纳米氧化锌的合成
纳米氧化锌的制备、表面改性及应用
纳米氧化锌的制备、表面改性及应用【摘要】纳米氧化锌是一种具有广泛应用前景的材料，其在光电器件、生物医药和环境保护领域均有重要应用。
本文将首先介绍纳米氧化锌的制备方法和表面改性技术，然后探讨其在光电器件中的应用和在生物医药领域中的潜力，最后讨论其在环境保护中的作用。
通过对这些方面的探讨，可以更好地了解纳米氧化锌在不同领域的应用和价值，同时也展望了其未来在科学研究和工程应用中的发展方向和趋势。
纳米氧化锌的研究不仅可以促进材料科学的发展，还有望为解决当下社会面临的环境和健康问题提供新的解决方案。
【关键词】纳米氧化锌、制备、表面改性、应用、光电器件、生物医药、环境保护、应用前景、研究展望1. 引言1.1 纳米氧化锌的研究背景纳米氧化锌是一种重要的纳米材料，在过去几十年里受到了广泛的研究。
纳米氧化锌具有较大的比表面积、优异的光学、电学性能和良好的化学稳定性，因此被广泛应用于各个领域。
纳米氧化锌的研究背景主要包括以下几个方面：纳米氧化锌的独特性能和结构使其成为一种优异的光电材料，能够广泛应用于光电器件、传感器等领域；纳米氧化锌具有良好的生物相容性和生物活性，在生物医药领域具有很高的应用价值；纳米氧化锌还具有良好的光催化性能和抗菌性能，在环境保护领域也具有广阔的应用前景。
对纳米氧化锌的研究具有重要的意义，能够推动材料科学和应用领域的发展。
1.2 纳米氧化锌的研究意义纳米氧化锌具有优异的光电性能，具有较高的光吸收率和导电性，使其在光电器件领域有着广泛的应用前景。
利用纳米氧化锌可以制备高效的太阳能电池、光电探测器等器件，提高器件的性能和稳定性。
纳米氧化锌具有良好的生物相容性和生物活性，被广泛应用于生物医药领域。
纳米氧化锌可以作为药物载体，具有控释和靶向释放的功能，可以用于治疗肿瘤、炎症等疾病，也可以用于生物成像和诊断。
纳米氧化锌还具有良好的催化活性和光催化性能，被广泛应用于环境保护领域。
纳米氧化锌可以用于水处理、空气净化等领域，去除有害物质和污染物，净化环境，保护生态。
纳米氧化锌综述
化学沉淀法
2.均匀沉淀法 均匀沉淀法 连续微波加热 硫酸锌＋ 纳米氧化锌（ 例：硫酸锌＋尿素 纳米氧化锌（粒 径为8～ 径为 ～30nm ） 特点：避免了直接沉淀法中的局部过浓， 特点：避免了直接沉淀法中的局部过浓，从 而大大降低沉淀反应的过饱和度。 而大大降低沉淀反应的过饱和度。
溶胶-凝胶法 溶胶 凝胶法
纳米氧化锌的气相化学制备技术
例：高纯度锌粒 氧化锌纳米棒 直径20～ （直径 ～30nm、长径比 、长径比>20） ） 气相法常以惰性气体为载体， 气相法常以惰性气体为载体，在超高 温气相中发生化学反应， 温气相中发生化学反应，利用高温区与周 围环境的温度梯度， 围环境的温度梯度，通过急冷作用得到氧 化锌纳米颗粒。 化锌纳米颗粒。
纳米氧化锌粒子的超重力制备技术
例：六水硝酸锌(aq) 六水硝酸锌 中间体悬浊液 过滤洗涤 煅烧 中间体干粉 纳米氧化锌 特点：粒径小且分布集中。 特点：粒径小且分布集中。
旋转床内通氨气
纳米ZnO的超临界流体干燥制备技术 的超临界流体干燥制备技术 纳米
例：先用沉淀法制得纳米氢氧化锌
交换 无水乙醇洗涤、 无水乙醇洗涤、
国防工业中的应用
纳米氧化锌具有很强 的吸收红外线的能力， 的吸收红外线的能力，吸 收率和热容的比值大， 收率和热容的比值大，可 应用于红外线检测器和红 外线传感器 纳米氧化锌还具有质量轻、颜 纳米氧化锌还具有质量轻、 色浅、吸波能力强等特点，能有 色浅、吸波能力强等特点， 效的吸收雷达波， 效的吸收雷达波，应用于新型的 吸波隐身材料。 吸波隐身材料。
纳米氧化锌的应用
• • • • • 1.橡胶工业中的应用 橡胶工业中的应用 2.国防工业中的应用 2.国防工业中的应用 3.纺织工业中的应用 纺织工业中的应用 4.涂料防腐中的应用 涂料防腐中的应用 5.生物医学中的应用 生物医学中的应用
纳米氧化锌的制备方法
纳米氧化锌的制备方法1。
方法步骤为:(1)氧化锌溶液配制：将氧化锌置入自身重量5～10倍、４０℃～７５℃的去离子水中，搅拌均匀制成氧化锌溶液；（2）充气反应：向氧化锌溶液通入CO₂气体，同时搅拌，加热升温到８５℃～９０℃，保温２４０～450分钟,然后停止通入CO₂气体和加热;（3）除水粉碎：将反应后的溶液滤除水后所得物在４００℃以下温度进行烘干,然后粉碎；（4）焙烧：将粉碎物粉碎后再置于２５０℃～600℃环境下焙烧后获得纳米氧化锌。
2.化学法2。
1 固相法（1）碳酸锌法利用硫酸锌制得前驱物碳酸锌，在200℃烘1h，得纳米氧化锌初产品:经去离子水、无水乙醇洗涤，过滤，干燥可得纳米氧化锌产品.（2）氢氧化锌法利用硝酸锌制得前驱氢氧化锌，在600℃保持2h,高温热分解得纳米氧化锌。
2.2液相法(1）直接沉淀法在可溶性锌盐中加入沉淀剂后，当溶液离子的溶度积超过沉淀化合物的溶度积时，即有沉淀从溶液中析出。
沉淀经热解得纳米氧化锌。
常见的沉淀剂为氨水、碳酸铵、和草酸铵。
不同的沉淀剂,其反应生成的沉淀产物也不同，故其分解的温度也不同.此法操作简单易行，对设备要求不高，成本较低，但粒度分布较宽,分散性差，洗涤原溶液中阴离子较困难。
3。
溶胶—凝胶法实验原料和制备工艺醋酸锌，柠檬酸三铵，无水乙醇，保护胶，乳化剂,蒸馏水。
以醋酸锌为原料，柠檬酸三铵为改性剂,配置一定浓度的醋酸锌溶液,搅拌均匀后，置于恒温水槽中，在搅拌加热的条件下，均匀的加入无水乙醇，2h后醋酸锌完全溶解，生成氢氧化锌沉淀，然后加入适量的胶溶剂氨水，氢氧化锌沉淀消失，从而形成氢氧化锌溶胶，静止后变为氢氧化锌湿凝胶，将干燥后的氢氧化锌干凝胶置于马弗炉中煅烧之后，得到白色的纳米氧化锌粉末。
纳米氧化锌的制备实验报告
纳米ZnO2的制备实验报告班级：应091-4组号：第九组指导老师：翁永根老师成员：任晓洁 2邵凯 2孙希静 2【实验目的】1.了解纳米氧化锌的基本性质及主要应用2.通过本实验掌握纳米氧化锌的制备方法3.对于纳米氧化锌的常见产品掌握制备原理和方法，并学会制备简易产品。
4.通过本实验复习并掌握EDTA溶液的配制和标定，掌握配位滴定的原理，方法，基准物质的选择依据以及指示剂的选择和pH的控制。
5.掌握基础常用的缓冲溶液的配制方法和原理。
6.加深对实验技能的掌握及提高查阅文献资料的能力。
【实验原理】1. 超细氧化锌是一种近年来发展的新型高功能无机产品，晶体为六方结构，其颗粒大小约在1～100纳米。
纳米氧化锌由于颗粒小、比表面积大而具有许多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特殊的性质，呈现表面效应、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。
纳米氧化锌一系列的优异性和十分诱人的应用前景。
2. 纳米氧化锌的制备方法主要有：水热法，均相沉淀法，溶胶一凝胶法，微乳液法，直接沉淀法3. 本工艺是将锌焙砂（主要成份是ZnO，主要伴生元素及杂质为铁，铜，铅，镍，铬，镍，此外，还含有其它微量杂质，因而用锌焙砂直接酸浸湿法生产活性氧化锌，必须利用合理的酸浸及除杂工艺，分离铅，脱铁、锰，除钙、镁等重金属）与硫酸反应，生产出粗制硫酸锌，加高锰酸钾、锌粉等，经过提纯得到精制硫酸锌溶液后，再经碳化母液沉淀，制得碱式碳酸锌，最后经烘干，煅烧制成活性氧化锌成品。
4. 氧化锌含量的测定采用配位滴定法测定，用NH3-NH4Cl缓冲溶液控制溶液pH≈10,以铬黑T为指示剂，用EDTA标准溶液进行滴定，其主要反应如下：在氨性溶液中：Zn2++4NH3⇋Zn(NH3)42+加入EBT（铬黑T）时：Zn(NH3)42++EBT（蓝色）⇋Zn-EBT（酒红色）+4NH3滴定开始-计量点前：Zn(NH3)42++EDTA⇋Zn-EDTA+4NH3计量点时：Zn-EBT（酒红色）+EDTA⇋Zn-EDTA+EBT（蓝色）5.活性ZnO的应用：因为活性ZnO具有抗菌，除臭以及除异味等多种作用，本实验制备系列产品，看是否具有除异味的功效，在活性氧化锌中掺杂一定量的银，对常见皮肤病有一定的治疗功效，制备治疗脚气的产品。
纳米氧化锌的制备方法
纳米氧化锌的制备方法
纳米氧化锌的制备方法有多种，以下是常用的两种方法：
1. 水热合成法：将适量的锌盐和氧化剂（如氨水、双氧水等）加入到水溶液中，然后进行水热反应。
在反应的过程中，适当控制反应条件，如温度、反应时间和反应物浓度等因素，可以得到不同尺寸和形态的纳米氧化锌颗粒。
2. 气相沉积法：将锌金属放置在适当的反应炉中，然后通过加热到高温（通常是几百度至千度）的真空或气氛下，使锌金属蒸发并在载气气流中输运，最后在冷却的基底上沉积形成纳米氧化锌。
需要注意的是，在具体的实验操作中，还可以根据需要添加表面活性剂或胶体稳定剂来调控纳米氧化锌的分散性和稳定性。
此外，还可以通过改变反应条件或配比，控制纳米氧化锌的粒径和形貌。
纳米氧化锌的合成及性能表征【文献综述】
文献综述纳米氧化锌的合成及性能表征一、前言部分纳米半导体材料是一种自然界不存在的人工设计制造的（通过能带工程实施）新型半导体材料，它具有与体材料截然不同的性质。
随着材料维度的降低和结构特征尺寸的减小(≤100nm)，量子尺寸效应、量子干涉效应、量子隧穿效应、库仑阻塞效应以及多体关联和非线性光学效应都会表现得越来越明显，这将从更深的层次揭示出纳米半导体材料所特有的新现象、新效应。
MBE，MOCVD 技术，超微细离子束注入加工和电子束光刻技术等的发展为实现纳米半导体材料的生长、制备以及纳米器件(共振隧穿器件、量子干涉晶体管、量子线场效应晶体管、单电子晶体管和单电子存储器以及量子点激光器、微腔激光器等) 的研制创造了条件。
这类纳米器件以其固有的超高速（10-12~10-13）、超高频（>1000GHZ）、高集成度（>1010元器件/cm2）、高效低功耗和极低阈值电流密度（亚微安）、极高量子效率、高的调制速度与极窄带宽以及高特征温度等特点在未来的纳米电子学、光子学和光电集成以及ULSI 等方面有着极其重要应用前景，极有可能触发新的技术革命，成为21世纪信息技术的支柱。
纳米氧化锌是一种新型高功能精细无机材料，其粒径介于1~100nm之间，又称超氧化锌。
由于颗粒尺寸的细微化，使得纳米氧化锌产生了其本体块状材料所不具备的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等,因而使得纳米氧化锌在磁,光电,敏感等方面具有一些特殊的性能，主要用来制造气体传感器、荧光体、紫外线屏蔽材料、变阻器、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。
氧化锌是一种半导体催化剂的电子结构，在光照射下，当一个具有一定能量的光子或者具有超过这个半导体带隙能量Eg的光子射入半导体时，一个电子从价带NB激发到导带CB，而留下了一个空穴。
激发态的导带电子和价带空穴能够重新结合消除输入的能量和热，电子在材料的表面态被捕捉，价态电子跃迁到导带，价带的孔穴把周围环境中的羟基电子抢夺过来使羟基变成自由基，作为强氧化剂而完成对有机物（或含氯）的降解，将病菌和病毒杀死。
溶胶凝胶法制备纳米氧化锌新工艺
如需进一步优化制备过程中的关键参数，提高产物的质量；还需要研究和开 发更高效、环保的溶剂体系；同时需要深入研究纳米材料的结构与其性能的关系， 以便实现对纳米材料性能的精确调控。
五、总结
溶胶凝胶法作为一种温和、环保的制备技术，在制备纳米氧化锌过程中展现 出显著的优势。通过对制备过程的精细控制，不仅可以获得高纯度、粒径小且分 布窄的纳米氧化锌，还可以实现大规模生产。这为纳米氧化锌在太阳能电池、光 催化等领域的广泛应用提供了可能。尽管溶胶凝胶法制备纳米氧化锌仍面临一些 挑战，但随着技术的不断进步和研究的深入开展，我们有理由相信这一新工艺将 在未来的材料科学领域中发挥更大的作用。
溶胶凝胶法制备纳米氧化锌新工艺
目录
01 一、溶胶凝胶法的基 本原理
02
二、纳米氧化锌的制 备过程
03 三、溶胶凝胶法制备 纳米氧化锌的优势
04 四、应用前景与挑战
05 五、总结
06 参考内容
溶胶凝胶法是一种广泛应用于材料科学和化学领域的制备技术，其具有制备 过程相对温和、产品纯度高、粒径小且分布窄等优点。近年来，采用溶胶凝胶法 制备纳米氧化锌作为一种高效、环保的新工艺，受到了科研人员和产业界的广泛。
2、调节剂的种类和加入量：调节剂可以调节溶液的pH值、粘度等性质，从 而影响纳米氧化锌的形貌和尺寸。例如，加入适量的氢氧化钠可以调节溶液的pH 值，促进氢氧化锌的形成；而加入适量的氨水则可以抑制氢氧化锌的生长，获得 更细小的纳米氧化锌。
3、热处理过程：热处理过程是溶胶凝胶法制备纳米氧化锌的重要环节之一。 通过控制热处理温度和时间，可以进一步调整纳米氧化锌的结构和性能。例如， 高温热处理可以促进纳米氧化锌的晶格发育，提高其结晶度；而低温热处理则可 以抑制晶格发育，获得具有非晶结构的纳米氧化锌。
纳米氧化锌的制备
纳米氧化锌的制备摘要：以氯化锌为原料，氢氧化钠为沉淀剂，采用均相沉淀法制备纳米ZnO关键词：纳米ZnO 均相沉淀法合成应用前景I引言纳米ZnO是一种高功能精细无机材料，其晶粒尺寸在1～100nm 之间的氧化锌微粒又称为超微细ZnO，由于粒子尺寸小、比表面大使其具有一般粒度的氧化锌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等，所以纳米氧化锌在紫外线屏蔽、抗菌除臭、橡胶工业、涂料工业、光催化材料、气敏、压电材料、吸波材料等方面有许多优异的物理性能和化学性能。
氧化锌的传统制备方法从原理上讲分为三类：即直接法间接法和湿化学法。
从方式上讲有物理法，气相法和化学法当前出售的超细纳米氧化锌产品都生产自气相法[1]和湿化学法[2]化学方法有激光诱导化学气相沉积法[3]、化学法溶胶-凝胶法[4]等等本实验是以ZnCl2 为原料，氢氧化钠为沉淀剂，合成纳米氧化锌[5]。
纳米氧化锌的性质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，表面原子数迅速增加，另外，随着粒径的减少，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因为粒径越小，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，具有不饱和性。
易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很大的化学活性。
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者更小时，周期性的边界条件被破坏，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。
纳米氧化锌的应用纳米氧化锌最突出的应用领域为催化剂、饲料、橡胶、抗菌材料、化妆品、陶瓷、涂料等。
纳米氧化锌的抗菌作用使得化妆品具有收敛性与抗炎性，纳米氧化锌的粒径小，表面活性好，具有杀菌消毒的作用。
而且纳米氧化锌还是广泛使用的物理防晒剂，它们屏蔽紫外线的原理都是吸收与散射紫外线。
一种纳米氧化锌的制备方法及所制备的纳米氧化锌及其用途[发明专利]
![一种纳米氧化锌的制备方法及所制备的纳米氧化锌及其用途[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/6f8ef7e1581b6bd97e19ea49.png)
专利名称：一种纳米氧化锌的制备方法及所制备的纳米氧化锌及其用途
专利类型：发明专利
发明人：田会娟,曹玉霞,李艾,郭丰艳,孟君
申请号：CN201910290321.2
申请日：20190411
公开号：CN109970097A
公开日：
20190705
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种纳米氧化锌的制备方法，首先按质量比2~4:1称取锌粉和二氧化硅粉，混合后放在石英板上作为锌源，然后（b）采用Si（100）或Si（111）作为衬底，并预先在所述衬底上铺设锌层，并将具有锌层的衬底放在所述石英板上，在将石英板放入反应炉中；用氮气吹扫并调节氮气流量，然后升温至600~700°C，向反应炉通入氮气和氧气的混合气，恒温反应，然后停止加热并打开炉盖使温度骤降至室温。
该方法所用设备简单，不需使用催化剂和抽真空，反应条件容易操控和实现，所制备的纳米氧化锌纯度高，并且具有自组装的树状结构。
申请人：唐山学院
地址：063000 河北省唐山市大学西道9号
国籍：CN
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纳米氧化锌的制备方法及其优缺点
山 东 化 工 收稿日期：２０１９－１０－０８作者简介：刘 红（１９９６—），女，安徽蚌埠人，应用化学学生，综述了纳米氧化锌的制备及其优缺点。
纳米氧化锌的制备方法及其优缺点刘 红（池州学院材料与环境工程学院，安徽池州 ２４７１００）摘要：纳米氧化锌是近年来广泛研究的领域，本文综述了纳米氧化锌的各种制备方法及其优缺点。
制备方法分为物理法和化学法，最早制备纳米氧化锌的方法是物理法，化学法根据物质的原始状态，分为气相法、固相法、液相法。
关键词：纳米氧化锌；制备方法中图分类号：ＴＱ１３２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１９）２４－０１１４－０１ 纳米氧化锌是近年来广泛研究的领域，制备方法分为物理法和化学法，最早制备纳米氧化锌的方法是物理法，化学法根据物质的原始状态，分为气相法、固相法、液相法。
１ 物理法最早制备纳米氧化锌的方法是物理法，它主要包括两种：机械粉碎法和深度塑性变形法。
１．１ 机械粉碎法机械粉碎法是采用电点火花爆炸以及球磨、超声波粉碎、冲击波粉碎等特殊的机械粉碎技术，将普通氧化锌粉碎至超细的纳米级别的方法。
工业上并不常采用此法，因为此法虽具有成本低、工艺简单的优点，但存在产品纯度低、能耗巨大、粒度分布不均匀等缺点，且最大的不足是该法得不到１～１００ｎｍ的粉体，不符合工业要求。
１．２ 深度塑性变形法原材料通过净静压的作用发生严重的塑性形变，使其材料尺寸细化到纳米量级的方法是深度塑性变形法。
用此法制备纳米氧化锌，具有粒度可控、致密性好、纯度高的优点，但对生产设备有着比较高的要求，需要有特殊的设备。
２ 化学法根据物质的原始状态，化学法分为：气相法、固相法、液相法。
２．１ 气相法２．１．１ 喷雾热解法喷雾热解法是用喷雾器将锌的醋酸盐或硝酸盐溶液雾化为微液滴，再通过蒸发、干燥、热解、烧结等方法处理得到纳米氧化锌粉体。
喷雾热解法有极高的工业化潜力，且同时具有产物纯度高、粒度和组成均匀、操作过程简单连续等优点。
球形纳米氧化锌的合成
如溶 胶一 胶 法 、 相 沉 淀 法 、 热 法 、 雾 热 解 凝 均 水 喷 法、 电弧 等离 子体 法 等 剖， 中直 接 沉 淀 法 在 反 其 应溶 液 中形 成 的 晶体 ， 晶 核 浓 度 过 大 就会 相 互 其
碰撞形 成 团 聚现 象 ， 且 其 前 驱 物 容 易 夹带 杂 质 而 且 不易 纯化 ； 相法一 般 得 到 的产 品 纯度 低 ， 质 气 杂
米 Ｚ ０粉体 ， 分布在 ３ －Ｏ ｔ 之 间， ｎ 粒度 ０８ ｎ ｏ 其结构为一未指标化结构 ， 可在 ６ ０ ｏ ℃左右转变为六方氧化 锌。
关键词 ： 流变相法 ； 胶体 ； 氧化锌
中 图分 类 号 ：６ １４ ０ １． 文献 标 识 码 ： Ａ
Ｐｒ ｐ ｒ ｔｏ ｆ ｓ ｅ ｉ ａ ｅ ａ ａ ｉ ｎ ｏ ｐｈ ｒ ｃ ｌＺｎＯ ｎ — ｅ ｅ ｏ ｅ ｓ ｎａ ｏ ｍ ｔ ｒ ｐ ｗｄ ｒ
Ｋｅ ｒ ｓ Ｒｈ ｏｏ ｉａ ｈ ｓ ａ ｔ ｎ Ｃ ｌ ｉ Ｚ Ｏ ｙ ｗｏ ｄ ： ｅ ｌｇｃ ｌＰ ａ ｅ Ｒｅ ｃｉ ； ｏ ｌ ｄ； ｎ ｏ ｏ
纳米 Ｚ Ｏ 由于 其 晶粒 度小 和 比表 面积 大 而具 ｎ 有 独特 的表面 效应 、 积效应 、 体 久保 效 应 以及 优 良 的光 活性 、 电活性 、 结 活性 和催 化 活 性 ¨ 。可用 烧 ４，
球 形 纳 米 氧 化 锌 的 合 成
张 勇 ， 永 昌 ， 朱 李 俊 ， 姜 浩 ， 少 华 徐
（ 武汉 工程 大学材 料 科学 与工 程学 院 ， 北 湖 武汉 ４ ０７ ） ３０３
摘要 ： 本文报道 了一种使用流变相法制备球形纳米 氧化 锌的方法 。首先将 氧化锌和尿素按摩尔 比 １４混 合均 ： 匀， 加适量水调制成 流变 态 ， ３ ０ 反应 生 成 胶状 物 ； 后 将胶 状 物在 高 速搅 拌 下 水解 ， 水 解产 物 在 在 ０℃ 然 将 １０Ｕ下分解 ； ２＇ 最后研究 了热分解产 物的表面 形貌 与粒度分 布。实验结果 表 明在 １０（ 右生成 白色球形 纳 ２＂左 ２
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？。
纳米氧化锌的物理制备方法
纳米氧化锌的物理制备方法
纳米氧化锌的物理制备方法主要包括以下几种：
1. 机械化学合成：通过球磨机对原料进行机械化学活化，合成前驱体粉末，再经过热处理得到纳米氧化锌。
这种方法可以生成直径在10~40nm范围内的氧化锌纳米颗粒。
2. 脉冲激光沉积（PLD）：这是一种薄膜生长技术，利用激光照射使靶材烧蚀，烧蚀物最终沉积到衬底形成薄膜。
此法能制备与靶材成分一致的化合物薄膜。
3. 磁控溅射：通过高能粒子轰击靶材表面，使得靶材表面的原子或分子被溅射出来，并在衬底表面沉积形成薄膜。
4. 喷雾热解：将原料溶液通过喷雾嘴喷洒成雾状，在高温下进行热解，生成氧化锌纳米颗粒。
5. 等离子体合成：利用等离子体的高温和高活性，使得气体中的分子发生化学反应，生成氧化锌纳米颗粒。
6. 分子束外延（MBE）：通过控制分子束的流量和能量，在衬底表面外延生长氧化锌薄膜。
这些方法各有特点，可以根据具体需求选择合适的方法来制备纳米氧化锌。
实验室纳米氧化锌的制备方法
纳米氧化锌的制备方法
石先平
一.实验仪器
蒸发皿、胶头滴管、马弗炉、烧杯(100ml)量筒、玻璃棒、恒温水浴锅、三口烧瓶、分液漏斗、铁架台,橡皮塞、橡皮管、抽滤机、坩埚。
二.实验药品
硝酸锌、尿素、稀硝酸、去离子水、稀盐酸、碳酸氢钠、无水乙醇、氨水、硫酸锌、氢氧化钠、无水碳酸钠、七水合硫酸锌、烘干箱。
三.实验步骤
1.制备氧化锌
将硝酸锌和一定量的尿素放在坩埚里面充分研磨,然后倒入蒸发皿,加入一定量的的稀硝酸溶解,搅拌均匀后放入马弗炉中。
实验中,反应体系在研磨、搅拌时有淡淡的氨气味,表明在燃烧反应前有少量的尿素分解,放出氨气。
放入马弗炉后,在600℃下溶液迅速沸腾,蒸干后很快燃烧,放出大量黑黄色烟尘,有浓烈的
氨气味,反应化学方程式为:
燃烧前:CO(NH2)2+H2O=2NH3+CO2
燃烧后:ZN(NO3)2+CO(NH2)2+3O2=ZnO+4NO2+CO2+2H2O
2.制备纳米氧化锌
(1)氧化锌溶液的配置:将上一步制得的氧化锌取适量放入
100ml烧杯中,加入8倍氧化锌重量、60℃的去离子水,搅
拌均匀制成氧化锌溶液。
(2)充气反应:利用碳酸氢钠与稀盐酸反应生成的二氧化碳通入氧化锌溶液中,同时搅拌,用恒温水浴锅加热升温到
85℃~90℃,保温300分钟,然后停止通入二氧化碳气体
和加热。
(3)除水粉碎:将反应后的溶液用抽滤机进行抽滤,然后将所得物放在烘箱(400℃以下)中进行烘干,然后粉碎。
(4)焙烧:将粉碎物粉碎后用坩埚盛装,然后置于马弗炉(400℃)中焙烧,最终获得纳米氧化性。
纳米氧化锌的制备
颗粒大小为 100nm以下
实验结论
❖ 通过加热氯化锌和碳酸钠的研磨产物可以 得到纳米氧化锌粉体
❖ 纳米氧化锌的颗粒大小随加热温度的减小 而减小；在一定范围内随加热时长的增大 而减小；加热过程伴随NaCl可使氧化锌颗 粒变小
d = kλ /(β cosθ ) 可根据缝宽计算得到 ZnO颗粒大小
样品序号
加热温度/℃ 加热时间/h 加热前过滤 计算值/nm
1
1000
1
2
1000
3
3
1000
5
4
800
3
5
1100
3
6
1000
3
否
98.5
否
89.5
否
67.8
否
95.0
否
84.3
110.7
计算结果说明：1、在相同的加热时间下，随着温度的上升颗粒大小呈现减小的 趋势，但是大小变化此时不明显。
❖ 分别在800℃*、1000℃以及1100℃下加热 3h所得样品
❖ 在加热前过滤和加热后过滤所得样品（加 热条件均为1000℃下加热3h）
❖ 对所有这些样品进行XRD分析，对其中的 两个样品（*号标记）进行了SEM实验。
XRD测量结果
❖ 通过右图，利用布拉 格公式可确定样品为 纯度很高的ZnO
❖ 利用谢勒公式
❖ 实验目的：制备纳米氧化锌并研究实验条 件对结果的影响
❖ 实验方法：ZnCl2+Na2CO3=ZnCO3+2NaCl； ZnCO3=ZnO+CO2↑
❖ 测量方法：XRD（X光多晶衍射）
纳米氧化锌
其反应方程式：
ZnO---OH +
纳米氧化锌的合成方法，特征 应用及发展
09级 冯欣如
简介：纳米氧化锌具有纳米材料和优质半导体材料两 方面功能，是一种新型的直接宽带隙半导体材料,在液 晶显示器、太阳能电池、保护性涂层、气敏元件、固 体照明光源和紫外发光器等领域表现出潜在应用前景
太阳能电池板
液晶显示器
一.纳米ZnO合成方法： 纳米氧化锌的制备方法有物理方法和化学方法。物理 方法是将常规的粉体经机器粉碎，球磨而制。化学方法是 从原子或分子，成核 , 生成纳米级的超导微粒 物理合成方法 合 成 方 法 1.气相反映法 化学合成方法 2.液相反映法 3.固相反映法
3.紫外一可见光分析
样品浓度均为0.1g/L纳米氧化锌的禁带宽度为3.2eV，它所对应的吸收 波长为388nn ，可以看出,在290一400nm紫外光区离子交换树脂一步 法制备的纳米氧化锌和离子交换树脂一水热法制备的纳米氧化锌的吸光 度大小相当,曲线走势相同,两者均具有明显较高的吸光度
不同合成方法的纳米氧化锌的紫外一可见光分析图
二．纳米ZnO性质表征
纳米氧化锌的性质表征主要通过：电镜，热重 ，XRD，红外光谱 紫外一可见光等分析方法从不同的角度来分析纳米ZnO的表征 １.电镜分析法
可以看出，生成的产物呈形貌均一的棒状结构,直径约为80一100nｍ的 一维氧化锌纳米棒
离子交换树脂法
水热法
２.红外光谱分析 如图，523cm-1处为氧化锌的特征峰，带形尖锐，说明产物中存在大量
水热法合成纳米氧化锌
水热法合成纳米氧化锌一、引言二、实验部分2.1实验仪器2.2实验药品2.3实验内容2.3.1水热合成纳米氧化锌称取8.9482gZn（NO3).6H2O固体溶解于20ml去离子水中，在充分搅拌条件下缓慢滴加2 5％的浓氨水，至生成的沉淀恰好消失为止( p H≈10 )，得到前驱体溶液(其浓度认为等于Zn的浓度)。
将上述溶液转移到聚四氟乙烯内胆的高压釜中，保持其填充度为80％。
在180℃下反应3h后，自然冷却至室温。
抽滤并收集白色沉淀，然后用去离子水反复冲洗以除去吸附的多余离子，于90℃烘箱中干燥以备表征。
2.3.2草酸高温合成纳米氧化锌称取3.111gZn（NO3).6H2O溶解于20ml去离子水，在充分搅拌情况下缓慢滴加滴加草酸溶液(1~2d每秒为宜），使之沉淀完毕，搅拌0.5h，进行抽滤，用去离子水和无水乙醇洗涤，放入90℃烘箱干燥2h，然后高温700℃灼烧2h。
2.3.3在玻璃基体上生长纳米氧化锌阵列（1）晶种层的制备载玻片衬底先后在稀氢氟酸、氢氧化钠溶液、去离子水和无水酒精中超声清洗，然后放入烘箱中烘干备用。
Z n O种子液配制如下：制备等量的0.001mol/L和0.002mol/L的硝酸锌溶液，于磁力搅拌下分别缓慢滴加稀氨水，直至沉淀消失,在60℃水浴30min获得均匀澄清溶液采用浸渍提拉法在清洁衬底上涂敷Z n O凝胶膜：浸人种子液的浸渍时间为1 min，提拉速度0 .8 5 m m/s,8 0℃烘箱烘干,重复以上操作3次,最后将涂有薄膜的衬底进行热处理5 5 0℃，保温 1.5h 。
最终获得晶种膜。
（2）水溶液生长一定量的硝酸锌和氨水( 2 5 ％) 加入去离子水中。
配制20ml的生长液。
搅拌均匀并密封，锌浓度范围为0.001mol/L。
氨水和硝酸锌的物质的量的比为4:1至11:1，将有晶种层的衬底放人装有生长液的密封反应釜中。
于9 0℃水浴中保持6h。
硝酸溶液( p H = 0.4 ) 和氨水(2 5 ％) 被用来进行生长液p H值( 8.2~9.8) 的原位二次调整。
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纳米氧化锌的合成制备现状及性质研究
中南大学
化学化工学院
班级高级工程人才实验班
姓名李军山
学号1507110110
纳米氧化锌的制备现状及性质研究
一、引言
纳米氧化锌是21世纪的一种多功能新型无机材料，其粒径介于1~100nm之间。
由于粒径比较微小，使得比表面积、表面原子数、表面能较大，产生了如表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等一系列奇异的物理效应。
它的特殊性质使其在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域都有着重要的应用。
近年来，国内外对其制备和应用的研究较为广泛，且取得了不少成果。
二、纳米氧化锌的制备方法
目前，制备纳米氧化锌主要有物理法、化学法及一些兴起的新方法。
1.物理法
物理法是采用光、电技术使材料在惰性气体或真空中蒸发，然后使原子或分子形成纳米微粒，或使用喷雾、球磨等力学过程为主获得纳米微粒的制备方法[1]。
用来制备纳米ZnO的物理方法主要有脉冲激光沉积(PLD)、分子束外延(MBE)、磁控溅射、球磨合成、等离子体合成、热蒸镀等。
此法虽然工艺简单, 所得的氧化锌粉体纯度高、粒度可控，但对生产设备要求高，且得不到需要粒径的粉体，因此工业上不常用此法。
2.化学法
2.1 液相法
2.1.1 直接沉淀法
直接沉淀法就是向可溶性锌盐溶液中加入沉淀剂，经过反应形成沉淀物，再通过过滤、洗涤、干燥、煅烧从而制得超细的纳米ZnO粉体。
选用的沉淀剂有氨水(NH3·H2O)、碳酸铵((NH4)2CO3)、碳酸氢铵(NH4HCO3)、草酸铵((NH4)2C2O4)、碳酸钠(Na2CO3)等。
该法操作简便易行、所得产品纯度高、对设备要求低且易规模生产，但是存在在洗涤的过程中阴离子难以洗尽、产物粒度分布不均匀、分散性较差、粉体易团聚等缺点。
2.1.2 均匀沉淀法
均匀沉淀法是缓慢分解的沉淀剂与溶液中的构晶阳离子（阴离子）结合而逐步、均匀地沉淀出来。
常用的沉淀剂有尿素和六亚甲基四胺。
该法克服了沉淀剂局部不均匀的现象，制得的纳米氧化锌粒径小、分布窄、团聚小及分散性好，但反应过程耗时长、沉淀剂用量大、PH 的变化范围较小、产率相对较低。
而从总地来讲，均匀沉淀法优于直接沉淀法。
2.1.3 溶胶凝胶法
该法主要将锌的醇盐或无机盐在有机介质中进行水解、缩聚,然后经胶化过程得到凝胶，凝胶经干燥、焙烧得纳米ZnO粉体。
该法设备简单、操作方便，所得的粉体均匀度高、分散性好，纯度高。
但原料成本昂贵，使用的有机溶剂一般情况下有毒，且在高温进行热处理时有团聚现象。
2.1.4 微乳液法(反相胶束法)
微乳液是由水、溶剂、表面活性剂及其助剂组成[2]。
其中水被表面活性剂及其助剂单层包裹形成“微水池”，被用作反应介质，称其为“微型反应器”，通过控制微水池的尺寸来控制粉体的大小制备纳米粉体。
由于微乳液能对纳米材料的粒径和稳定性进行精确控制，限制了纳米粒子的成核、生长、聚结、团聚等过程，从而形成的纳米粒子包裹有一层表面活性剂，并有一定的凝聚态结构。
此法能制备出微观尺寸均匀、可控、稳定的微乳液，且操作简单，粒子均匀可控，但成本费用较高，仍有团聚问题，进入工业化生产目前有一定难度。
2.1.5 水热法
水热法是在高温、高压及水热的条件下，将可溶性锌盐和碱液分置于管状高压釜中反应（形成氢氧化锌的反应和形成氧化锌的反应是在同一容器内同时完成的）得到粒度小、晶形好、分布均匀及团聚小的纳米氧化锌晶粒。
虽然其制备工艺相对简单、无需煅烧处理，但所用设备昂贵、投资大、操作要求高。
2.2 气相法
2.2.1 化学气相氧化法
化学气相氧化法是利用锌粉或锌盐为原料，O2为氧源，以N2和Ar作为载体在高温且没有任何催化剂和添加剂的情况下发生氧化反应。
反应形成的基本粒子经成核、生长两个阶段形成粒子和晶体结构，利用高温区与周围环境形成的巨大的温度梯度，通过骤冷作用得到纳米ZnO颗粒。
该法生产的纳米ZnO颗粒纯度高，不易团聚，粒度分布窄，分散性好；但操作要求较高，能量消耗大，生产成本高，难以工业化生产。
马立安等[3]以高纯锌粉为原料，采用气相反应法制备四角状氧化锌纳米针，以丝网印刷结合光刻工艺组装金属网前栅三极结构场致发射显示器件，场发射测试结果表明，器件具有明显的栅控特性。
2.2.2 激光诱导化学气相沉淀法(LICVD 法)
激光诱导化学气相沉淀法是利用反应气体对特定波长激光束的吸收而热解或化学反应, 经成核生长形成纳米粉体; 或运用高能激光束直接照射金属片表面加热气化、蒸发、氧化获得氧化物纳米粉体。
以惰性气体为载气，以Zn 盐为原料，用激光器为热源加热反应原料，使之与氧反应生成超细ZnO粒子。
此法制备的纳米具有颗粒大小均一、粒度分布窄、分散性好、纯度高、不团聚等优点, 但耗能大、粉体回收率低、成本高,难以实现工业化生产。
2.2.3 喷雾热解法
利用喷雾热解技术，将有机锌盐的水溶液作为前驱体，使其雾化为气溶胶微液滴，液滴在反应器中经蒸发，干燥，热解，烧结等过程形成纳米ZnO粒子。
该法过程简单连续，所得产品纯度高、粒度和组成均匀，但存在能耗大、高活性粉体在高温下容易聚结等缺点。
刘凯鹏等[4]采用超声喷雾热分解工艺，在Si 衬底上制备了ZnO薄膜。
3.固相法
固相法是把锌盐或金属氧化锌按配方充分混合制得前驱物（碳酸锌，氢氧化锌或草酸锌），研磨后再进行煅烧，通过发生固相反应，直接得到或再研磨后得到纳米ZnO粉末。
该法克服了传统湿法存在团聚现象的缺点，具有无溶剂、无团聚、高产率、合成工艺简单、污染少等优点。
但是操作难度较大，应很难均匀充分进行。
因此其应用前景受到了一定的限制。
三、一维纳米氧化锌材料的光学性质研究
2.1 ZnO纳米材料的发光本质
有关ZnO材料光学性质研究的历史可以追溯到20世纪50年代，但直到1997年日本和中国香港的科学家在室温下才实现了光泵浦Zn0薄膜紫外激光，从而使这种材料光学性质的研究重新引起人们的注意并迅速成为半导体激光器件研究的国际新热点。
目前的研究正朝着开发紫外、蓝光和绿光等多种波段发光器件发。
研究表明Zno发光可归结为两类：近带边紫外发光(NBE)和深能级(DI。
)发射口引。
紫外(UV)发射的机制已被公认为是从近导带到价带的激子跃迁。
其中紫外发光峰为ZnO的激子发光；可见发射中心仍然存在很大的争议．人们认为可见发射来自不同的缺陷和杂质，其中缺陷发光包括点缺陷发光(如氧空位、zn空位、氧填隙、Zn填隙及氧反位等)和结构缺陷发光(如晶格失配、晶界及晶粒取向等)。
光一般被认为是表面缺陷引起的跃迁发光。
而蓝光被认为是体相缺陷引起的跃迁发光。
2.2 ZnO纳米材料在发光器件中的应用研究
发光二极管因具有高效节能的特点，可能成为取代传统白炽灯和荧光灯的新一代照明光源。
而Zn0是继GaN之后最有可能实现商业化的光电材料。
如何将一维ZnO纳米材料更好地应用到发光二极管领域，已经成为近期研究的热点。
目前已经实现了在室温下ZnO纳米线、纳米带等的紫外发光。
美国西北大学材料研究中心已经制备了在室温下近紫外光泵浦光子晶体激光器。
中同科学院长春光学精密机械与物理研究所激发态重点实验室的研究组在蓝宝石衬底上制备出Zn()发光二极管。
徐伟中L”一采用M()OVD方法成功制备了Zn()同质LED，具有典型的二极管整流I—V特性，开启电压约为2．3V。
最近。
郭洪辉应用电化学法。
通过提高Zn()纳米棒发光二极管的发光效率，调节一维纳米ZnO材料的电致发光谱段．制备r Zn()纳米棒膜、ZnO纳米棒与聚3一甲基唾吩复合膜及Zn()纳米棒与CuS(2N复合膜、纳米管膜，构建了ZnO纳米棒发光二极管、ZnO纳米管发光二极管、纳米棒发光二极管，研究了其电致发光性能及发射自光的特性。
2.3 ZnO材料场致发光的研究
在研究Zn()同质结器件的同时也实现了电致发光。
据报道。
日本的研究人员利用同质p-n结制成的半导体激光器实现了蓝紫外电致发光。
2008年加州大学Chu 等‘抽。
在Si衬底上利用ZnO和Mg()Zn()量子阱结构制备出Zn()基I。
D，并且实现了室温下低阈值电致激射。
此器件的成功制备使人们看到了ZnO发光管和电泵浦激光器的广阔发展前景。
2“。
为了全面研究ZnO纳米棒异质结电致发光，改善其肩亮电压高、亮度低、光谱不纯等缺点=2“，阚鹏志。
2钆利用聚合物材料MEH—PPV与ZnO纳米棒阵列构成纳米材料与有机物的复合体系，得出了比较理想的380nm的紫外电致发光及部分580hm的背景光，并通过研究器件的发光过程，分析了不同电压下对紫外发光峰和背景光的影响原因。
目前很多研究小组一直在研究Zn()在固态照明中的应用，ZnO发光还在利用光泵浦，ZnO的紫外电致发光的研究还具有挑战性。