纳米氧化锌材料
摘要：综述了纳米氧化锌的性能。
描述了纳米氧化锌的制备研究, 随着科技的发展, 许多新的手段引入到了纳米氧化锌的合成工艺中弥补相互之间的不足。
关键词：纳米氧化锌,性能,制备,应用
1.纳米氧化锌的性能
1.1紫外线屏蔽
在整个紫外光区( 200~ 400 nm) ,氧化锌对光的吸收能力比氧化钛强。
纳米氧化锌的有效作用时间长, 对紫外屏蔽的波段长, 对长波紫外线和中波紫外线均有屏蔽作用, 能透过可见光, 有很高的化学稳定性和热稳定性。
它可用于制备抗紫外线、耐光老化性能好的涂料及其它的高分子材料。
在乳胶漆中使用纳米氧化锌可以增大乳胶漆对紫外线辐射的抵抗力, 减弱乳胶漆对潮湿环境条件的敏感性,提高耐老化性。
同时,氧化锌能够散射光线,使乳胶漆的遮盖力得到一定程度的改善。
1.2补强性
一般的无机填料填充于聚合物中时具有如下缺点: 使用量大, 不能兼顾刚性、耐热性、尺寸稳定性和韧性同时提高。
而在聚合物中添加少量的纳米粒子, 就可以使基体树脂的力学性能( 拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、断裂伸长率等) 得到显著的提高, 并克服了以上提及的一般无机材料的缺点。
1.3抗菌、除臭性
氧化锌是传统无机抗菌材料, 在与细菌接触时, 锌离子缓慢释放出来。
由于锌离子具有氧化还原性, 它能与细胞膜及膜蛋白结合, 并与其结构中有机物的巯基、羧基、羟基反应, 破坏其结构, 进入细胞后破坏电子传递系统的酶, 并与- SH 基反应, 达到抗菌的目的。
在杀灭细菌之后, 锌离子可以从细胞内游离出来, 重复上述过程。
氧化锌纳米粉末因为粒径小, 表面原子数量大大超过传统粒子, 表面原子由于缺少邻近的配位原子而具有很高的能量, 所以可增强氧化锌的亲和力, 提高抗菌效率。
1.4阻燃性
氧化锌可作为一种阻燃增效剂。
它多数是和其它的增效剂或阻燃剂协同使用, 其增效作用与硼酸锌类似。
ZnO 一般可作为PVC 的紫外吸收剂, 但其对PVC 的热稳定性有不利的影响, 因此在配方中一般采用的含量不高。
在电缆涂层中使用纳米
氧化锌, 除有阻燃作用之外, 还可以增大涂层对紫外线辐射的抵抗力, 减弱涂层对潮湿环境条件的敏感性, 提高耐老化性。
因此,可用于制备较好的室外电缆涂层。
1.5颜料
纳米氧化锌无毒、无味,不分解、不变质、热稳定性好,本身为白色,其作为白色颜料添加在涂料中可以根据不同对象加以着色,价格便宜。
2纳米氧化锌的制备
2.1 物理法
张伟等人研究了利用立式振动磨制备纳米氧化锌粉体的过程和技术,得到了A- Al2O3.ZnO.MgSiO3的超微粉,最细粒度可达0.1µm。
该法得不到1~100nm的纳米级粉体,这是因为物理法所制得的粉体的粒度与磨介的性能,进料的细度,磨介的磨介程度等因素有很大的关系,目前用此法还得不到真正的纳米级氧化锌。
2.2 化学法
2.2.1 固相法
张永康用ZnSO4.7H2O和Na2CO3分别研磨10min,再混合研磨10min,经100e远红外加热反应2h,得前躯体碳酸锌;然后对前躯体在200e烘1h,得纳米ZnO初产品; 最后经去离子水,无水乙醇洗涤、过滤、干燥得纳米ZnO产品.此法制得的产品粒度在6.0~12.7nm之间,分子形貌呈呈棒球形,且粒度分布均匀。
石晓波等使用H2C2O4.2H2O和Zn(Ac).2H2O为原料,置于玛瑙研钵中,充分研磨
20min,真空干燥3h得前躯体ZnC2O4.2H2O,然后用微波炉辐射分解30min,即得纳米氧化锌粉末。
2.2.2 液相法
直接沉淀法.该方法是在可容性锌盐中加入沉淀剂后,溶液中离子的浓度积超过沉淀化合物的浓度积时,即有沉淀从溶液中析出, 过滤后经煅烧得到纳米ZnO。
均匀沉淀法.该法是利用沉淀剂的缓慢分解, 与溶液中的构晶离子结合,从而使沉淀缓慢均匀地生成,克服了沉淀剂所造成的局部不均的现象,而获得粒度,分子形貌和化学组成都均一的纳米粉。
溶胶-凝胶法.李东开等利用Zn(Ac)2.2H2O在硬脂酸, 柠檬酸盐,草酸盐等的不同溶剂中脱去所含结晶水或吸附水或有机物(乙酸,醋酸).然后对制得的前躯体
进行热分解得纳米ZnO 粉末。
2.3气相法
2.3.1 化学气相法
Mitarai等以氧气为氧源,锌粉为原料,在550e下,以N2作载体,进行氧化反应。
2.3.2 激光诱导化学气相沉淀法
本法是利用反应气体分子对特定波长激光的吸收,引起气体分子激光光解、热解、光敏化和激光诱导化学合成反应, 在一定条件下合成纳米粒子。
2.3.3 喷雾热解法
赵新宇等利用喷雾热解技术,以二水合醋酸锌水溶液为前驱体,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,热解,烧结等过程制备ZnO钠米粒子.粒子由袋装式过滤器收集,尾气经净化排空.该法制得的产物纯度高, 粒度和组成均匀,过程简单连续, 颇有工业潜力。
3 纳米氧化锌的应用
3.1 在陶瓷行业的运用
纳米ZnO的体积小,比表面积大,粒度较均匀,在陶瓷业可以直接利用,并能降低烧结陶瓷的温度,烧制的产品光亮如镜,有很好的“成像效应”,且制作工序减少,能耗降低,极大地提高产品的质量和产量.纳米ZnO的陶瓷品具有抗菌作用,可以用于制作卫生陶瓷洁具。
3.2 纳米氧化锌的紫外屏蔽作用
纳米氧化锌既有屏蔽紫外线和杀菌护肤等特点,因此,可用于化妆品中,以抵抗紫外线和病菌的侵袭。
由于纳米ZnO具有抗菌, 防臭,抗紫外线等作用,因此,在纺织品中,加入纳米氧化锌可制造出高档舒适,具有保健功能的穿着。
近年来人们不断研制出各种新型的功能纤维。
3.3 橡胶工业上的运用
纳米ZnO是制造高耐磨,耐用橡胶制品的原料,如飞机轮胎,高级轿车用的子午胎等.因具有防止老化,抗磨擦着火,使用寿命长等优点,不仅改善了橡胶制品的表观质量和内在质量,而且其用量仅为等级氧化锌的30%~ 50%,降低了企业的生产成本,因此,纳米ZnO在橡胶制品中的运用非常广泛。
3.4 催化剂和光催化剂
纳米ZnO催化剂的催化活性和选择性都远远大于其传统催化剂,其催化速度是普通ZnO的100~1000倍。
纳米ZnO也是一种重要的光催化剂,在光的照射下,它几乎不引起光的散射,具有很大的比表面积和宽的能带,因此被认为是极有前景的光催化材料。
3.5传感和吸波材料
纳米ZnO也是一种很好的吸波材料,它对电磁波、可见光和红外线都都有较强的吸收能力,在军事上用它作隐身材料, 能在很宽的频带范围内逃避雷达波, 并能起到红外隐身的作用,在国防上有重要意义.纳米ZnO因具有质量轻,颜色浅,吸波能力强等特点,现已成为吸波材料的研究热点之一。
4 新方法及发展方向
最近,出现了几种新方法或上述几种方法的结合法。
钱珮珮采用微波均相沉淀法,以七水硫酸锌为锌源,尿素为均相沉淀剂,制备出30~50nmZnO。
与传统方法相比,微波均相沉淀法反应速度快,反应条件温和,反应效率高,而且产品具有较高的纯度、窄的粒径分布和均一形态。
陈云涛等以超声-微波法结合热转化反应,合成了具有六方晶系红锌矿结构的ZnO纳米带、棒和纳米颗粒。
ZnO纳米带长度约10µm、宽度约1µm、厚度约100nm; ZnO 纳米棒的宽度1 µm左右,长度3~4µm;ZnO 纳米颗粒的尺寸较均一,平均粒径约30nm,分散度较好,团聚现象不太明显。
微波是内加热, 加热速度快而且均匀, 超声波具有空化作用, 能细化晶粒而不需要分散剂。
程超等通过微波合成法在不同溶剂中得到花状、刺球状、多角星状纳米氧化锌。
徐帅等以氯化锌和氢氧化钠为反应物,中空纤维膜为分散介质,采用双膜分散法制备出纳米氧化锌颗粒。
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