一维氧化锌纳米材料

一维氧化锌纳米材料

摘要：

一维氧化锌纳米材料是纳米尺寸低于100nm并且空间有两维为纳米尺度的ZnO纳米材料，一维ZnO纳米材料包括纳米棒，纳米线，纳米管，纳米颗粒等，制备一维ZnO纳米材料有多种方法。根据制备相的状态分类可分为气相法，液相法，固相法。本文主要从液相法来制备纳米棒和纳米颗粒。

关键词：一维氧化锌纳米颗粒，纳米棒，溶液沉淀法，水热分解法，模板法

前言：

纳米通常是按照物质尺寸的大小来说，当细小微粒的尺寸在0.1微米（100纳米）以下通常会产生物理与化学性质显著变化的。纳米技术是在0.1~100纳米尺度范围内研究物质(原子、分子)的特性和相互作用，纳米技术表明其研究对象将由宏观向微观，大尺寸向小尺寸，微米向纳米层次的发展。现研究结果表明当物质的尺寸达到纳米层次时，物质将表现出许多特殊的物理、化学和生物等性质，这些性质不同于物质在宏观状态时所体现出来的性质，这些纳米级的特殊性质将用运于新兴的高科技产业。

近年来随着纳米技术的发展，一维半导体材料如纳米线、纳米棒、纳米环等由于其独特的物理、化学和生物特性而受到广泛的关注。在国外，Kong和wang 用vs机理制得ZnO纳米带，纯的Zno粉末在1350oC下蒸发3Omin，通入流量为25secm的Ar，25OTorr的气压。在400一500oC的氧化铝衬底上收集到ZnO纳米带。国内的张立德小组制得多晶ZnO纳米线。黄运华等报道了一种低温无催化剂制备ZnO纳米带的新方法，该法在600℃时蒸发纯金属锌粉，在硅基片上沉积可得到ZnO纳米带和齿状纳米带。俞大鹏小组制备出具有单一晶体结构的ZnO纳米线，发现其具有较好的室温紫外发光性能。李琳所作硕士学位论文溶液法生长氧化锌纳米线的机制研究对于种子法制备氧化锌薄膜有着很好的研究。目前"已通过各种方法制备出了多种形貌的ZnO纳米结构(其中"一维ZnO纳米棒具有独特的光学，电学和声学等性质"使其在太阳能电池，表面声波，压电材料，紫外线掩码，气体传感器，生物传感器等领域拥有广阔的应用前景.

一，液相反应法

1 溶液沉淀法

沉淀法（precipitation）是目前液相合成ZnONM最普遍的方法，反应过程简单，成本低。它利用各种在水中溶解的物质，经反应生成不溶性氢氧化物，碳酸盐，草酸盐等沉淀物，通过加热分解等方法，得到最终产物。根据沉淀机理的不同，又可分为直接沉淀法，均匀沉淀法和配位均匀沉淀法。

直接沉淀法是在可溶性锌盐溶液中缓慢加入沉淀剂，当溶液离子的溶度积超过沉淀化合物的溶度积时沉淀从溶液中析出。沉淀经过滤除阴离子，干燥，灼烧

得到氧化锌纳米粒子。常见的沉淀剂为氨水，碳酸铵，草酸铵[（NH4)2C2O4].使用

的沉淀剂不同，则反应机理，沉淀产物和灼烧温度也不同。以草酸铵作沉淀剂为

列的反应方程式如下：

Zn2++(NH4)2C2O4+2H2O=ZnC2O4+2H2O↓+2NH4+ (700℃)

ZnC2O4·2H2O=ZnC2O4(S)+2H2O↑(200℃)

znC2O4=ZnO(S)+CO2↑+CO↑(400-500℃)

成核和生长是纳米颗粒制备过程中两个关键步骤，决定产物颗粒的大小。反

应时间，反应物的浓度和配比等条件对晶核生长和晶核生长速率都有影响。

直接沉淀法具有工艺简单，操作方便，对设备要求不高，产品纯度高，成本低，

容易批量生产等优点，是工业生产的首选方法。但由于反应中沉淀剂与反应物直

接接触而沉淀，容易引起局部浓度过高而具有产物粒度分布不均匀，分散性较差，

洗涤原溶液中的阴离子较困难等缺点。

均匀沉淀法是利用是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子逐步，均匀地产

生出来，使纳米颗粒缓慢均匀地生长。常用的均匀沉淀剂有尿素[CO（NH2）2]

和六亚甲基四铵[（CH2）6N4].均匀沉淀法生产ZnONM在我国已经实现了工艺化，

是用尿素作为沉淀剂，沉淀可溶性锌盐，然后高温分解制得。以下是其反应机理： CO(NH2)2+H2O=CO2↑+2NH3·H2O

Zn2+ +2NH3·H2O=Zn(OH)2↓+2NH4+

Zn(OH)2=ZnO(s)+H2O↑

由于构晶离子过饱和，而在溶液中比较均匀，此法获得的纳米颗粒均匀而致

密。控制老化时间以及焙烧过程，可制得符合各种应用研究需求的纳米产品。均

匀沉淀法克服了直接沉淀法中反应物混合不均匀，反应速度不可控的问题，得到

的产品粒度，分子形貌和化学组成都比较均一，只是阴离子的清除困难。采用强

碱性阴离子交换树脂为沉淀剂，就可在生成沉淀的同时将阴离子交换到树脂上，

解决清除阴离子的问题，从而让该法具有良好的应用前景。该法其他不足包括反

应耗时长，沉淀剂用量大，产率相对较低。另外，由于氢氧化锌属于两性化合物，

必须将PH维持在狭小的范围内。

2.水热反应法：

水热反应法（hydrothermal reaction）指在一定温度和压力的条件下，利

用水溶液中物质的化学反应制备纳米材料的方法。在水热条件下，水可作为一种

化学组分起作用并参与反应，既是溶剂又是矿化剂，同时还是压力的传递介质。

在高压下，绝大多数反应物均能部分熔解与水，促使反应在液相或气相中进行。

水热法（高温水解法）合成ZnONP通常是将反应前驱物可溶锌盐溶液和碱液分置

于管状高压釜中，在高温（100-300℃）高压（20MPa左右）下，将锌盐和碱液

迅速混合进行反应，获得纳米棒。由于反应在高温高压下进行，水处于临界状态，

反应物质在水中的物性与化学反应性能发生了很大变化，因而不同与一般制备方

法。该法实际上是将可溶性锌盐和碱液混合形成氢氧化锌的沉淀反应与氢氧化锌脱水生成ZnO的脱水反应融合在同一反应容器内完成，得到结晶完好的ZnO纳米棒。下图是在Au覆盖的玻璃衬底上ZnO纳米棒的SEM照片。

水热法制备纳米棒比以前的纳米棒的尺寸要小，显示出明显的量子尺寸效应，是一种很有发展前途的方法。缺点在于反应容器要求高，设备昂贵。

3.模板法

模板法是合成一维纳米材料的一项有效技术，具有良好的可控制性，可利用其空间限制作用和模板剂的调试作用对合成材料的大小(形貌(结构和排布等进行控制。淀法(溶胶,凝胶法和气相沉淀法等技术使物质原子或离子沉淀在模板的孔壁上，形成所需的纳米结构。模板合成法制备纳米结构材料具有以下特点).（1）所用膜容易制备，合成方法简单（2）由于膜孔孔径大小一致.制备的材料同样具有孔径相同，单分散的结构（3）在膜孔中形成的纳米材料容易从模板分离出来。TaK在在氨水溶液中(硅模板上制备高度取向的ZnO纳米棒.通过热蒸发,很薄的锌金属沉积在硅模板上,沉积层厚度约为40nm将温度控制在60-90℃即有结构均一的ZnO纳米棒生成,生长时间平均为6h.如下图：

WU也用模板法制备了高度取向的ZnO纳米棒.直径为60-80nm长度450-500nm 室温下在386nm附近有很强UV发射吸收.PL和Patnan光谱表明该ZnO纳米棒中有很低的氧空位.Jic等将高纯的ZnO粉末(99.9%)和石墨粉混合置于封闭的石英管中%然后在距蒸发源8cm处放置多孔氧化铝模板PAO再将石英管置于管炉内1150℃反应10min模板的上部和下部均有纳米棒生成.上部棒的直径为400-450nm,下部棒的直径为50-280nmZnO材料棒长度分布均匀,为六角晶系,沿C 轴方向生长，在室温下有很强的380nm紫外光发射和较微弱的520nm深能级绿光发射.

Ajayan等最早报道碳纳米管（CNTs）作为可移去的模板来制备金属氧化物纳米材料,以（CNTs）为模板制备氧化物纳米棒有两种可能机制)一种是氧化物包覆的（CNTs）在加热时有CO/C02产生.氧原子来源于金属氧化物%余留的金属或亚氧化物可能被再氧化,并经历重结晶过程,晶粒聚集成棒状:另一种是在（CNTs）加热时,氧化物前驱物原位分解产生晶体,前驱物分解过程中产生H2O和CO2,在气体的传输带动下,晶粒聚集生长成棒状.kit-等通过有氧条件下热处理多壁碳纳米管MWNTs和Zn的混合物而在MWNTs表层获得ZnO纳米棒,相信随着对（CNTs）研究的进一步深入,利用其特有的一维尺度作模板来合成纳米棒将具有更大的潜力.

一维ZnO纳米材料其余的方法：

气相沉积法：简单蒸气反应沉积法，碳热还原反应，脉冲激光沉积，分子束外延法，射频磁控溅射法。

液相反应法：溶胶-凝胶法，电化学沉积法。

固态反应法

三：一维ZnO纳米材料的特殊效应和前景

一维ZnO纳米材料由于尺寸低于100nm，所以它与传统的ZnO材料具有更多的特殊效应。

1 纳米氧化锌的特殊效应

A:量子效应

当纳米材料的尺寸下降到一定程度时，其费米能级附近的电子能级有准连续转变为分立的现象，以及纳米半导体微粒存在不连续的被占据的最高分子轨道和未被占据的最低分子轨道能级，同时能隙变宽的现象。

当纳米材料能级间距分裂大于热能，磁能，静磁能，静电能，光子能量或超导态的凝聚时，就要考虑量子尺寸效应，就会导致材料的光，磁，热，电，催化以及超导特性与常规尺寸材料有显著的不同。

B:小尺寸效应：

随着尺寸的量变渐渐达到纳米级时在一定临界条件下会引起性质的改变。

C:表面效应：

颗粒尺寸减少到100nm以下，纳米颗粒的表面比急剧增加，由此引起颗粒性质上的变化。

由于一维纳米ZnO材料具有量子效应，小尺寸效应，表面效应等特殊效应，所以它的应用广泛：在橡胶工业中，ZnO是必不可少的添加剂；ZnO纳米材料是一种广泛应用的物理防晒剂，其防晒作用主要通过散射实现，并且服从Rayleigh 散射定律；在涂料工业中，ZnO除了具有着色力和覆盖力外，又是防腐剂和发光剂……

图4：纳米ZnO在涂料应用的电镜图

2 纳米氧化锌的应用

（1）光电材料方面的应用

如今 ZnO纳米线已是制作纳米尺寸激光二级管、光电转发器、压电材料、传感器、紫外光发射器件等的理想材料。美国加利福尼亚大学的杨培东研究组于 2001年用气相输运方法 (通过催化外延生长方法 )制备出 ZnO一维纳米线阵列 ,并在室温下获得光泵紫外激光,这是最早的纳米激光器 ,可发射紫外光 ,经过调整后还能发射从蓝色到深紫外的光。但美中不足的是 ,只有用另一束激光将纳米线中的氧化锌晶体激活时 ,氧化锌晶体才会发射出激光。因此 ,新型纳米激光器的技术关键就在于 ,它具备电子自动开关的性能,无需借助外力激活。由于光纤激光技术目前广泛应用信息通讯领域 ,这一新的技术成果无疑会使纳米激光器的实用性大为增强;另外 ,通过在单根 ZnO纳米线上实现 p - n结的制备 ,有可能制备出单根纳米线电注入紫外或蓝色激光器,如此微小的纳米激光器 ,将在纳米光电子器件和微分析器件方面有潜在应用价值。一维氧化锌纳米结构具有高效、低电压磷光性,因此可用作低电压平板显示器的发光材料,可用于场发射显示器和平板显示器等工业领域。而且它作为可以替代碳纳米管 (CNT)的阴极材料在场发射显示器(FED)领域具有较好的应用前景。

（2）传感器方面的应用

ZnO纳米具有高比表面积、高活性和极微小性 ,对外界环境 (如温度、光、湿气等 ) 十分敏感 ,是很好的气敏材料 ,经掺杂后对有害气体、可燃气体、有机气体等有很好的探测敏感性 ,并具有响应速度快、灵敏度高、选择性优良等特点,现成为非常有发展前途的传感器方面的材料。目前 ,已用其制成了气体报警器和湿度计等。Hsueh等利用自催化气-液-固机理于蒸镀了 ZnO /Ga的玻璃模板上自制出垂直有序的 ZnO纳米线 ,并以此制备出酒精气敏传感器。此传感器具有较高的灵敏度和稳定性 ,而且随着酒精浓度和操作环境温度的增加其响应也随之增加。此方法操作简单 ,成本低廉 ,易用于实际生产中。ZnO纳米线作为一种生物材料 ,具有无毒和生物相容性 ,可以无需进行涂层处理直接应用于生物医学中。基于这些优点 , ZnO纳米线在微型光电装置和生物科技应用方面是一种极为重要的纳米材料 ,成为了众多领域研究的热点。同样 ,ZnO纳米线以它优良的生物亲和性 ,在生物分子的固定及构建生物传感器方面也有广泛的应用。

（3）发光二极管

发光二极管是一种注入型的电致发光半导体器件，它是一种新型光源，具有效率高、寿命长、不宜破损等优点，其原理是依靠电子在能级问辐射跃迁产生光，发光波长主要由材料的禁带宽度及相关杂质能级决定。ZnO具有优异的光电性能，并且能够实现生产高质量大尺寸单晶ZnO，并且ZnO材料来源广泛，廉价易得，故ZnO已经成为实现商业化的光电材料。Konenkamp等人利用P掺杂的PEDOT／PSS作为空穴传输层与ZnO纳米棒复合制作发光二极管，启动电压为5～7V，在390nm处出现了激子发光，500—1000nm处出现了可见发光。

本图：供用化妆品专业纳米氧化锌液体

结论

作为一种新型半导体材料，一维ZnO纳米材料的优异特性将会被逐渐认识。应用市场的需求也会随之增多，但已有ZnO纳米材料的制备方法成本较高，或工艺复杂，工业化难度较大。另外，针对ZnO纳米材料的结构和应用性能的相关性研究尚不深入。因此，后续研究应着重开发简单高效’易于工业化的ZnO纳米棒制备技术，深入研究材料结构对其光’电’磁’声等性能的影响，并加强材料应用技术研究，以期在高性能太阳能电池’光致发光器件’气体传感器和生物传感

器等终端产品中充分发挥材料的纳米尺寸效应。

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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

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.wendangku.net/doc/ea9447662.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。

三维纳米材料制备技术综述

三维纳米材料制备技术综述 摘要：纳米材料的制备方法甚多。目前，制备纳米材料中最基本的原则有二：一是将大块固体分裂成纳米微粒；二是由单个基本微粒聚集，并控制聚集微粒的生长，使其维持在纳米尺寸。本文主要介绍纳米材料分类和性能，同时介绍了一些三维纳米材料的制备方法，如水热法、溶剂热法和微乳液法。 关键词：纳米材料；纳米器件；纳米阵列；水热法；溶剂热法；微乳液法 1.引言 随着信息科学技术的飞速发展，人们对物质世界认识随之也从宏观转移到了微观，也就是说从宏观的块体材料转移到了微观的纳米材料。所谓纳米材料，是材料尺寸在三维空间中，至少有一个维度处于纳米尺度范围的材料。如果按照维度的数量来划分，纳米材料的的种类基本可以分为四类：（1）零维，指在空间中三维都处在纳米尺度，如量子点，尺度在纳米级的颗粒等；（2）—维，指在空间中两个维度处于纳米尺度，还有一个处于宏观尺度的结构，例如纳米棒、纳米线、纳米管等；（3）二维，是指在空间中只有一个维度处于纳米尺度，其它两个维度具有宏观尺度的材料，典型的二维纳米材料具有层状结构，如多层膜结构、一维超晶格结构等；（4）三维，即在空间中三维都属于宏观尺度的纳米材料，如纳米花、纳米球等各种形貌[1]。 当物质进入纳米级别，其在催化、光、电和热力学等方面都出现特异性，这种现象被称为“纳米效应”。纳米材料具有普通材料所不具备的3大效应：（1）小尺寸效应——其光吸收、电磁、化学活性、催化等性质发生很大变化；（2）表面效应——在催化、吸附等方面具有常规材料无法比拟的优越性；（3）宏观量子隧道效应，例如纳米微粒表现出令人难以置信的奇特的宏观物理特性，如高强度和高韧性，高热膨胀系数、高比热容和低熔点，异常的导电率和磁化率，极强的吸波性,高扩散性，以及高的物理、化学和生物活性等[2]。 纳米科学发展前期，人们更多关注于一维纳米材料，并研究其基本性能。随着纳米科学快速发展，当今研究热点开始转向以微纳结构和纳米结构器件为方向的对纳米阵列组装体系的研究。以特定尺寸和形貌的一维纳米材料为基本单元，采用物理和化学的方法在两维或三维空间内构筑纳米体系，可得到包括纳米阵

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

纳米材料的制备技术及其特点

纳米材料的制备技术及其特点 一纳米材料的性能 广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。 二纳米材料的制备方法

纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法 物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。 粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。 惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。 溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。 等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中

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

一维纳米材料的制备概述

学年论文 ` 题目：一维纳米材料的制备方法概述 学院：化学学院 专业年级：材料化学2011级 学生姓名：龚佩斯学号：20110513457 指导教师：周晴职称：助教

2015年3月26日 成绩 一维纳米材料制备方法概述 --气相法、液相法、模板法制备一维纳米材料 材料化学专业2011级龚佩斯 指导教师周晴 摘要：一维纳米材料碳纳米棒、碳纳米线等因其独特的用途成为国内外材料科学家的研究热点。然而关于如何制备出高性能的一维纳米材料正是各国科学家所探究的问题。本文概述了一维纳米材料的制备方法：气相法、液相法、模板法等。 关键词：一维纳米材料；制备方法；气相法；液相法；模板法 Abstract: the nanoscale materials such as carbon nanorods and carbon nanowires have become the focus of intensive research owing to their unique applications. but the question that how to make up highqulity one-dimentional nanostructure is discussing by Scientists all around the world. This parper has reviewed the preparation of one dimention nanomaterials ,such as vapor-state method, liqulid -state method ，template method and so on. Key words: one-dimention nanomaterials ; preparatinal method ; vapor-state method liqulid-state method ; template method 纳米材料是基本结构单元在1nm ~100nm之间的材料，按其尺度分类包括零维、一维、二维纳米材料。自80年代以来，零维纳米材料不论在理论上和实践中均取得了很大的进展；二维纳米材料在微型传感器中也早有应用。[1]一维纳米材料因其特殊的结构效应在介观物理、纳米级结构方面具有广阔的应用前景，它的制备研究为器件的微型化提供了材料基础。本文主要概述了近年来文献关于一维纳米材料的制备方法。 1 一维纳米材料的制备方法 近几年来，文献报导了制备一维纳米材料的多种方法，如溶胶-凝胶法、气相-溶液-固相法、声波降解法、溶剂热法、模板法、化学气相沉积法等。然而不同制备方法的纳米晶体生长机制各异。本文按不同生长机制分类概述，主要介绍气相法、液相法、模板法三大类制备方法。 1.1 气相法 在合成一维纳米结构时,气相合成可能是用得最多的方法。气相法中的主要机

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。

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