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纳米氧化锌的形貌控制合成及性能研究·李超讲述.doc 15页
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纳米氧化锌的形貌控制合成及性能研究·李超讲述
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本 科 生 毕 业 设 计 (论 文)
题目：纳米氧化锌的形貌控制合成及性能研究
教学单位 化学与环境保护工程学院
化学工程与工艺
2016年 3月30日
ABSTRACT 2
2 纳米材料概述 3
3 纳米氧化锌的制备方法 3
3.1物理法 4
3.2.1磁控溅射 4
3.1.2分子束外延 4
3.1.3激光脉冲沉积法 4
3.2化学法 5
3.2.1水热法以及水解法 5
3.2.2溶胶-凝胶法 5
3.2.3直接沉淀法 5
3.2.4均匀沉淀法 6
4. 纳米氧化锌形貌特征控制及影响因素 7
4.1 纳米氧化锌粉体的制备过程 7
花状纳米氧化锌的制备 7
片状纳米氧化锌粉体的制备 8
4.4.1锌盐类别 8
4.4.2溶剂对其影响 8
4.4.3柠檬酸 9
4.4.4表面活性剂种类 9
5 纳米氧化锌的性能 10
5.1抗菌性能 10
5.1.2抗菌性能应用 10
5.2光催化性能 10
5.2.1光催化性能机制 10
5.2.2光催化性能的应用 11
5.3电学性能 11
5.3.1电学性能机制 11
5.3.2电学性能应用 11
7参考文献 11
纳米氧化锌的形貌控制合成及性能研究
专业：化学工程与工艺
指导老师：夏
摘要：纳米氧化锌是一种具有多功能的新型无机质料[1]。本文综述了纳米材料的构造、机能以及应用，纳米氧化锌的制备方式物理法、化学法电化学表面处理，物理改性和纳米氧化锌的化学润色，以及在制备溶胶凝胶法的原位聚合等插层纳米涂层等。同时本文还阐述纳米氧化锌，如紫外线阻碍机能增强，抗菌防臭，阻燃性等纳米氧化锌的机理具有以上独特的机能。制备的外部因素的改变可以制备棒、薄片、球体、花形等多样的纳米级氧化锌晶体。因为纳米氧化锌的表面效应等特殊的性质。本文针对其在橡胶，涂料，陶瓷，化妆品，防晒霜等领域及光催化降解污染物和抗菌方面的广泛应用和发展前景进行了综述。
关键词：纳米氧化锌；形貌控制；光催化；抗菌
Morphology control synthesis and performance research of nanometer zinc oxide
Major: Chemical Engineering and Technology
ABSTRACT Zinc Oxide is a multifunctional new inorganic materials. This paper reviews the structure of nanomaterials, physical mode of preparation method and application performance, nano-zinc oxide, and electrochemical surface chemical treatment, physical chemical modification and nano zinc oxide polish, as well as in situ polymerization in the preparation of the sol-gel method etc. intercalation nano-coating. At the same article also illustrates nano-zinc oxide, such as ultraviolet hinder performance enhancement, anti-bacterial deodorant mechanism of nano-zinc oxide, flame retardancy with more than a unique function. Preparation of the external factors change can be prepared rods, sheets, spheres, and other flower-shaped variety of nano-zinc oxide crystals. B
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功能材料与器件学报17卷1引言工业化的快速发展以及世界人口的急剧增长，已经让我们生活的环境遭受到重金属污染的严重威胁。不同于有机污染物，许多重金属离子不易被生物降解为无害的物质，在环境中具有长期持久性川。铜是一种人体必需的生命元素。体内缺乏铜元素，会导致相应的功能障碍，甚至无法形成血液，丧失基本的生存条件;但人若在日常饮食中摄入过量的铜元素，也易引起呕吐、痉挛、抽搐，甚至死亡等中毒症状田。目前处理含重金属离子废水的方法有:化学混凝沉淀法、吸附法、离子交换法、电解法、反渗透法、膜技术等〔’一5]。考虑到经济性和高效性，吸附法被认为是上述方法中最有前途、使用最为广泛的一种方法。人们为了找寻吸附能力强、效率高的吸附剂已经做了诸多尝试。其中飞灰「6，7]、硅胶[”]、壳聚糖[9，‘。〕、沸石!川、海泡石[”}、活性炭{”一”{、树脂!’6一’8)等均对去除铜离子表现出了不同的吸附能力。纳米材料被誉为21世纪的新材料。广义的纳米材料是指三...&
(本文共5页)
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纳米材料(nano material)是指结构单元的尺寸在1～100 nm、介于宏观物体和原子簇之间的粒子,所表现的特性[1]如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等,往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。纳米氧化锌(ZnO)作为一种新型多功能无机材料,物理化学性质稳定,氧化活性高且廉价易得,是目前很多领域研究的热点。纳米级ZnO具有表面效应、量子尺寸效应和小尺寸效应等,与普通ZnO相比,表现出许多特殊的性质,如无毒、非迁移性、荧光性、压电性、导电性等[2-5],以及在可见光范围内透明、在红外波段高反射率等特性。因此,ZnO材料的应用广泛,从LCD或LED的透明电极、化学传感器、铁电存储器、热反射器,到表面声波器件和低损耗波导等,纳米ZnO都发挥了巨大的作用。现就其制备方法及性能应用研究进展介绍如下。1制备方法1.1溶胶-凝胶法该法采用提拉甩胶的方法将含锌溶胶均匀涂于基片上来制备纳米ZnO薄膜。溶胶主要是利用锌的可溶性无机盐或有...&
(本文共3页)
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纳米氧化锌由于其颗粒尺寸的细微化,比表面积急剧增大,使得其产生了小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应,因而表现出独特的高电导率、光催化性能、散射和吸收紫外线的能力,在医药、精细陶瓷、紫外线屏蔽、光电材料、高效催化材料、磁性材料等方面具有广阔的应用前景。近年来,纳米氧化锌的制备研究较多,出现了许多新方法,汇总、分析这些方法,可供以后的研究参考。1液相法液相法是选择1种或多种可溶性金属盐类,按所制备的材料组成计量配制溶液,使各元素呈离子或分子态,再选择1种合适的沉淀剂或用蒸发、升华、水解等方法,使金属离子均匀沉淀或结晶出来,最后将沉淀或结晶物脱水或加热分解得到所需粉体材料。液相法又可分为微乳液法、沉淀法、溶胶-凝胶法、溶剂热反应法等。1.1微乳液法2种互不相溶的液体在表面活性剂的作用下形成乳液,在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。根据体系中油水体积比及其微观结构,微乳液聚合可分正相微乳液聚合、反相微乳液聚合和双连续相微...&
(本文共4页)
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纳米材料是近年来的研究热点。纳米氧化锌作为一种新型功能性纳米材料,与传统的氧化锌相比,具有比表面积大、化学活性高、产品粒径为纳米级等特点。由于纳米材料所特有的表面效应、量子效应及宏观量子隧道效应等,使得纳米氧化锌在光、电、磁、化学、生物学等方面具有一系列新的性能,如屏蔽紫外线、光催化活性、杀菌抑菌、除臭自洁、免疫调节等多种活性[1-4],广泛用于医疗、橡胶、塑料、催化剂、涂料、纺织品、化妆品等行业[5]。笔者采用均匀沉淀法制备纳米氧化锌,并对其紫外吸收特性进行了研究。1仪器与试药HJ-3型恒温磁力搅拌器;SX2-2.5-12型箱式电阻炉(马弗炉,重庆实验电炉厂);CS202A型电热保温干燥箱(重庆实验设备厂);日立H-800型透射电镜;日本岛津UV-2401型紫外分光光度计;CSF—1A型超声波发生器(上海超声波仪器厂)。硝酸锌[Zn(NO3)2·6H2O,纯度大于99.0%,重庆北化学试剂厂,批号为];氧化锌(...&
(本文共2页)
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纳米ZnO由于其晶粒度小和比表面积大而具有独特的表面效应、体积效应、久保效应以及优良的光活性、电活性、烧结活性和催化活性[1-4],可用来制造气体传感器、荧光体、紫外线遮蔽材料、变阻器、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料、陶瓷材料、化妆品及医药材料,在橡胶工业、染料油墨等领域也有应用前景。因此纳米氧化锌的制备已成为材料制备领域的研究热点之一。目前制备纳米氧化锌粉体的方法已有很多,如溶胶-凝胶法、均相沉淀法、水热法、喷雾热解法、电弧等离子体法等[5-8],其中直接沉淀法在反应溶液中形成的晶体,其晶核浓度过大就会相互碰撞形成团聚现象,而且其前驱物容易夹带杂质且不易纯化;气相法一般得到的产品纯度低,杂质较多,而且成本较高;固相法一般采用固相合成前驱物然后分解成纳米氧化锌,但是反应过程中反应不均匀,不容易彻底反应,产率较低。而流变相反应法[9]制备纳米氧化锌采用的是氧化锌与尿素调和并反应成胶体状态,将胶状物高速搅拌水...&
(本文共3页)
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纳米氧化锌有片状、花蕾状和棒状等不同形貌。其中,棒状形貌纳米氧化锌具有最大的长径比及各向异性,除有紫外线屏蔽和抗菌作用以外,还可以与高分子材料组成聚合物基纳米复合材料,同时起到抗菌、抗老化和力学增强作用。近年来,已经通过各种方法合成了氧化锌纳米棒,如气相传输沉淀法[1]、热溅法[2]、水热法[3]、溶液沉淀法[4]等,但这些方法的操作条件要求高,反应物浓度低,需要使用大量表面活性剂,难以实现工业化生产。笔者用液相沉淀法制得了棒状形貌纳米氧化锌。1实验部分1.1试剂氨水、氢氧化钠(固体)、六水硝酸锌、无水乙醇,以上均为分析纯。1.2纳米氧化锌的合成采用液相沉淀法合成纳米氧化锌,以六水硝酸锌为起始原料,以氨水和氢氧化钠水溶液为沉淀剂。化学反应方程式为:Zn(NO3)2·6H2O+2NH3·H2O ZnO+2NH4NO3+7H2OZn(NO3)2·6H2O+2NaOH ZnO+2NaNO3+7H2O取20%(质量分数)的六水硝酸锌水溶...&
(本文共4页)
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纳米氧化锌(涂料油漆专用)
我公司采用先进技术将纳米氧化锌进行表面处理制备出易分散型纳米氧化锌,该型号的纳米氧化锌更容易分散到体系中,能够稳定均匀地分散存在,形成高度分散化、均匀化和稳定化的分散体系,极大地发挥了纳米材料功能改性的作用。易分散型纳米氧化锌广泛应用于高档水性的油漆、油墨、涂料中,能大大提高产品遮盖力和着色力,同时大大提高产品的抗紫外线能力和耐老化能力。
号 JRNX32-03
淡黄色到白色粉末
纯度﹪ ≥97%
干燥减量﹪ ≤2
灼烧减量﹪ ≤0.5
平均粒径nm 50±10
1、 易与分散到体系中,形成高度分散、均匀、稳定的分散体系。
2、 粒径小,纯度高,比表面积大,化学活性高,极大发挥纳米材料的性能。
3、 产品活性高,具有屏蔽红外、紫外线和杀菌等许多奇异功能。
4、 具有强的抗紫外线和耐老化性能。
5、 在涂料油漆、透明橡胶、乳胶和塑料行业中,纳米氧化锌可增加产品强度和致密性、粘合性、光洁度。
6、 具有增稠的作用,有助于颜料分散的稳定性。
7、 是一种很好的光催化剂。在紫外光照射下,它能分解有机物质,抗菌和除臭,可用于环保涂料中。
8、 具有质量轻、厚度薄、颜色浅、吸波能力强等优点,成为吸波涂层研究的热点。
9、 具有很强的抗菌性能,用于电话机、微机等的防菌涂层
10、 纳米氧化锌的导电性可赋予涂层以抗静电性。
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单位注册资金单位注册资金人民币 1000 - 5000 万元。
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All Rights Reserved氧化锌是一种白色或微带黄色的细微粉末，易分散在橡；氧化锌作白色颜料；用透明氧化锌做的涂膜可有效地防止涂膜变色；间接法的原材料是经过冶炼得到的金属锌锭或锌渣；间接法生产的氧化锌颗粒直径在0.1-10微米左右；直接法以各种含锌矿物或杂物为原料；湿化学法大体可分为两类：酸法与氨法；酸法通常是将含锌原料与硫酸反应，得到含有重金属离；水热合成法；水热合成法是指在密闭的
氧化锌是一种白色或微带黄色的细微粉末，易分散在橡胶和乳胶中，是天然橡胶、合成橡胶的补强剂，活性剂及硫化剂，也是白色胶料的着色剂和填充剂。胶料中加入活性氧化锌后，能使橡胶具有良好的耐磨性，耐撕裂性和弹性。用于油漆、油墨、漆布的着色，印染工业用的印花防染剂，在火柴工业中用于中和牛皮胶的酸性，增加胶粘效果，医药工业用作橡皮膏的原料，此外也用于颜料锌铬黄、醋酸锌、碳酸锌、氯化锌等的制造，合成甲醇的催化剂，合成氨的脱硫剂，玻璃和釉料生产，颗粒细的活性氧化锌（粒径0.1um左右）可用作聚烯烃和聚氯乙烯等塑料的光稳定剂，氧化锌也用于压敏、光催化、光电极、涂料、彩电显影等领域。
氧化锌作白色颜料。由于活性氧化锌具有良好的活化性能，在橡胶制品中得到了越来越广泛的应用，如在V型带中不仅能等量代替普通的氧化锌，且能减少1/2―1/3的用量，使橡胶的各种性能指标稳定，硫化性能不受影响，降低了生产成本。细粒的氧化锌可用作医药品。由于氧化锌对紫外线吸收能力强，人们越来越重视氧化锌在化妆品的应用，如开发的粒径为0.01―0.04um的氧化锌微粒子，其紫外线的吸收率、透明度均比历来用的二氧化钛微粒子好。 用透明氧化锌做的涂膜可有效地防止涂膜变色。这种氧化锌除作化妆品外，还可用作汽车漆、家具建筑材料、油墨、油彩的原料，也可用于橡胶、塑料的防老化剂。最近开发的食品包装透明薄膜就是将透明氧化锌涂覆在聚乙烯薄膜上，既可提高塑料薄膜的抗紫外线能力，同时也保护了食品的质量。随着高新技术的发展，人们正在开发利用作为金属、陶瓷的补强材料的氧化锌晶须材料及陶瓷、塑料过滤膜用材料、气体传感元件、电磁屏蔽材料和大比表面积的氧化锌材料。 间接法
间接法的原材料是经过冶炼得到的金属锌锭或锌渣。锌在石墨坩埚内于1000 °C的高温下转换为锌蒸汽，随后被鼓入的空气氧化生成氧化锌，并在冷却管后收集得氧化锌颗粒。间接法是于1844年由法国科学家勒克莱尔（LeClaire）推广的，因此又称为法国法。间接法生产氧化锌的工艺技术简单，成本受原料的影响较大。
间接法生产的氧化锌颗粒直径在0.1-10微米左右，纯度在99.5%-99.7%之间。按总产量计算，间接法是生产氧化锌最主要的方法。间接法生产的氧化锌可用于橡胶、压敏电阻、油漆等产业。锌锭或锌渣的重金属含量直接影响产物的重金属杂质含量，重金属含量低的产品，还可用于家畜饲料、药品、医疗保健等产业。
直接法以各种含锌矿物或杂物为原料。氧化锌在与焦炭加热反应时，被还原成金属锌被蒸汽，同时再被空气中的氧气氧化为氧化锌，以除去大部分杂质。直接法获得的氧化锌颗粒粗，产品纯度在75%-95%之间，一般用于要求较低的橡胶、陶瓷行业。
湿化学法大体可分为两类：酸法与氨法。二者分别使用酸或碱与原料反应，而后制备碳酸锌或氢氧化锌沉淀。经过过滤、洗涤、烘干和800°C的煅烧后，最终得到粒径在1~100纳米的高纯度轻质氧化锌。
酸法通常是将含锌原料与硫酸反应，得到含有重金属离子的非纯净的硫酸锌溶液。然后经过氧化除杂、还原除杂，以及多次沉淀，除去大量的铁、锰、铜、铅、镉、砷等离子，得到纯净的硫酸锌溶液。将此溶液与纯碱中和，得到固体的碱式碳酸锌。碱式碳酸锌经洗涤、烘干及煅烧，得到轻质氧化锌。酸法生产的产品质量较高。
氨法通常是用氨水及碳铵与含锌原料反应，得到锌氨络合物，然后除杂，得到合格的锌氨络合溶液，然后经过蒸氨，使锌氨络合物转换为碱式碳酸锌。最后经烘干、煅烧而得到轻质氧化锌。氨法的成本相对较低。
水热合成法
水热合成法是指在密闭的反应器（高压釜）中，通过将反应体系水溶液加热至临界温度，从而产生高压环境并进行无机合成的一种生产方法。该方法获得的氧化锌晶粒半径小，且结晶完好。将水热法与模板技术相结合，则能获得不同形态、不同尺寸的纳米氧化锌粉体。该方法目前还仅停留在试验阶段，尚存在工艺设备复杂、成本较高的问题，但也被认为是一种很有产业化潜力的方法。
喷雾热分解法
喷雾热解法是将金属盐溶液以雾状喷入高温气氛中，通过溶剂的蒸发及随后的金属盐热分解，直接获得纳米氧化物粉体；或者是将溶液喷入高温气氛中干燥，然后经热处理形成粉体的生产方法。该法制备的纳米粉体纯度高，分散性好，粒径分布均匀，化学活性好，并且工艺操作简单，易于控制，设备造价低廉，是最具产业化潜力的纳米级别氧化锌粉体的制备方法之一。 三亿文库包含各类专业文献、文学作品欣赏、行业资料、高等教育、中学教育、专业论文、应用写作文书、氧化锌制取57等内容。　
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