纳米氧化锌的制备及其研究进展.docx

文章编号:100128220(2003)0320347205纳米氧化锌的制备及其研究进展杨秀培(西华师范大学化学系,四川南充637002)摘要:纳米氧化锌具有许多特殊的性能,本文介绍了纳米氧化锌在各方面的应用状况;综述了国内外纳米氧化锌的制备方法及研究进展;讨论了目前纳米氧化锌制备中存在的问题.关键词:纳米粒子;氧化锌;制备;研究进展中图分类号:TQ132文献标识码:B1前言氧化锌作为一种新型无机化工材料,在橡胶、染料、油墨、涂料、玻璃、压电陶瓷、光电子及日用化工等领域都有着广泛的应用.纳米氧化锌(粒子直径在1-100nm)是近年来已发现的一种高新技术材料,由于其粒子的尺寸小,比表面积大,因而它具有明显的表面与界面效应、量子尺寸效应、体积效应和宏观量子遂道效应以及高透明度、高分散性等特点,使其在化学、光学、生物和电学等方面表现出许多独特优异的物理和化学性能.与普通ZnO相比,具有优良的光活性、电活性、烧结活性和催化活性,如无毒和非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力.这一新的物质状态,赋予了ZnO这一古老产品在众多领域表现出巨大的应用前景1-9.如制造气体传感器、荧光体、紫外线屏蔽材料、变阻器、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、磁性材料、高效催化剂等.利用ZnO的电阻变化,可制成气体报警器、吸湿离子传导温度计;利用纳米ZnO的紫外屏蔽能力,可制成紫外线过滤器、化妆品(如防晒霜);以ZnO为主体,配以Bi2O3,Pb6O11,BaO等粉末材料烧结成型,可得变阻器;利用ZnO半导体光敏理论,纳米ZnO可作高效光催化剂,用于降解废水中有机污染物,净化环境等.氧化锌的传统制备方法从原理上讲分为3类:即直接法(亦称美国法)、间接法(亦称法国法)和湿化学法.直接法以氧化锌矿为原料,还原其中的锌为气相锌,再通过空气氧化并加以整形而得到产品,此法生产成本低,但能耗大,易引入低熔点杂质,产品质量不高;间接法以锌锭为原料,锌蒸气通过氧化得到ZnO,此法产品质量好,但能耗大,成本高;湿化学法可用各种含锌物料为原料,采用酸浸、氨浸、碱浸或加压浸出锌,然后沉淀锌,最后焙烧分解获得氧化锌.而纳米氧化锌的制备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和湿化学法,因此对这两种工艺的研究比较多,是近20年来超细和纳米氧化锌产品应用和开发的主要活跃点10,11.2纳米氧化锌的制备方法2.1物理法物理法包括机械粉碎法和深度塑性变形法.机械粉碎法是采用特殊的机械粉碎、电火花爆炸等技术,将普通级别的氧化锌粉碎至超细.张伟12等人研究了利用立式振动磨制备纳米粉体的过程和技术,得到了α-Al2O3,ZnO,MgSiO3等超微粉,最细粒度可达到0.1μm.工艺简单,但能耗大,产品纯度低,粒度分布不均匀,磨介的尺寸和进料的细度影响粉碎性能.该法得不到1-100nm的纳米粉体;深度塑性变形法是原材料在准静压作用下发生严重塑性形变,使材料的尺寸细化到纳米量级.该法制得的氧化锌粉体纯度高、粒度可控,但对生产设备要求高.收稿日期:2002-10-14作者简介:杨秀培(1970-),男,四川广元人,西华师范大学化学系讲师,硕士,主要从事仪器分析、纳米材料的制备及表征等方面的研究1西华师范大学学报(自然科学版)3482003年2.2气相法2.2.1化学气相氧化法Mitarai13以O2为氧源,锌粉为原料,在高温下(823-1300K),以N2作载气,发生以下氧化还原反应:823-1300K2Zn+O22ZnOYokoSuyama在1123-1343K的范围内把锌蒸气气相氧化获得了纳米ZnO,TEM观察表明,所得粉体为球状和类四角锥体两种形状.此法制得的纳米氧化锌,粒径在10-20nm.该法原料易得,产品粒度细,单分散性好.但反应往往不完全,从而导致产品纯度降低.2.2.2激光诱导化学气相沉积法(LICVD)14EI-shallM.S.等利用反应气体分子对特定波长激光束的吸收,引起气体分子激光分解、热解、光敏化和激光诱导化学合成反应,在一定反应条件下合成纳米粒子.纳米ZnO是以惰性气体为载气,以锌盐为原料,用CWCO2激光器为热源加热反应原料,使之与氧发生反应生成的.LICVD法具有能量转换效率高,粒子大小均一,且不团聚,粒径大小可准确控制等优点.但成本高,产率低,难以实现工业化生产.2.2.3气相冷凝法15该法通过真空蒸发、加热、高频感应等方法将氧化锌物料气化或形成等离子体,再经气相骤冷、成核,控制晶体长大,制备纳米粉体.该法反应速度快,制得的产品纯度高、结晶组织好.但对技术设备要求较高.2.2.4喷雾热解法赵新宇等16利用喷雾热解技术,以二水合醋酸锌为前驱体合成ZnO纳米粒子.二水合醋酸锌水溶液经雾化为气溶胶微液滴,液滴在反应器中经蒸发、干燥