相关文献】1.醋酸锌分解均匀沉淀法制备纳米氧化锌 [J], 车露阳;何登良;顾声音;唐雪;徐晓慧2.均匀沉淀法制备不同粒径的纳米氧化锌 [J], 王肖鹏;薛永强3.均匀沉淀法制备纳米氧化锌和片状氧化锌粉体 [J], 李东英;安黛宗;刘珩4.纳米氧化锌的均匀沉淀法制备工艺研究 [J], 刘琳;田静博;邢锦娟;秦金兰;钱建华5.均匀沉淀法制备纳米氧化锌实验研究 [J], 于娜娜;王笃政;高志谨;朱子涵;汪书丽因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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2003年6月 云南化工 Jun.2003 第30卷第3期 Yunnan Chemical T echnolog y V ol.30,No3 均匀沉淀法制备纳米氧化锌和片状氧化锌粉体李东英,安黛宗,刘珩(中国地质大学材料科学与化学工程学院,武汉430074)摘 要: 以氯化锌、尿素为原料,采用均匀沉淀法在一定条件下制备得到纳米级氧化锌粉体。
并以TEM、S EM、XRD等测试手段对产物的粉体结构、形貌进行了研究。
结果表明,在200 下热处理得到的氧化锌粉体结晶性能良好;在较大的反应物浓度及反应物浓度比下可以得到较小的晶体粒径,平均为20nm,且分散性好;在较小的浓度及较小的浓度比下得到的晶体粒径较大,并呈片状生长。
阐述了浓度对于粒径大小的影响并得出片状氧化锌微晶生长的最佳条件。
关键词: 均匀沉淀法;片状氧化锌;纳米氧化锌中图分类号: O614.24 文献标识码: A 文章编号: 1004-275X(2003)03-0037-03Preparation of Nanometer-ZnO and Shee-t ZnO By Uniform-Precipitation MethodL I Dong-ying,AN Da-i zong,LIU Hen g(School of M aterial Sci ence and Chemical Engineering,Ch i na University of Geosciences,Wuhan430074,China)Abstract: Nanometer ZnO w as synthesized by uniform precipitation-method from ZnCl2an d carbamide,and TEM, S EM and XRD were used to characterize the product.Result indicated that pow dered ZnO w ith good crys tal capabilitycould be obtained after treatment at200 .Less granularity,bigger reactant concentrati on and proportion.The crystalgrew in sheet,with20nanometers at average.Effect of concentration on the granularity,and the optimal grow i ng cond-ition of sheet ZnO crystals w ere discussed.Keywords: un iform precipitation method;sheet ZnO;nanometer ZnO高性能材料的广泛应用越来越取决于对组成材料的晶粒尺寸、分布和形貌的控制。
超细氧化锌是一种近年来发展的新型高功能无机产品,它具备了其本体块状物料所无法比拟的优异性能,如无毒和非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等。
合成高纯度的、粒径和形貌可控的纳米氧化锌粉体是制备高性能纳米材料的第一步;目前,对超细氧化锌的研究主要包括制备、微观结构、宏观物性和应用等方面,其中制备工艺和过程的研究与控制对微观结构和宏观性能具有重要影响。
超细氧化锌的化学制备方法很多,包括溶胶-凝胶法[1]、溶液-悬浮液蒸发法[2]、溶液的气相分解法[3]、传统的陶瓷合成法[4,5]和湿法化学合成[6,7]等。
在所有的制备方法中,均匀沉淀法以其设备简单、操作方便且不需要严格的反应条件,成为工业化生产的一个优先选择,尤其近年来倍受关注。
本文以尿素为均匀沉淀剂,以氯化锌为原料,采用简单的工艺,制备了分散性良好的氧化锌粉体,系统研究了制备条件对粒径大小、形貌的影响,探讨了片状氧化锌的生长条件。
1 实验1.1 原料ZnCl2(CP);CO(NH2)2(CP)。
1.2 制备以100mL水-乙醇溶剂,将化学纯的尿素与氯化锌在烧杯中混合溶解,加热升温,同时匀速搅拌反应2h,过滤、洗涤,得到前驱物。
将干燥后的前驱物在80 真空干燥箱干燥2h,然后置于马弗炉中,在200 焙烧2h,得到产品,经重量分析,全部分解为氧化锌。
表1列出了纳米氧化锌粉体的制备条件。
表1 纳米氧化锌粉体的制备条件尿素c /mol L-1反应温度T / n (ZnCl 2)/n (CO(NH 2)2)T EM (SEM )平均粒径/nm 3.0851 3图5(a)606.0851 3图5(c)456.0951 3图5(b)202.0751 2图41501.3 样品的性能表征测定以扫描电镜(JSM -6301F)、透射电镜(日立H -600)观察晶粒尺寸和形貌;以ULVAC T GD -5000型热重分析仪对反应生成的中间产物进行T G -DTA 分析,以了解热处理过程的各种变化;以XRD(D/max -3c)进行物相结构分析;以红外光谱(IR -400)测定反应生成的中间产物热分解前后的变化,以得到热处理过程中集团结构变化的信息;粒子的化学组成。
2 结果与讨论2.1 样品的热分析及红外光谱分析图1给出了反应中前驱物的热重曲线。
从T GA 曲线可以看出,在80~110 之间有一个微弱的放射峰,说明前驱物在这一温度下发生了第一次分解,即失水;在158~250 之间有一个强烈的放热峰,同时T G 曲线迅速下降,然后缓慢下降,至333 以后曲线趋于平缓,说明中间产物完全分解为氧化锌。
图1 前驱物热重分析图2给出了反应中生成的前驱物分别在烘干后和200 焙烧2h 所得产物的红外透射光谱。
从图中曲线a 可以发现,前驱物分别在3496、3454cm -1处出现吸收峰,这是由于OH -1的晶格振动引起的红外吸收,而在903、720cm -1处出现的是水的红外吸收峰,在465cm -1处出现的吸收峰归因于可用经典分散理论解释的氧化锌的本征晶格吸收引起的[8]。
对比在200 下焙烧后所得产物的红外透过光谱曲线b,原来在上述波数处出现的前驱物的其他特征吸收峰全部消失,只在波数429cm -1保留了氧化锌的吸收峰。
红外光谱分析进一步证明了在200 下焙烧前驱物分解完全。
图2 前驱物在焙烧前后的红外光谱2.2 产品的X 射线衍射分析图3给出了氧化锌粉体的X 射线衍射图。
从图中曲线可以看出,尽管是超细粉末,但它们的衍射峰相当尖锐,表明结晶性良好,对照其D 值与JCDPS 卡片基本一致,说明产品为六方晶系结构;在衍射图上无其它杂质相存在,产品的纯度高。
图3 氧化锌的X -ray 粉晶衍射图4 片状氧化锌的T EM 图2.3 氧化锌粉末的粒子形貌及粒度分析将表1中所列条件下制备的氧化锌粉体样品,置于去离子水中,以超声波分散后取样,在透射电镜下观察,其粒子形貌如图5所示。
可以看到,以均匀沉淀法制备的纳米氧化锌粉体,晶粒尺寸在20~150nm,粒径大小均匀,分散性良好,粒子形状也相应由类球形、球形转变为规则的六方形片状,说明随着粒径的增长,氧化锌粒子的晶格的完整性逐步得到改善。
38 云南化工 2003年第3期(a) (b) (c)图5 与表1对应的在不同条件下制备的纳米氧化锌的透射电镜照片2.4 过饱和度对形成纳米氧化锌粒径的影响超细颗粒的生长过程是新相的形成及其生长过程,过程的推动力可用自由能差来描述[9]。
根据热力学第二定律: G T i P<0时,析晶为自发过程,即当c c/c>0或者c-c c>0时,过饱和度越大,成核率越快。
加快成核速率降低生长速率有利于生长粒径细小的晶粒。
随着过饱和度的增加,成核速率和生长速率均增加,但进一步提高过饱和度,成核速率增长占优。
对比在相同的反应物浓度配比,分别在85、95 下反应制备的纳米氧化锌透射电镜照片,氧化锌粒径由45nm下降到20nm左右。
这是因为在相同条件下升高温度能够提高容器中CO2的分压,即增加了成核所需的过饱和度,过饱和度的增加有利于在溶液中析出更为细小、均匀的沉淀。
在相应体积不变的情况下,增加尿素浓度进一步提高反应中成核所需过饱和度。
2.5 均匀沉淀法形成纳米氧化锌的机理粒径小、粒度分布均匀是高品质超细颗粒必须具备的基本特征之一,通常,采用滴加沉淀剂直接与反应物反应得到沉淀的方法很难防止沉淀剂局部浓度过高而造成溶液中局部过饱和度过大,而使得溶液中同时进行均相成核和非均相成核,造成沉淀粒度分散不均匀。
以尿素为均匀沉淀剂制备纳米氧化锌的过程中,沉淀剂通过尿素水解生成的构晶离子OH,CO2与硝酸锌反应。
尿素溶液在加热下缓慢水解是整个反应的控制步骤,构晶离子与氯化锌可达到分子水平的混合,因而能够确保在整个溶液中均匀的反应生成沉淀。
2.6 影响氧化锌片状生长的主要因素形成片状的氧化锌微晶需要严格的物理条件,主要包括溶液的醇水比、反应温度、反应原料以及反应原料比。
通过实验得出的最佳结论为,醇水比为3 1,反应温度75 ,反应原料为尿素与氯化锌,反应原料比为n(ZnCl2)/n(CO(NH2)2) =1/2。
3 结论1)本工艺技术简单,操作方便,基本无污染,制备的粉体纯度高、性能好;宜于工业化发展。
2)以尿素、氯化锌为原料,在不同的条件下制备出分散性良好、粒径均匀的氧化锌片状、球状产品,平均尺寸分布在20~150nm。
参考文献:[1] LaufR J,Bond W D.Ceram Bull,1984,63,278~282[2] Sonder E Quinky T C,Kinser L.Am er Ceram S oc Bull,1984,63,278~286[3] Ivers-Tiffee E,Seitz K.Amer S oc Bull,1987,66,1348~1388[4] Chen Y C,Chen C Y,Chen H Z.Jap J Appl Phys,1991,30,84~90[5] Lee N Y,Kim M S,Chung I J.J M aterials Sci,1991,26,1126~1130;Jap J Appl Phys,1991,30,1017~1022[6] Haile S M,Johson D W,Wiseman G H.J Am Ceram Soc,1989,72[7] Dosch R G,Tuttle B A,Brooks R A.J M ater Res,1986,(1)90~93[8] Philipp H R,Levi nson L M.J Appl Phys,1976,47,1112~1122[9] 华东理工大学技术物理研究所 超细颗粒科学与技术[M]上海:华东理工大学出版社,1996作者简介:李东英,中国地质大学材料科学与化学工程学院,2000级硕士研究生,研究方向:无机材料。