纳米氧化锌材料

纳米氧化锌材料研究现状

[摘要]总之，纳米ZnO作为一种新型无机功能材料，从它的许多独特的用途可发现其在日常生活和科研领域具有广阔的市场和诱人的应用前景。随着研究的不断深入与问题的解决，将有更多的优异性能将会被发现。同时更为廉价的工业化生产方法也将会成为现实，纳米ZnO材料将凭借其独特的性能进入我们的日常生活。随着科技的发展，相信纳米ZnO材料的性能及应用将会得到更大的提高和普及，并在新能源、环保、信息科学技术、生物医学、安全、国防等领域发挥重要的作用。

[关键词]纳米ZnO; 表面效应; 溶胶-凝胶法;纳米复合材料

一、纳米氧化锌体的制备

目前，制备纳米氧化锌的方法很多，归纳起来有属于液相法的沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、溶剂热法等，也有属于气相法的化学气相反应法等，而固相法在纳米氧化锌的制备领域则较少见。

a、沉淀法

沉淀法是指使用某些沉淀剂如OH-、CO

32-、C

2

O

4

2-等，或在一定的温度下使

溶液发生水解反应，从而析出产物，洗涤后得到产品[2]。沉淀法一般有分为均匀沉淀法、络合沉淀法、共沉淀法等。

均匀沉淀法工艺成本低、工艺简单，为研究纳米氧化锌结构与性能及应用之间的关系提供了方便。曾宪华[3]等人以常见且廉价的六水硝酸锌和氢氧化钠为以甲醇溶液作为溶剂在常温常压条件下，用均匀沉淀法直接制备了平均粒径为11 nm的纳米氧化锌粉体。以下是他们的用共沉淀法制备的纳米ZnO的扫描电子显微镜（SEM）照片。

络合沉淀法，制备的纳米Zn0不团聚，分散性好，粒径均匀。李冬梅[4]等人采用络合沉淀法制备了粉体平均粒径52 nm，分散性好的纳米氧化锌粉体，并对产品结构性能进行了表征。所得ZnO粉体平均粒径48 nm．分散性好，收率高。

共沉淀法是将含两种或两种以上的阳离子加入到沉淀剂中，使所有的离子同时完全沉淀。在共沉淀中，如何使组成材料的多种离子同时沉淀和如何避免烧结过程中的硬团聚问题是共沉淀法的关键。韩丽[5]的研究表明采用二水醋酸锌、硝酸锌和草酸为基础反应原料，利用共沉淀的方法可合成纳米氧化锌微细晶粒的过程中，利用超声波技术对反应的中间体进行分散和洗涤，由于超声空化作用所产生的局部高温、高压或冲击波和微射流等，使得到的ZnO微晶可以在能量的冲击下得到很好的分散，因此可以阻止团聚现象的产生。

b、溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是指金属有机或无机化合物加入到溶胶中，制成干胶后进行热处理得到氧化物或其它固体化合物的方法。溶胶凝胶法制备化学微粒的主要优点是反应温度低、化学均匀性好、颗粒细。杨淼[6]等人采用溶胶-

凝胶法，将乙酸锌、表面改性剂均匀地分散在硬脂酸熔体中，在真空冷却后形成凝胶，热处理后得到了具有六方晶系结构、平均粒径为35 nm白色的纳米ZnO颗粒。他们同时还对制得的这种表面改性的纳米ZnO用于橡胶行业的研究工作，发现这种改性后的纳米ZnO的表面能降低，提高了其在橡胶中的分散性，是纳米ZnO纳米效应更好的发挥，可以提高硫化橡胶的交联密度和力学性能。

C、水热法

水热法是指在高温（100℃-1000℃）高压（1-100MPa）下在水（水溶液）或水蒸气等流体中进行化学反应。其中很重要的应用就是制备金属氧化物。梁宇[7]等人在醋酸锌溶液中引入一定量的葡萄糖, 通过醋酸锌的水解以得到具有多层笼状结构的纳米氧化锌。并指出这种球形的氧化锌产物具有多孔结构，有望成为一种高效的光催化剂材料。

d、溶剂热法

溶剂热法的原理与水热法相似，这是使用的溶剂不再是水，而是其他有机或无机的溶剂，利用溶剂的性质，从而制得具有特殊形貌的氧化锌晶体。李俊华[8]以乙醇为溶剂。采用溶剂热法考察反应温度对氧化锌形貌的影响，讨论了添加剂了聚乙二醇(PEG)的辅助作用机理。采用XRD、TEM、EDS、UV—Vis光谱等手段对样品进行分析表征。得出结论认为不同温度下的样品具有不同的形貌，且认为PEG对氧化锌生长过程具有协同组装机制。

e、化学气相反应法

气相法是直接利用气体或通过各种手段将物质变成气体，使之在气体状态下发生化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒并沉积在固体表面的方法。化学气相法一般用于制备金属纳米材料。张卫强[9]等人研究了在高温下锌粉与氧气发生氧化反应制备纳米氧化锌的方法，以氮气为载体，在这种方法合成的纳米氧化锌中，其颗粒尺寸为10～20 nm，产品单分散性好，但是产品的纯度较低，且有原料残存。

纳米ZnO的许多特性，如荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，利用其在光学、电学、磁学、传感器等方面是具有的的特殊性能，可制造

传感器件、压电器件、压敏电阻、高效催化剂、场发射器件等[18]，使其成为重要的研究对象。

纳米ZnO的制备新方法

对纳米材料的研究首先是侧重于制备方法的研究，随着研究的不断深入，近年来，人们已开发了一系列制备ZnO纳米材料的新方法，如微波法、静电纺丝法、离子液体法，脉冲激光烧蚀沉积法、频磁控溅射法等[19]。ZnO的性能

A、ZnO的光学性能

纳米ZnO与其它的有机紫外线吸收剂相比，具有安全、稳定、可靠的特点．纳米ZnO用作紫外线屏蔽剂，用于化妆品和纤维材料[20]，以使材料获得抗紫外线的性能。氧化锌在常温下的禁带宽度是3.37eV,是很好的光致发光材料，在紫外光、可见光或红外光作为照射下而产生光致发光，另外，纳米ZnO可用于生产混合消臭的除臭纤维，其在各种布料和服饰中能吸收臭味净化空气[21]。近年来的研究发现，无论是单晶还是多晶的ZnO薄膜，在室温下都能产生较强的紫外受激辐射。现阶段，科学家们正致力于制造出高质量的ZnO P-N结二极管和异质结二极管，使激光器进入广泛应用的阶段[22]。纳米氧化锌对电磁波、可见光和红外线都具有吸收能力，如果用它作军事上的隐身材料，不但能在很宽的频率范围内逃避雷达的侦察，而且能起到红外隐身作用[23]。纳米氧化锌因有质量轻、颜色浅、吸波能力强等优点，现已成为吸波材料的研究热点之一。

B、ZnO的生物性能

氧化锌能在阳光照射下产生非常活泼的羟基自由基(·OH)、过氧离子自

由基(·0

2-)以及·0

2

H自由基，这些都是氧化性很强的活泼自由基。能够破

坏微生物细胞的增殖能力，达到抑制或杀灭细菌的作用，起到抗菌效果[24]。纳米氧化锌用作抗菌剂，它具有无毒、长效、不产生抗药性，较高的耐热性(>600℃)等优点。纳米ZnO材料在塑料、涂料、纤维中都表现出良好的抗菌性能。

纳米氧化锌无毒、无味，对皮肤有较好的生物相容性，因此对皮肤无刺