纳米氧化锌的制备(化工院)

材材料料化化学学专专业业材材料料制制备备与与合合成成科科研研训训练练题题目目::纳纳米米氧氧化化锌锌的的制制备备班班级级::材材化化0088--11班班姓姓名名::于于洋洋指指导导教教师师::李李丽丽波波哈哈尔尔滨滨理理工工大大学学化化学学与与环环境境工工程程学学院院22001111年年1100月月2288日日材料化学专业课程设计I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。由于其显著的面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，纳米氧化锌表现出奇异的力学、磁学、磁学、光学、热学和化学等特性，在生产和高科技领域有着广阔的应用前景。本文对纳米氧化锌的制备过程和工艺特点进行了全面的介绍并客观地指出其优缺点，着重纳米氧化锌的应用与研究前沿作了系统的阐述。材料化学专业课程设计目录摘要......................................................................................................................I第1章绪论....................................................................................................11.1氧化锌的结构...........................................................................................11.2纳米氧化锌的性质..................................................................................21.2.1表面效应...........................................................................................21.2.2体积效应...........................................................................................21.3氧化锌的性能和应用..............................................................................31.3.1化妆品及纺织品领域.........................................................................31.3.2橡胶领域.............................................................................................41.3.3催化剂行业.........................................................................................41.3.4塑料行业.............................................................................................41.4纳米氧化锌的发展现状及展望...............................................................5第2章纳米氧化锌的制备方法........................................................................72.1物理方法...................................................................................................72.2气相方法...................................................................................................82.2.1化学气相氧化法...............................................................................82.2.2激光诱导化学气相沉积法...............................................................82.3化学法.......................................................................................................82.3.1溶胶-凝胶法.....................................................................................82.3.2醇盐水解法.......................................................................................92.3.3直接沉淀法.......................................................................................92.3.4均相沉淀法.....................................................................................102.3.5微乳液法（反相胶束法）...............................................................112.3.6水热合成法.......................................................................................12第3章沉淀分解法制备纳米氧化锌..............................................................133.1实验药品、设备及工艺流程..................................................................133.2试验条件的确定及产物表征..................................................................14总结............................................................................................................15参考文献............................................................................................................16材料化学专业课程设计第1章绪论纳米氧化锌是指晶粒尺寸在1～100nm之间的氧化锌微粒，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[1]，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[2]1.1氧化锌的结构氧化锌（ZnO）晶体是纤锌矿结构，属六方晶系，为极性晶体。氧化锌晶体结构中，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，四面体的面与正极面C(00001)平行，四面体的顶角正对向负极面(0001)，晶格常数a=342pm,c=519pm,密度为5.6g/cm3，熔点为2070k,室温下的禁带宽度为3.2eV.如图1-1、图1-2所示：图1-1ZnO晶体结构在C(00001)面的投影材料化学专业课程设计-2-图1-2ZnO纤锌矿晶格图1.2纳米氧化锌的性质1.2.1表面效应表面效应[3]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1.2.2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材料化学专业课程设计-3-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。1.3氧化锌的性能和应用纳米氧化锌（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，体积效应与宏观量子隧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。与普通氧化锌相比，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，赋予氧化锌这一古老产品在众多领域表现出巨大的应用前景。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。利用氧化锌的电阻变化，可制成气体报警器，吸湿离子传导温度计;利用纳米氧化锌的紫外屏蔽能力，可制成紫外线过滤器，化妆品；以氧化锌为主体，配以Bi2O3，Pb6O11，BaO等粉末材料烧结成型，可得变阻器；利用氧化锌半导体光敏理论，纳米氧化锌可作高效光催化剂，用于降解废水中的有机污染物，净化环境等。1.3.1化妆品及纺织品领域纳米氧化锌对紫外线有较强的吸收和散射能力,可用于化妆品中屏蔽紫外线保护皮肤。此外,纳米氧化锌在阳光照射下,材料化学专业课程设计-4-能分解出自由移动的电子,同时留下带正电荷的空穴;这种空穴可以将空气中的氧变成活性氧,与大多数细菌类有机物发生氧化反应,杀死细菌。利用纳米氧化锌的这些特性对织物进行处理,可得到具有相应功能的纺织品。如日本仓螺公司利用纳米ZnO开发出了一种具有屏蔽紫外线、抗菌、消毒、除臭功能的纤维,可用于制造手术服、护士服、内衣、遮阳伞、夏日装、运动服等。1.3.2橡胶领域纳米氧化锌可作为活化剂、硫化剂、补强剂改性橡胶,并可作为静电屏蔽材料、防日光老化材料、光致发光材料用于生产具有相应功能的新型橡胶制品。使用纳米氧化锌的胶料,不仅能够使混炼胶混炼均匀,混炼时间缩短,工作效率提高,而且能够改善胶料的加工安全性,提高橡胶的力学性能及与骨架材料的粘合性能,从而进一步提高产品内在质量、延长产品使用寿命[3].1.3.3催化剂行业纳米氧化锌粒径小,比表面积大,表面活性高;另外纳米粒子生成的电子、空穴在到达表面之前,大部分不会重新结合,能够