纳米氧化锌的部分特性

纳米氧化锌的部分特性

薛元凤051002231

摘要：纳米材料的物理化学性能与其颗粒的形状、尺寸有着密切的关系。因此，单分散纳米材料的制备及其与尺寸相关的性能研究成为近几年人们研究的热点之一。ZnO作为一种宽禁带半导体具有独特的性质，在纳米光电器件、光催化剂、橡胶、陶瓷及化妆品领域有着广阔的应用前景，随着对不同形状的纳米ZnO的制备及其相关的性能研究不断升温，对其应用方面的研究进展不断深入，单分散纳米ZnO材料已经引起了人们越来越广泛的关注。ZnO作为一种宽禁带，高激子结合能的氧化物半导体，以其优越的磁、光、电以及环境敏感等特性而广泛地应用于透明电子元件、UV 光发射器、压电器件、气敏元件以及传感器等领域。ZnO 本身晶格结

构特点决定了在众多的氧化物半导体中是一种晶粒形态最丰富的材料。本文主讲纳米氧化锌紫外屏蔽、光电催化、气敏、磁性等特性，及纳米氧化锌在生活中、工厂作业中的用途。

关键词：紫外屏蔽光电催化气敏导电性磁性

1 引言

随着纳米科学的发展，人类对自然的认识进入到一个新的层次。材料的新性质被逐渐发掘!认识，新的理论模型被提出"著名学者钱学森院士预言：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是二十一世纪的又一次产业革命”。

纳米ZnO具有优异的光、电、磁性能，在当今一些材料研究热点领域表现活跃。与普通ZnO相比，纳米ZnO颗粒尺寸小，微观量子效应显著，展现出许多材料科学家渴望的优异性质，如压电性，荧光性，非迁移性，吸收和散射电磁波能力等。大量科研工作集中于纳米ZnO材料的制备、掺杂和应用等方面。制备均匀、稳定的纳米ZnO是首要任务，获得不同形貌的纳米结构，如纳米球、纳米棒、纳米线、纳米笼、纳米螺旋、纳米环等，将这些新颖的纳米结构材料所具有的独特性能，应用到光电、传导、传感，以及生化等领域，取得了可喜的成绩。世界各国相继大量投入，开发和利用纳米ZnO材料，使其在国防，电子，化工，冶金，航空，生物，医学和环境等方面具发挥更大的作用。

2简介

纳米氧化锌(ZnO)问世于20世纪80年代，其晶体结构为六方晶系P63mc空间群，纤锌矿结构，白色或浅黄色的晶体或粉末，无毒，无臭，系两性氧化物，不溶于水和乙醇，溶解于强酸和强碱，在空气中易吸收二氧化碳和水，尤其是活性氧化锌。

ZnO 晶体结构中，Zn原子按六方紧密堆积排列，每个Zn原子周围有4个氧原子，构成Zn-O4配位四面体结构，如图2.1，晶格常数为a=0.324 nm，c=0.519 nm，密度为 5.6 g/cm3，熔点是1720 ℃，升华温度为1800 ℃，是直接带隙n 型半导体，室温下禁带宽度为3.2 eV。

图2.1 ZnO纤锌矿晶体结构

纳米ZnO 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1~100 nm，作为一种崭新的材料，它在光学、电学以及生物医学等方面表示出了独特的性质。下面具体介绍一下它的各种性能及用途。

3纳米材料ZnO性能及应用

3.1紫外屏蔽性

3.1.1原理

由于小尺寸效应和量子尺寸效应诱导光吸收带的蓝移，使ZnO产生宽频带紫外强吸收能力，对UV A(长波320一400nm)和UVB(中波280一320nm)均有屏蔽作用。又由于纳米ZnO粉体还具有高透明度，高分散性等特点，从而用来设计新型的紫外屏蔽，紫外光过滤，抗老化，抗降解的新型材料，从而紫外线的遮蔽作用被用在紫外线保护用品、日常化工如化妆品、汽车、家具、光学材料上作紫外线遮断保护膜。

3.1.2作用

纳米ZnO在阳光，尤其在紫外线照射下，在不和空气中能自行分解出自由移动的带负电的电子（e-），同时留下带正电的空穴（h+），这空穴可以激活空气中的氧变为活性氧，有的化学活性，能与大多数有机物发生氧化反应，包括细菌内的有机物，从而把大多数病毒和病菌杀死。纳米ZnO的定量杀菌实验表明：在五分钟内，纳米ZnO的浓度为1%时，金黄色葡萄球菌的杀菌率为98.86%，大肠杆菌的杀菌率为99.93%。同时，纳米ZnO也是一种重要的紫外线吸收材料。由于紫外线的照射会加速人体皮肤老化及导致皮肤癌。而金属氧化物对光线的遮蔽能力，在粉末粒径为光波的1/2时最大。在整个紫外区（200－400nm），ZnO对光的吸收能力比氧化钛强，纳米ZnO本身无毒无味，对皮肤无刺激性、不分解、不变质、热稳定性好，本身为白色，可作为皮肤的外用药物，对皮肤有收敛、消炎、防腐、防皱和保护等功能。可用于化妆品的防晒剂以防止紫外线的伤害，并能抗菌除臭，可用于生产防臭抗菌抗紫外线的纤维。纳米ZnO的该特性可以广泛应用于化妆品、天然和人造纤维、涂料、包装材料等。

3.2 光电催化机理

3.2.1光催化机理

ZnO是一种典型的半导体材料，它的能带结构通常是由一个充满电子的低能价带(valenco band，VB)和一个空的高能导带(conductionband，CB)构成，价带和导带之间存在一个区域为禁带，区域的大小通常称为禁带宽度(E g)。当受到能量等于或大于禁带宽度的光照射时，半导体ZnO发生对光的吸收，价带上的电子被激发并跃迁到导带，发生带间跃迁。此时，在导带上产生带负电的高活性电子(e-)，在价带上留下带正电荷的空穴(h+)，这样形成电子(e-)-空穴(h+)对。在电子-空穴对的移动过程中，主要发生两个过程：一部分电子和空穴在体相内或表面相遇而复合；另一部分电子迁移到半导体表面具有很强的还原能力，一方面，它可以直接还原有害的金属离子；另一方面，与吸附的氧结合氧化已经羟基化的产物，生成具有强氧化性的氢氧自由基(·OH)。而迁移到半导体表面的空穴有很强的氧化能力，可以将吸附在半导体表面的OH-和H2O氧化，产生氢氧自由基(·OH)。利用这种高度活性的羟基自由基可以将难降解的有机物氧化为CO2和水等无机物。空穴与电子在半导体ZnO催化剂粒子内部或表面光催化氧化反应机理如图3.2.1所示。

图3.2.1 氧化锌光催化反应示意图

3.2.2光电催化机理

光催化效率的高低主要取决于两个因素：一是催化剂的活性；二是载流子的分离效率。自光催化技术出现以来，人们就在这些方面做了大量的研究工作，并取得了明显进展，如减小颗粒尺寸、沉积贵金属或掺杂过渡金属离子、采用复合半导体技术等都是提高半导体电荷分离能力的有效途径。近年来，一项新型技术-光电催化技术由于具有一系列不容忽视的优势，迅速引起了人们的广泛关注，成为目前研究废水中有机污染物降解领域中的前沿课题。

图 3.2.2 光电催化反应原理示意图

光电催化技术是一种光催化与电化学联用的新型深度氧化技术，主要是通过固定化技术把半导体光催化剂负载在导电基体上制成工作电极，同时在工作电极上施加偏电压，从而在电极内部形成一个电势梯度，促使光生电子和空穴向相反的方向移动，抑制它们的复合，以加速分离，如图3.2.2所示。这种光电催化系统还具有另外两个突出优点，一是把导带电子的还原过程同价带空穴的氧化过程从空间位置上分开(与半导体微粒相比较)，结果大大增加了半导体表面·OH的生成效率且防止了氧化中间产物在阴极上的再还原；二是由于导带电子被引到阴极还原水中的H+，所以不需要向系统内鼓入氧气作为电子捕获剂。这项技术目前还处于实验室小型反应系统向大规模工业化发展阶段，在反应器的光电催化反应特性、反应器结构设计、催化剂活性的进一步提高和光能利用等应用基础研究和技术开发方面还需要做大量工作。

3.2.3用途

纳米氧化剂由于其粒径小、比表面积大、表面的键态与颗粒内部不同，表面原子配位不全，导致表面活性位置增多，形成了凹凸不平的原子台阶，加大了反应接触面，这为其作为催化剂提供了良好必要的条件。同时，纳米ZnO没有孔隙，避免了使用常规催化剂所引起的某些副反应的生成。纳米催化剂不必要附着在载体上使用，可以直接放入液相反应体系中，反应产生的热量会随着反应液的流动而不断向周围扩散，从而保证不会因局部过热导致催化剂结构破坏而失去活性。纳米ZnO还有很好的光催化性能，受紫外线照射下，能分解有机物质。在吸收光能以后，原有的束缚电子－空穴对变成激发态电子、空穴（其寿命一般很短，大约为10-7秒左右），并向晶体表面扩散。由于，其粒径小，因而激发态电子、空穴扩散到其表面所需的时间就非常短，因而使得大部分的电子、空穴能够顺利到达粒子表面而使得反应活性和光催化效率提高，反应速度加快。

3.3气敏性能

3.3.1气敏性质机理

可用于气体检测的半导体材料很多，但目前应用最为广泛的半导体气敏材料是SnO2系和ZnO 系。ZnO 系属于表面电阻控制型气敏材料，即利用表面电阻的变化检测各种气体，其工作原理是：在空气中氧分子吸附在半导体表面并从半导体表面获得电子而形成O2－、O－、O2－等的受主型表面能级，结果

表面电阻增加。如果H2或CO 等还原性气体作为被检测气体与气敏器件表面接触时，这些气体与氧进行反应。

因此，氧原子捕获的电子重新回到半导体中去，表面电阻下降。ZnO是最早使用的气敏材料，其特点是物理化学性质稳定，在1800℃才有升华现象，禁带宽度为3.4ev，可在较高的温度下工作，并且价格便宜、易于制备。本章主要是研究采用熔体燃烧合成法制备的纳米ZnO及其掺杂粉体的气敏特性。

3.3.2用途

ZnO 气敏元件检测的气体主要是还原性气体（CO、H2、CH4、H2S、乙醇等）和氧化性气体（NO x、Cl2和O3）。对于大多数挥发性有机化合物蒸气，尤其是苯、甲苯和二甲苯等有毒挥发性有机化合物蒸气还没有开展系统而细致的工作。挥发性有机化合物（volatile organic compounds，简称VOCs）泛指沸点范围在50℃～260℃的化合物。ZnO半导体气敏元件的工作原理决定了所检测的五种蒸气与其它检测气体的相似之处，采用熔体燃烧合成法进一步对纳米ZnO进行掺杂，以试图制备性能优良的气敏材料。

3.4导电氧化锌

3.4.1导电性质

导电氧化锌粉是为了制造浅色或白色防静电制品而研制的。以往常用的导电微粒包括金属系导电微粒和碳黑系导电微粒，它们共同的缺点是均呈黑色，限制了使用范围。为此需要开发白色或浅色的导电微粒以满足不同用途的需求，ZnO 导电微粉正是在这样的背景下产生的。它制造简单，成本低廉，导电性较好，具有极大的应用前景。在气敏器及传感器方面取得了很好的应用，ZnO 是发现最早、也是应用最多的金属氧化物半导体气敏材料之一，它的工作温度较高，气体灵敏度较低但稳定性较好，便于喷涂与质量控制，易于极化和转向，表现出比较理想的电特性和动态特性。近几年来采用贵重金属掺杂，氧化物复合等比较有效的措施，取得了很好的进展。

3.4.2用途

导电ZnO主要用于涂料、树脂、橡胶、纤维、塑料和陶瓷中作为导电的白色染料。相对于一般的黑色导电微粒（金属系和炭黑系），导电ZnO作为静电屏蔽材料时，突破了家用电器和其他电器颜色的单调性，而且导电ZnO制造简单，成本低廉，导电性较好，应用前景良好。日本松下公司已研制成功具有良好静电屏蔽的导电纳米ZnO涂料。

3.5磁学性质

3.5.1磁学原理

对纳米ZnO的磁学性质的研究主要集中在对特殊形貌纳米ZnO的吸波性质研究。负数磁导率虚部为零，禁带宽度大，室温下导电率较低，介电常数虚部值较小，介电损耗能力低，尽管具体的吸收机理还不是很明确，但是实验结果表明其吸收性质优异，应用前景广阔。

电磁波具有波粒两相性，入射材料与材料发生相互作用，材料感应入射电磁波电磁效应，产生电极化和磁化，同时材料以量子化形式吸收入射波能量，使电磁波衰减。吸波材料可以分为电损耗型和磁损耗型两类：电损耗主要通过介质的电子极化、离子极化或界面极化来吸收、衰减电磁波；磁损耗主要通过磁滞损耗、畴壁共振和后效损耗等磁激化机制来吸收、衰减电磁波。吸波材料吸收电磁波需要满足阻抗匹配和衰减匹配原则。复介电常数ε和复磁导率μ是标志吸波材料电磁特性质的基本参数，ε’为材料感应外界电磁扰动的电极化量度，ε’为材料电偶矩产生重排引起损耗的量度；μ’为材料感应外界电磁扰动的磁化量度，μ’为材料磁偶矩产生重排引起损耗的量度。Ε’和μ’引起入射电磁波能量的损耗，

ε’和μ’越大材料的吸波性能越好。

与此同时，电磁波的吸收性能与材料表面的反射系数相关，不同形貌的纳米晶体，吸波性能不同。纳米微粒尺寸小，比表面积大，在微粒表面产生界面极化和多重散射。纳米微粒具有的隧道效应和量子尺寸效应使得微粒表面电子能级发生分离，分裂的能级形成新的吸波通道，等等。因此，特殊形貌的纳米颗粒可以有效控制入射电磁波的反射率，增加对电磁波的吸收。

3.5.2用途

目前，对ZnO的吸波性能的研究主要集中在两方面，一是制备特殊形貌的ZnO颗粒，如片状纳米ZnO的吸波性能明显高于其他结构；二是对ZnO的掺杂，例如在纳米ZnO晶粒中掺入Mn形成复合结构，吸波性能也有很大提高。

3.5其他特性

利用纳ZnO的体积效应、表面效应和高分散能力，在低温低压下，就可以将纳米ZnO作陶瓷制品的原料直接使用，生产出外观光亮、质地致密、性能优异的陶瓷制品，并可使陶瓷制品的烧结温度降低400~600 ℃，简化生产程序，降低能耗，应用于精细陶瓷工业同时，掺于陶瓷制品中的纳米ZnO又具有抗菌除臭、分解有机物的作用，因而可用于制卫生陶瓷洁具、瓷砖等。纳米ZnO 在低压电子射线下，可以发荧光，光色为兰色和红色。添加了ZnO、TiO2和MnO2等的陶瓷微粉经烧结而成的具有高介电常数、表面微细平滑的片状体，可用于制造陶瓷电容器。

纳米ZnO是制造高速耐磨橡胶产品的原料，如飞机轮胎、高级轿车用的子午线胎等。具有防止老化、抗摩擦着火、实用寿命长、用量小等优点，明显改善了产品质量。氧化锌与有机促进剂、硬脂酸等起反应时生成硬脂酸锌，能增强硫化橡胶的物理性能，也用作天然橡胶、合成橡胶及胶乳的硫化活性剂和补强剂以及着色剂。

4讨论与展望

纳米颗粒是介于大块物质和原子之间的中间物质态，对它的开发、研究是了解微观世界如何过渡到宏观世界的关键。纳米氧化锌制备作为其物性研究以及其获得应用的前提已经做了很好的研究。超细颗粒的特性使得生成它的物理、化学过程及其本身规律具有特殊性，更为重要的是其众多的工程上的应用问题。这些工程问题的解决是其实用化的关键，尽管人们越来越意识到这一研究的重要性，并在一些特定工程问题上已取得了一些进展，但离完整的描述其过程规律还有很大的一段距离。因此，开展纳米氧化锌实用性的研究，不仅有很大的实用意义，在科学上也有重要的理论意义。

参考文献

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ZnO纳米带的光学性能研究

摘要：ZnO作为一种重要的宽带隙半导体材料，具有较好的光学性能。ZnO纳米带以其统一的几何尺寸，较少的线缺陷，作为特殊的纳米材料，展现了其独特的性质。本文综述了ZnO纳米带的制备方法，掺杂不同物质对其光学性能的影响，也对当前对ZnO纳米技术的研究与应用做了简要介绍，并对其今后的研究进行了相应的展望。 关键词：ZnO纳米带光学性质 Abstract：ZnO is an important wide band gap semiconductor material with special optical properties. ZnO nanobelts with its uniform geometry, less linear defects, as the special nanomaterial, demonstrated its unique character. This paper reviews the methods of synthesizing ZnO nanobelts, doped optical properties of different substances to their different effects, but also on the current of the ZnO nanotechnology research and application of a brief introduction, and the future prospects for research accordingly. Key words：ZnO nanobelts optical properties

不同基底下生长氧化锌纳米线

不同基底下生长氧化锌纳米线研究 首先在FTO玻璃基底上用水热法制备氧化锌纳米线，发现在配备种子层的基础上0.7437克硝酸锌和0.35克六次甲基四胺在九十五摄氏度的温度下反应三个小时制得的氧化锌纳米线最好。然后以重金属金为基底用水热法制备氧化锌纳米线，以金为催化剂0.7437克硝酸锌和0.35克六次甲基四胺分别在70摄氏度，80摄氏度，90摄氏度反应七个小时，发现在七十摄氏度的条件下氧化锌纳米线排列最为整齐，结果最好。不同基底相对比发现以FTO为基底制备氧化锌纳米线，氧化锌纳米线排列紧密且长径比较大，但是倾斜严重，适合染料敏化太阳能电池等科技的研究。以重金属金为基底制备氧化锌纳米线，氧化锌纳米线排列宽松，但倾斜较小，长径比较小，个体较大。适合于研究单独一根氧化锌纳米线。 关键词：FTO基底，金基底，不同基底制备氧化锌纳米线的特点 最近人们对于碳纳米管的发现引起了制备其它一维纳米材料的极大兴趣。一维纳米结构氧化物具有独特的光学，电学性能。各种氧化物纳米线的制备和性能研究已成为当今的热点。氧化锌是重要的II – VI族直接带隙宽禁带半导体氧化物，具有较大的禁带宽度（3.2eV）,激子结合能（60meV）高，能在室温及更高温度产生近紫外的短波激子发光。其中特别是具有较大长径比的氧化锌纳米线所表现出的奇特光学与电学性能，使其在低压和短波长光电子器件方面具有潜在的应用价值，例如透明导电材料，发光二极管，气敏传感器和荧光器件等。一维氧化锌纳米线是一种性能优异的新型功能材料，应用开发前景十分广阔。其制备方法多种多样，制备技术也日趋完善，它在传统材料、微电子、医药等领域的应用日益广泛和重要，对这些领域将会带来革命性的改变，也会影响到人们的日常生活。可以预见，随着氧化锌纳米线的制备方法、生长机理、结构表征等研究的不断深入，其应用研究将会有一个快速发展的阶段。 1.1纳米材料 1.1.1纳米材料简介 纳米材料是在纳米尺度空间内研究电子、原子和分子的内在运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。它的最终目标是人类能够按照自己的意愿直接操纵单个原子，制造具有特定功能的产品。 1.1.2纳米材料四大效应 体积效应 当纳米粒子尺寸比电子的德布罗意波更小时，内压、磁性、化学活性、热阻、光吸收、催化性及熔点等与普通粒子相比发生了很大的变化，周期性边界条件将被破坏。纳米粒子以下几个方面的应用均基于它的体积效应。例如，利用等离子共振频移随颗粒尺寸变化的性质，

氧化锌纳米棒研究进展汇总

氧化锌纳米棒研究进展** 孔祥荣*, 邱晨, 刘强, 刘琳, 郑文君 （南开大学化学学院材料系，天津，300071） Kxr0918@https://www.docsj.com/doc/226705466.html, 摘要：氧化锌纳米棒由于具有新奇的物理化学性质而成为研究的热点，本文就近年来氧化锌纳米棒在制备方法和反应机理及应用研究等方面予以综述。 关键词：氧化锌; 纳米棒; 制备; 反应机理 1 引言 近年来，低维纳米结构的半导体材料引起了广泛的关注，尤其是一维(1-D纳米材料在维数和大小物理性质的基础研究中有潜在的优势，同时在光电纳米器件和功能材料中的应用研究成为热点。氧化锌由于在室温下较大的导带宽度和较高的电子激发结合能(60meV 及光增益系数(300 cm 而使之具有独特的催化、电学、光电学、光化学性质，在太阳能电池、表面声波和压电材料、场发射、纳米激光、波导、紫外光探测器、光学开关、逻辑电路 [5，6][1]-1[2][3][4] 等领域潜在的应用等方面均具有广泛的应用前景。本文就氧化锌纳米棒及其阵列的制备、反应机理、应用研究等进行简要的综述。 2 氧化锌纳米棒的制备 2.1 超声波法和微波法 刘秀兰等在低温反应条件下（冰水浴）,通过超声的方法,采用醋酸锌和水合肼为原料，[7] 以DBS 作为表面活性剂,制备了ZnO 纳米棒,截面为六方型,直径100nm ,长度1μm。研究表明：与其它制备方法相比,低温与超声技术可以更为方便获得分布均

一、长径比较小的ZnO 纳米棒。Hu等分别用超声和微波辐射两种方法得到了交联（二聚体，三聚体(T形，四聚体（X[8] 形））的ZnO纳米棒。超声辐射法和微波辐射法具有一个共同的特点，反应速度快，设备要求简单。 2.2 水热法 Liu 等用六水合硝酸锌和氢氧化钠为原料配成溶液，180 ℃水热处理20h 得到晶化程度[9] 很高的直径的为50 nm的高长径比的氧化锌纳米棒。Vayssieres [10]用硝酸锌盐和等摩尔的六次甲基四胺在水热条件下95 ℃几小时就可以在底物上得到了直径100～200 nm ,长度为10 μm 氧化锌纳米棒及其阵列。Wang 等[11]报道用Zn 作为底物同时作为反应物水热条件下得到了形貌可控的ZnO 纳米棒。陶新永等[12]采用PEG 辅助水热法合成了ZnO 纳米棒。研究发现,氢 [13]氧化钠浓度和反应时间对产物形貌和尺寸有较大的影响。Tang 等用H 2O 2、NaOH 和Zn 箔为 [14]原料辅助的水热法来合成具有良好光学性质的ZnO 纳米棒阵列。Wu 等用溴化十六烷三甲 基铵(CTAB 表面活性剂作导向剂在水热条件下，通过粒径几十纳米的纳米晶自组装得到了ZnO 单晶纳米棒。Guo 等[15]用氧化铟锡（ITO ）底物上用简单的水热法通过改变温度成功的 [16]合成了粒径长度可控的分布较窄的高趋向的ZnO 纳米棒阵列。郭敏等采用廉价低温的水 热法, 在基底上制备高质量、高取向统一、平均直径小于50 nm 并且直径分布很窄的ZnO 纳米棒阵列薄膜。

纳米氧化锌的部分特性

纳米氧化锌的部分特性 薛元凤051002231 摘要：纳米材料的物理化学性能与其颗粒的形状、尺寸有着密切的关系。因此，单分散纳米材料的制备及其与尺寸相关的性能研究成为近几年人们研究的热点之一。ZnO作为一种宽禁带半导体具有独特的性质，在纳米光电器件、光催化剂、橡胶、陶瓷及化妆品领域有着广阔的应用前景，随着对不同形状的纳米ZnO的制备及其相关的性能研究不断升温，对其应用方面的研究进展不断深入，单分散纳米ZnO材料已经引起了人们越来越广泛的关注。ZnO作为一种宽禁带，高激子结合能的氧化物半导体，以其优越的磁、光、电以及环境敏感等特性而广泛地应用于透明电子元件、UV 光发射器、压电器件、气敏元件以及传感器等领域。ZnO 本身晶格结 构特点决定了在众多的氧化物半导体中是一种晶粒形态最丰富的材料。本文主讲纳米氧化锌紫外屏蔽、光电催化、气敏、磁性等特性，及纳米氧化锌在生活中、工厂作业中的用途。 关键词：紫外屏蔽光电催化气敏导电性磁性 1 引言 随着纳米科学的发展，人类对自然的认识进入到一个新的层次。材料的新性质被逐渐发掘!认识，新的理论模型被提出"著名学者钱学森院士预言：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是二十一世纪的又一次产业革命”。 纳米ZnO具有优异的光、电、磁性能，在当今一些材料研究热点领域表现活跃。与普通ZnO相比，纳米ZnO颗粒尺寸小，微观量子效应显著，展现出许多材料科学家渴望的优异性质，如压电性，荧光性，非迁移性，吸收和散射电磁波能力等。大量科研工作集中于纳米ZnO材料的制备、掺杂和应用等方面。制备均匀、稳定的纳米ZnO是首要任务，获得不同形貌的纳米结构，如纳米球、纳米棒、纳米线、纳米笼、纳米螺旋、纳米环等，将这些新颖的纳米结构材料所具有的独特性能，应用到光电、传导、传感，以及生化等领域，取得了可喜的成绩。世界各国相继大量投入，开发和利用纳米ZnO材料，使其在国防，电子，化工，冶金，航空，生物，医学和环境等方面具发挥更大的作用。 2简介 纳米氧化锌(ZnO)问世于20世纪80年代，其晶体结构为六方晶系P63mc空间群，纤锌矿结构，白色或浅黄色的晶体或粉末，无毒，无臭，系两性氧化物，不溶于水和乙醇，溶解于强酸和强碱，在空气中易吸收二氧化碳和水，尤其是活性氧化锌。

纳米氧化锌的奇妙颜色

纳米氧化锌的奇妙颜色 --作者冯铸（高级工程师，工程硕士宝鸡天鑫工业添加剂有限公司销售经理） 纳米级活性氧化锌有多种生产方式，而每种生产方式及各个生产方式的工艺差别的不同，使得最终产品的颜色不同，即呈现微黄色的程度不同。 一、物质颜色的由来 物质的颜色都是其反光的结果。白光是混合光，由各种色光按一定的比例混合而成。如果某物质在白光的环境中呈现黄色（比如纳米氧化锌），那是因为此物体吸收了部分或者全部的蓝色光。物质的颜色是由于其对不同波长的光具有选择性吸收作用而产生的。 不同颜色的光线具有不同的波长，而不同的物质会吸收不同波长的色光。物质也只能选择性的吸收那些能量相当于该物质分子振动能变化、转动能变化及电子运动能量变化的总和的辐射光。换句话说，即使是同一物质，若其内能处在不同的能级，其颜色也会不同。比如氧化锌，不论是普通形式的，还是纳米形式的，高温时颜色均很黄，温度降低时颜色变浅。原因在于在不同温度时，氧化锌的分子能及电子能的跃迁能量不同，因此，对各种色光的吸收不同。 二、粗颗粒的氧化锌与纳米氧化锌的结构区别，及由此导致的分子内能差异 粗颗粒的直接法或间接法氧化锌是离子晶体。通常来说，锌原子与氧原子以离子键形式存在。由于其颗粒较粗，每个颗粒中氧原子与锌原子的数量相当多，而且两种原子的数量是一样的（按分子式ZnO看，是1：1）。但对于纳米氧化锌，其颗粒相当细，使得颗粒表面的未成键的原子数目大增。也就是说，纳米氧化锌不能再看成具有无限多理想晶面的理想晶体，在其表面，会有无序的晶间结构及晶体缺陷存在。表面这些与中心部分不同的原子的存在，使得其具有很强的与其他物质反应的能力，也就是我们通常所说的活性。 研究表明：在纳米氧化锌中，至少存在三种状态的氧，他们是晶格氧（位于颗粒内部）、表面吸附氧及羟基氧（--OH），而且，颗粒中锌的数量大于氧的数量，不是1：1的状况。这一点与普通氧化锌完全不同。纳米氧化锌的表面存在氧空缺，有许多悬空键，易于与其他原子结合而发生反应，这也是纳米氧化锌在橡胶中、催化剂中作为活性剂应用的基本原理。 由于纳米氧化锌与普通氧化锌的上述不同。使得其颗粒中分子能及电子能的跃迁变化能级不同，因此，其颜色也不同。普通氧化锌是白色，而纳米氧化锌是微黄色。 三、纳米氧化锌随时间及环境湿度变化，其颜色的变化 对于纳米氧化锌，由于其颗粒表面存在吸附氧及羟基氧，而这两种氧的数量会随着时间的变化而发生变化，比如水分的吸附及空气中氧气的再吸附与剥离等。这两种氧的数量的变化，必然会引起颗粒中分子及电子能级的变化，对光的吸收也不相同，因此，纳米氧化锌的颜色变浅。 四、纳米氧化锌的颜色与纯度的关系 纯的纳米氧化锌，其颜色是纯微黄的，显得色泽很亮。 当纳米氧化锌含杂质，如铁、锰、铜、镉等到了一定程度，会使氧化锌的颜色在微黄色中带有土色的感觉，那是因为铁、锰、铜、镉等的氧化物均为有色物质，相互混合后，几种色光交混，显出土白色。而纳米氧化锌（或者活性氧化锌，轻质氧化锌）随着时间变化而发生的颜色变化，会被土色所掩盖，而使颜色显得变化极小；当纳米氧化锌中含杂质再高时，其颜色会变得很深，更无法观测到其颜色随时间变化的情况。 如前所述，物质的颜色是其对外界光线选择性的吸收引起的。因此，在我们比较氧化锌的颜色时，最好在户外光亮的地方观察比较确切。选择不同的环境做比较，会得到不同的比较结果，这也体现了光反射的趣味性。 五、关于纳米氧化锌颜色的另外一种解释 纳米氧化锌是经碱式碳酸锌煅烧而得。在此过程中，如果碱式碳酸锌未能完全分解，纳米氧化锌的颜色就会显得白一些，因为碱式碳酸锌为纯白色。此外，在南方与北方生产，或在潮湿的雨天与干燥的天气下生产，也会影响颜色。因为纳米氧化锌可与湿空气及二氧化碳反应生成碱式碳酸锌，发生了煅烧过程的逆反应。这种变化对产品质量的影响有多大，现在尚难断定，因为碱式碳酸锌本身也是具有催化作用的，适于在脱硫剂及橡胶行业使用；而在饲料行业，碱式碳酸锌具有与氧化锌同样的功能，它也是一种饲料添加剂，同时，在饲料行业，我们关心的问题主要是重金属的含量是否达到标准要求。

纳米氧化锌综述

纳米氧化锌综述 概述 纳米氧化锌是一种多功能性的新型无机材料，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[1]。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，使其在陶瓷、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。由于纳米氧化锌一系列的优异性和十分诱人的应用前景，因此研发纳米氧化锌已成为许多科技人员关注的焦点。 纳米氧化锌的性质 纳米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[2]。 纳米氧化锌的制备 1.纳米氧化锌的液相化学制备技术 除了能够准确控制粒子的化学组成外，液相法与其它化学制备技术相比还具有设备简单、批量大、原料易得、相对来说粒子大小集中、晶相结构及形状容易控制、产物活性好、成本低等特点。液相法可以分为沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水热合成法、溶剂蒸发法等。 1．1化学沉淀法 1．1．1直接沉淀法 直接沉淀法是直接混合制备氧化锌的锌盐与沉淀剂溶液的方法，特点是条件易于控制，操作简单，适于大批量制备粉体材料，其缺点是副产物离子的洗涤较困难，且产物粒径分布较宽，干燥过程中粒子易于团聚。郭志峰等[3]向乙酸锌溶液滴加草酸，同时搅拌，伴有草酸锌沉淀生成。将沉淀物送入烘箱烘干，烘干的草酸锌粉末置洗净坩埚中，在箱式电阻炉中反应，制得氧化锌晶体。 1．1．2 均匀沉淀法 均匀沉淀法是将反应物之一通过化学反应缓慢释放出来并导致沉淀反应发生的技术，因此混合反应物溶液沉淀反应并不立即发生。其特点是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。洪若瑜等[4]采用连续微波加热用硫酸锌和尿素制备了粒径为8～30nm的纳米氧化锌。 1．2溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是以无机盐或金属醇盐为前驱物，经水解缩聚过程逐渐胶化，然后作相应处理得到所需纳米粉体，方法多采用有机溶剂。该方法合成的粉体纯度高，化学成分均匀，颗粒度小且分布范围窄。溶液的pH值、浓度、反应时间及温度均是影响溶胶-凝胶质量的主要因素。 Tianbao Du等[5]采用溶胶-凝胶浸渍涂布技术制备了氧化锌半导体薄膜，他 们以耐热玻璃为模板，在不断搅拌中把模板加入Zn( CH 3C00) 2 /乙醇溶液中，取出

纳米氧化锌的研究进展

学号：201140600113 纳米氧化锌的制备方法综述 姓名：范丽娜 学号： 201140600113 年级： 2011级 院系：应用化学系 专业：化学类

纳米氧化锌的制备方法综述 姓名：范丽娜学号： 201140600113 内容摘要:介绍了纳米氧化锌的应用前景及国内外的研究现状,对制 备纳米氧化锌的化学沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法、水热合成法、 化学气相法的基本原理、影响因素、产物粒径大小,操作过程等进行 了详细的分析讨论;提出了每种创造工艺的优缺点,指出其未来的研 究方向是生产具有新性能、粒径更小、大小均一、形貌均可调控、生 产成本低廉的纳米氧化锌。同时也有纳米氧化锌应用前景的研究。 Describes the application of zinc oxide prospects and research status, on the preparation of ZnO chemical precipitation, sol-gel method, microemulsion, hydrothermal synthesis method, chemical vapor of the basic principles, factors, product particle size, operating procedure, carried out a detailed analysis and discussion; presents the advantages and disadvantages of each creation process, pointing out its future research direction is the production of new properties, particle size is smaller, uniform size, morphology can be regulated, production cost of zinc oxide. There is also promising research ZnO. 关键字：纳米氧化锌制备方法影响研究展望 正文：纳米氧化锌是一种多功能性的新型无机材料，其颗粒大小约在1～100纳米。由于晶粒的细微化，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

纳米氧化锌的合成

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。

氧化锌纳米材料简介

目录 摘要 (1) 1.ZnO材料简介 (1) 2.ZnO材料的制备 (1) 2.1 ZnO晶体材料的制备 (1) 2.2 ZnO纳米材料的制备 (2) 3. ZnO材料的应用 (3) 3.1 ZnO晶体材料的应用 (3) 3.2 ZnO纳米材料的应用 (5) 4.结论 (7) 参考文献 (9)

氧化锌材料的研究进展 摘要介绍了氧化锌（ZnO）材料的性质，简单综述一下近几年ZnO周期性晶体材料和ZnO纳米材料的新进展。 关键词：ZnO；晶体材料；纳米材料 1.ZnO材料简介 氧化锌材料是一种优秀的半导体材料。难溶于水，可溶于酸和强碱。作为一种常用的化学添加剂，ZnO广泛地应用于塑料、硅酸盐制品、合成橡胶、润滑油、油漆涂料、药膏、粘合剂、食品、电池、阻燃剂等产品的制作中。ZnO的能带隙和激子束缚能较大，透明度高，有优异的常温发光性能，在半导体领域的液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有应用。此外，微颗粒的氧化锌作为一种纳米材料也开始在相关领域发挥作用。纳米ZnO粒径介于1-100nm之间，是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，表现出许多特殊的性质，如非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等[1–5]。下面我们简单综述一下，近几年ZnO周期性晶体材料和ZnO纳米材料的新进展。 2.ZnO材料的制备 2.1 ZnO晶体材料的制备 生长大面积、高质量的ZnO晶体材料对于材料科学和器件应用都具有重要意义。尽管蓝宝石一向被用作ZnO薄膜生长的衬底，但它们之间存在较大的晶格失配，从而导致ZnO外延层的位错密度较高，这会导致器件性能退化。由于同质外延潜在的优势，高质量大尺寸的ZnO晶体材料会有利于紫外及蓝光发射器件的制作。由于具有完整的晶格匹配，ZnO同质外延在许多方面具有很大的潜力：能够实现无应变、没有高缺陷的衬底-层界面、低的缺陷密度、容易控制材料的极性等。除了用于同质外延，ZnO晶体

纳米氧化锌的研究进展

收稿日期:2002209212;修回日期:2002211205　3通讯联系人 文章编号:100421656(2003)0520601206 纳米氧化锌的研究进展 辛显双,周百斌3,肖芝燕,徐学勤,吕树臣 (哈尔滨师范大学理化学院,黑龙江哈尔滨　150080) 摘要:本文对纳米氧化锌的制备技术进行了全面介绍并客观地指出其优缺点,概括了常用的表征方法,着重对纳米氧化锌的应用与研究前沿作了系统的阐述,并展望了纳米氧化锌的应用前景。关键词:纳米氧化锌;制备;表征;应用;展望中图分类号:O6141241 文献标识码:A 纳米ZnO 是当前应用前景较为广泛的高功 能无机材料。由于其颗粒尺寸的细微化,比表面积急剧增加,表面分子排布、电子结构和晶体结构都发生变化,具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使纳米ZnO 具有一系列优异的物理、化学、表面和界面性质,在磁、光、电、催化等方面具有一般ZnO 所无法比拟的特殊性能和用途,由它构成的二维薄膜和三维固体也不同于常规薄膜和块状固体材料[1～5]。本文对ZnO 的制备方法、结构的表征及用途进行了综述,并对纳米氧化锌的应用前景进行了展望。 1　纳米ZnO 的制备方法 纳米ZnO 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械粉碎、球磨而制得。其特点是方法简单,但产品纯度较低,颗粒分布不均匀。化学方法是从原子或分子成核,生成纳米级的超微细粒子,这里主要介绍制备纳米ZnO 的化学方法。111　固相反应法 以Na 2C O 3和ZnS O 4?7H 2O 为原材料,分别研磨,再混合研磨,进行室温固相反应[6],首先合成前驱体ZnC O 3,然后于200℃热分解,用去离子水和无水乙醇洗涤,过滤,干燥后制得纯净的ZnO 产品,粒径介于610～1217nm 。石晓波[7]等以草酸和醋酸锌为原料,用室温固相反应首先制备前驱物二水合草酸锌,然后在微波场辐射分解得到 纳米氧化锌,平均粒径约为8nm 。室温固相反应法成本低,实验设备简单,工艺流程短,操作方便。且粒度分布均匀,无团聚现象,工业化生产前景乐观。112　气相反应法 激光技术气相沉积法　这种技术的主要工艺[8]是利用激光蒸发和在扩散云室中的可控凝聚相结合,从而控制粒子的尺寸分布和化学组成。E L -shall M Samy [9]等采用激光蒸发、凝聚技术,在极短时间内使金属产生高密度蒸气,形成定向高速金属蒸气流。然后用金属蒸气与氧气反应而制备出粒径为10～20nm 的ZnO 。此种方法具有能量转换效率高、可精确控制的优点。但成本较高,产率低,难以实现工业化生产。 喷雾热解法　喷雾热解法是将锌盐的水溶液经雾化为气溶胶液滴,再经蒸发、干燥、热解、烧结等过程得到产物粒子。Y un Chankang [10]等用此技术合成了纯度较高的纳米ZnO 。该法过程简单,粒度和组成均匀,但粒径较大。113　液相反应法 直接沉淀法　直接沉淀法是以可溶性锌盐与沉淀剂(如NH 3?H 2O ,(NH 4)2C O 3,NaOH 等)直接沉淀后,经过滤、洗涤、干燥、焙烧得纳米ZnO 。靳建华[11]等用直接沉淀法在无水介质所得的纳米ZnO 粒径为6～17nm 。直接沉淀法操作简单易行,对设备、技术要求不高,且成本低,产品纯度高。但由于此反应是沉淀剂与反应物直接接触而沉淀,因此会造成局部浓度不均匀、分散性较差及 第15卷第5期2003年10月 化学研究与应用Chemical Research and Application V ol.15,N o.5 Oct.,2003

纳米氧化锌的综述

纳米ZnO的制备综述 纳米ZnO的制备综述 引言：纳米ZnO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 1~100纳米，又称为超微细ZnO。由于颗粒尺寸的细微化，比表面积急剧增加，使得纳米ZnO产生了其本体块状材料所不具备的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。因而，纳米ZnO在磁、光、电、化学、物理学、敏感性等方面具有一般ZnO产品无法比拟的特殊性能和新用途，在橡胶、涂料、油墨、颜填料、催化剂、高档化妆品以及医药等领域展示出广阔的应用前景。 关键字：纳米ZnO 性质制备应用 一．纳米ZnO的性能表征 纳米级ZnO的突出特点在于产品粒子为纳米级，同时具有纳米材料和传统ZnO的双重特性。与传统ZnO产品相比，其比表面积大、化学活性高，产品细度、化学纯度和粒子形状可以根据需要进行调整，并且具有光化学效应和较好的遮蔽紫外线性能，其紫外线遮蔽率高达98%；同时，它还具有抗菌抑菌、祛味防酶等

一系列独特性能。 纳米ZnO粒子为球形，粒径分布均匀，平均粒径20~30纳米，所有粒子的粒径均在50纳米以下。纳米ZnO粉体的BET比表面积在35m2/g以上。此外，通过调整制备工艺参数，还可以生产出棒状纳米ZnO。本产品经中国科学院微生物研究所检测鉴定，结果表明，在丰富细菌培养基中，加入0.5%~1%的纳米ZnO，可有效抑制大肠杆菌的生长，抑菌率达99.9%以上。 由于纳米ZnO具有比表面积大和比表面能大等特点，自身易团聚；另一方面，纳米ZnO表面极性较强，在有机介质中不易均匀分散，这就极大地限制了其纳米效应的发挥。因此对纳米ZnO粉体进行分散和表面改性成为纳米材料在基体中应用前必要的处理手段。 二、纳米ZnO的制备方法 制备纳米ZnO材料的方法按物质的原始状态分为固相法、液相法、气相法3类。 2.1 固相法： 固相法是按照一定比例混合金属盐或金属氧化物，并研磨煅烧，使其发生固相反应而直接得到纳米粉末。 （1）将摩尔比1：1的Zn(NO 3) 2 ·6H 2 O和Na 2 CO 3 分别研磨10min，然后再混合研磨 20min，分别用去离子水和乙醇洗涤，80℃下干燥4h，待冷却后研细再置于马弗炉中，加热升温至400℃并保温3h，得到浅黄色纳米ZnO。或将硫酸锌和氢氧化钠按照摩尔比1：2的量置于研钵中，并向其中加入NaCl，研磨40min，完全反应后分别使用蒸馏水和乙醇洗涤2～3次，室温下干燥，得到纳米ZnO样品。 （2）沉淀法 将ZnSO 4 配制成浓度为1．5mol/L的溶液，加热至30～80℃，然后在搅拌下慢 慢滴加l：lNH 3·H 2 O使之生成Zn(OH) 2 胶体，搅拌、陈化。将配制好的(NH 3 ) 2 CO 3 ， (0.5mol/L)溶液慢慢加人到Zn(OH) 2 胶体中不断搅拌，滴加完后继续搅拌反应， 过滤，用去离子水洗涤至无SO 42-(0.1mol/L 的BaCl 2 溶液检定无白色BaSO 4 沉 淀)．将滤饼于100℃下烘干即得到前驱体。将前驱体置于马福炉中，以2℃·min-1的升温速率分别在300℃、400℃、500℃条件下分解，自然冷却，即得到ZnO样品。 2.2 气相法： 气相法是指用气体或将初始原料气态化，从而使其在气态条件下直接产生物理或化学反应，然后经冷却而凝聚为纳米微粒。气相法又可以分为化学气相氧化法、气相反应合成法、化学气相沉积法以及喷雾热分解法等。 （1）化学气相氧化法 化学气相氧化法是指将金属单质或金属化合物蒸发，在气相中被氧化而产生金属氧化物，经冷却后金属氧化物蒸气凝聚为纳米微粒。纳米ZnO粉体的合成是通过单质Zn蒸气在O 2 氛围中被氧化而得到。以高化学纯Zn粉作为原材料，在真空室内采用感应加热的方法将Zn粉原材料融化，原子化的Zn将在水冷壁上凝结为Zn 纳米颗粒，用2kW 级连续CO 2 激光器以输出功率600W进行照射，同时在激光照射过程中，向真空室内引入0.8～1.2kP的空气即可得到ZnO纳米颗粒。

一维纳米氧化锌的研究

摘要：本文分析一维纳米氧化锌的发展现状，并对制备方法进行了简单介绍，总结并讨论了纳米氧化锌当前的任务和前景。 关键词：纳米氧化锌；制备；现状；任务 一、引言 准一维纳米材料由于量子尺寸效应具有许多特异的物理、化学特性，是研究电子传输行为、光学特性和力学性能等物理性质的尺寸的理想系统，在构建纳米电子和光学器件方面具有很大的应用潜力，近年来受到广泛的关注。[1]一维纳米氧化锌特有的量子尺寸效应、界面效应和耦合效应，使其在紫外激光器、光波导器件、发光元件、表面声波元件、太阳能电池窗口材料、压敏电阻及气体传感器等方面有着广泛的用途，被称为“第三代半导体材料”。把锌粉原料加入到高频常压热等离子体弧中，使锌粉加热气化，然后与加入等离子体反应器中的氧气反应，合成出了直径为50nm、长度超过2μm的一维棒状纳米氧化锌。研究了氧分压和锌粉加料速度对合成产物形貌的影响，结果表明，通过控制这些参数，可以调控合成的氧化锌纳米棒长径比。采用xrd、sem、tem和hrtem对产物的形貌和结构进行了表征，并表征了合成的氧化锌纳米棒的光致发光性能。 二、纳米氧化锌的国内外研究与发展 （一）纳米氧化锌的发展情况。zno是ⅱ-ⅵ族半导体，在室温下其能隙为3.36ev，因其具有良好的光学、电学性质及强化学稳定性和高熔点，广泛应用于各种光电学系统，如光散射仪器、光探测器、场致发光仪器、非线性光学仪器、透明传导层、太阳能电池、表面声波仪器、体声波仪器等，因此在信息及军事等领域有重要用途。 纳米材料的制备在当前材料科学研究中占据极为重要的位置，新的制备工艺和过程的研究对纳米材料的微观结构和性能具有重要的影响[2]。纳米zno的制造过程必须解决一些关键技术问题，主要有：尺寸、形貌和分布的控制；团聚体的控制与分散；表面的形态、缺陷、粗糙度、成分的控制，包括表面修饰和包覆；化学组分和微观结构的均匀性控制；纯度的控制；工艺稳定性、质量可重复性的控制；纳米材料的稳定性及保存、运输技术；所需的设备和方法要尽可能结构简单、易于操作。 （二）一维纳米氧化锌的现状与分析。因特殊的量子尺寸效应、界面和量子限制效应，纳米尺度zno具有许多新奇的光、电以及力学特性，更适宜应用于室温紫外发光、激光材料和光电子器件，对新型传感器、存储器件和场效应晶体管等开发研究也有重要的研究价值。纳米zno有很强的自组织生长能力，在稳定的制备条件下，其分子间相互作用相当明显，分子能严格按晶格排列外延生长，形成配比完整、成分单一的结构。利用纳米zno的这种自组织行为可以获得许多形态各异、有特殊用途的功能材料。随着zno制备技术的同趋完善，时常有特殊形态的zno纳米结构及纳米器件的报道，最典型和重要的的几种 zno纳米形态有：纳米线、纳米棒、纳米带、纳米针、螺旋纳米结构和纳米环等。 中科院力学所科研人员利用气相沉积的方法成功合成了多种形貌的微纳米氧化锌材料，比如纳米线、纳米棒、纳米锥、四足纳米氧化锌等，还实现了纳米氧化锌在碳纳米管上的直接生长，并制备出多种独特形貌的氧化锌微纳米材料，通过这种方法合成出来的材料具有很强的发光性能和催化活性。氧化锌分为零维的、一维的。 （1）零维的。用沉淀法制备了纳米zno，通过反应条件和工艺参数的控制得到了几种不同粒径分布范围的纳米级zno粉体，用afm和xrd方法对纳米zno样品进行了表征，并着重研究了这些不同粒径分布的粉体在红外、紫外-可见光波段的吸收性能，且与普通zno进行了对比.结果表明：纳米zno在紫外有强的宽带吸收，对紫外光的吸收能力远远强于普通zno，且随着波长的减小，吸收峰不断增大，随着纳米zno粒径的减小，其吸收带边向短波方向移动产生蓝移现象；在可见光区，纳米zno比普通zno对可见光的吸收较弱，有很好的透过率；

纳米材料氧化锌的制备与应用

纳米材料氧化锌的制备与应用 摘要：目的介绍纳米氧化锌的制备方法及其性能应用新进展。方法对近年来关于纳米氧化锌的制备方法及其性能应用的相关文献进行系统性查阅,对其制备方法的优缺点进行分析,并对纳米氧化锌的几种应用、生产提出了展望。结果氧化锌是一种高效、无毒性、价格低廉的重要光催化剂。结论随着环境污染的日益 它具有小尺寸效应、表面与界面效应、宏观量子隧道效应、量子尺寸效应等宏观材料所不具备的特殊的性能,使其在力学、磁学、热力学光学、催化、生物活性等方面表现出许多奇异的物理和化学性能,在生物、化工、医药、催化、信息技术、环境科学等领域发挥着重要作用。 纳米ZnO 由于粒子尺寸小,比表面大,具有表面效应、量子尺寸效应等,表现出许多优于普通氧化锌的特殊性能,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,在橡胶、陶瓷、日用化工、涂料、磁性材料等方面具有广泛的用途,可以制造气体传感器、荧光体、紫外线遮蔽材料、变阻器、图像记录材料、压敏材料、压电材料、高效催化剂等,备受人们重视 1纳米氧化锌的主要制备技术及特点 纳米ZnO 的制备方法有多种,可分为物理法和化学法。物理方法有熔融骤冷、溅射沉积、重离子轰击和机械粉碎等,但因所需设备相对昂贵,并且得到粉体的粒径大等局限,应用范围相对狭小。在工业生产和研究领域常用的方法为化学法,包括固相法、液相法和气相法。液相法由于制备形式的多样性、操作简便、粒度可控等特点而备受关注 液相法 直接沉淀法 在锌的可溶性盐溶液中加入一种沉淀剂(如Na2CO3 、NH3·H2O、(NH4) 2C2O4 等) ,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,然后再通过加热分解的方式制得氧化锌粉体。此法的操作较为简单易行,对设备要求不高,成本较低,但粒径分布较宽,分散性差,洗除阴离子较为困难。 固相法 固相化学反应法 固相法制备纳米氧化锌的原理是将两种物质分别研磨、混合后,再充分研磨得到前驱物,加热分解得纳米氧化锌粉体。无需溶剂、转化率高、工艺简单、能耗低、反应条件易掌握的优点,但是反应过程往往进行不完全或者过程中可能出现液化现象。 均匀沉淀法 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,加入的沉淀剂通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢地生成。均匀沉淀法得到的微粒粒径分布较窄,分散性好,工业化前景好。

ZnO纳米线纳米片及其应用

ZnO 纳米结构及其应用 ZnO 是一种II-VI 族宽带隙的半导体材料,相对分子质量为81.37,密度为5.67g/cm 3。ZnO 为纤锌矿的六方晶体结构,晶格点阵常数为a=0.32nm ，c=0.52nm 。直接禁带宽度E g =3.37eV ，激子结合能E b =60meV 。 ZnO 纳米结构很多，有纳米线(棒)，纳米片，纳米带，纳米环等。以一维纳米线（棒）最为常见。 ZnO 纳米线(棒)[1][1]M. Law, L. E. Greene, J. C. Johnson, R. Saykally, and P . D. Yang, Nat. Mater., 4, 455–9 (2005). [2]Zhihong Jing;Jinhua Zhan. Adv. Mater. 2008, 20, 4547–4551 [3]J.G. Wen et al. / Chemical Physics Letters 372 (2003) 717–722 ZnO 纳米片 [2]ZnO 纳米带[3]

ZnO 纳米线的应用 ?光电探测器 ?发光二极管 ?场效应晶体管 ?染料敏化太阳能电池（DSSC）?纳米电动机

光电探测器 光电探测器是指能把光辐射能量转换为一种便于测量的物理量的器件。主要性能参数： a.响应度：单位入射光功率与所产生的平均光电流比，单位为A/W。 S =I ph /P opt b.光开关比(on/off ratio)： on-off ratio=(I light －I dark )/I dark 其中，I light 和I dark 分别为光照射时产生的电流和无光照射时的电流（暗电流） c.恢复时间(recovery time)：撤掉光源时，电流降到暗电流所用的时间。 几种ZnO纳米线基光电探测器及其性能参数： 1.ZnO纳米线担载Au颗粒型[1]： on/off ratio:5×106,recovery time:10 s(λ=350 nm, Power density=1.3 mW/cm2) 2.ZnO 纳米线两端与金属形成肖特基势垒型[2]： on/off ratio:4×105, sensitivity:2.6×103A/W,recovery time:0.28 s(365 nm UV light with intensity 7.6 mW/cm2) 3.graphene/ZnO NW/graphene结构型[3]： on/off ratio:8×102, recovery time:0.5 s(325 nm UV laser with a power density of 100μW/μm2 and at a bias of 2V) [1]Liu et al.,J. Phys. Chem. C 2010, 114, 19835–19839 [2]Cheng et al.,Appl. Phys. Lett. 99, 203105 (2011) [3]Fu et al.,Appl. Phys. Lett. 100, 223114 (2012)

纳米氧化锌的表面改性

文章编号:1005-7854(2004)02-0050-03 纳米氧化锌的表面改性 马正先 1,2 ,韩跃新2,印万忠2,王泽红2,袁致涛2,于富家2,马云东 3 (11济南大学,济南250022;21东北大学,沈阳110004;31辽宁工程技术大学,阜新123000) 摘 要:在新开发的纳米氧化锌应用中,大多是将氧化锌直接混入有机物中,而把氧化锌直接添加到 有机物中有相当大的困难,因此必须对纳米氧化锌进行表面改性。以自制纳米氧化锌为原料,采用钛酸酯偶联剂为改性剂对其进行了表面改性处理。试验发现,改性剂用量是影响改性效果的最重要影响因素,且其用量远远超出普通粉体用量,最后找出了最佳改性条件。借助于T EM 、IR 等测试手段,对纳米氧化锌粉体改性前后的变化进行了表征与分析。试验结果表明,最佳改性条件为:改性剂用量为40%,改性时间约为30min 。 关键词:纳米氧化锌;表面改性;红外光谱;钛酸酯偶联剂中图分类号:TB383 文献标识码:A SU RFACE M ODIFICA T ION OF N ANOM ET ER -SIZED ZINC OXIDE MA Zheng -x ian 1,2,HAN Yue -x in 2,YIN Wan -z hong 2,WANG Ze -hong 2, Y UAN Zhi -tao 2,Y U Fu -j ia 2,MA Yun -dong 3 (11Jinan University ,Jinan 250022,China;2.Northeaster n Univer sity ,Shengy ang 110004,China; 31L iaoning Technical University ,Fux in 123000,China) ABSTRAC T:In application of new ly prepared nano -sized zinc ox ide,it is directly added into organic compound mostly,w hich is difficult comparatively.So,it is indispensable that surface modification of nano -sized zinc ox ide is done.The tests on surface modification of sel-f made nano -sized zinc oxide w ere carried out w ith titanate as cou -pling agent.Results indicate that the use level of coupling agent is the most important factor to influence the modification and its dosage is w ell over that needed for common pow der.By m eans of IR and TEM ,unmodified and modified nano -sized zinc oxides are investigated and the optimal modifying conditions are the agent dosage of 40%and modifying time of about 30min. KEY WORDS:Nano -sized zinc ox ide;Surface modification;IR -spectrum ;T itanate coupling agent 收稿日期:2003-09-05 基金项目:国家自然科学基金项目(50374021) 作者简介:马正先,机械学院副教授、博士,主要从事粉体制备 与处理及其设备的研究。 1 引 言 氧化锌的用途十分广泛,主要用于橡胶、油漆、涂料、印染、玻璃、医药、化工和陶瓷等工业112。纳米氧化锌因其全新的纳米特性体现出许多新的物理化学性能,使它在众多领域表现出巨大的应用前景。纳米氧化锌除了作为微米级或亚微米级氧化锌的替 代产品外,在抗菌添加剂、防晒剂、催化剂与光催化剂、气体传感器、图像记录材料、吸波材料、导电材料、压电材料、橡胶添加剂等新的应用场合也正在或 即将投入应用12-62。在这些应用过程中,大多是与有机物相混的,而氧化锌作为无机物直接添加到有机物中有相当大的困难:1颗粒表面能高,处于热力学非稳定状态,极易聚集成团,从而影响了纳米颗粒的实际应用效果;o氧化锌表面亲水疏油,呈强极性,在有机介质中难于均匀分散,与基料之间没有结合力,易造成界面缺陷,导致材料性能下降。所以,必须对纳米氧化锌进行表面改性,以消除表面高能 第13卷 第2期2004年6月 矿 冶M INING &M ET ALLURGY Vol.13,No.2 June 2004