纳米氧化锌制备与表征.doc

纳米氧化锌的制备与表征1 前言纳米氧化锌是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，其粒径介于1-100纳米，又称为超微细氧化锌。由于颗粒尺寸的细微化，比表面积急剧增加，使得纳米氧化锌产生了其本体快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。因此，纳米氧化锌在磁、光、电、化学、物理学、敏感性等方面具有一般氧化锌产品无法比拟的特殊性能和新用途： 可以作为硫化活性剂等功能性添加剂，提高橡胶制品的光洁性、耐磨性、机械强度和抗老化性能性能指标，减少普通氧化锌的使用量，延长使用寿命； 作为乳瓷釉料和助熔剂，可降低烧结温度、提高光泽度和柔韧性，有着优异的性能； 纳米氧化锌具有很强的吸收红外线的能力，吸收率和热容的比值大，可应用于红外线检测器和红外线传感器； 纳米氧化锌还可应用于新型的吸波隐身材料；具有良好的紫外线屏蔽性和优越的抗菌、抑菌性能，添加入织物中，能赋予织物以防晒、抗菌、除臭等功能。 现在制备氧化锌一般有沉淀高温煅烧法、水热合成法、溶胶-凝胶法和气相沉淀法。本次试验采用水热合成法。2 实验过程2.1 实验原理本次纳米氧化锌的制备是以ZnAc2为原料,NaOH为沉淀剂制备纳米ZnO的。反应方程式如下: + 2 = + 热处理: + 2.2 实验仪器和药品仪器：托盘天平，烧杯，量筒，电子天平，玻璃棒，布氏漏斗，滤纸，吸滤瓶，烘箱，高压釜FP-8500荧光，紫外-可见吸收光谱用 V-650 型紫外可见光度计测量。药品：醋酸锌，蒸馏水，无水乙醇 ，固体氢氧化钠 2.3 实验步骤：1) 称量：分别在托盘天平上称取0.4g 氢氧化钠固体和在电子天平上称取0.5478g ZnAc2于40mL 烧杯中2) 溶解：室温下，将所称取的氢氧化钠与ZnAc2装至烧杯中，然后向烧杯中加入配置好的水和乙醇，分别加18ml水和18ml无水乙醇，其比值为1:1，用玻璃棒搅拌溶解至出现浑浊。3) 将上述溶液转移至40 mL高压釜中，保持其填充度为80%。置于180 反应8小时后自然冷却至室温，抽滤并收集白色沉淀，然后用去离子水反复冲洗以除去吸附的多余离子，在醇洗，之后将得到的产品放入60 烘箱中烘烤4小时后取出。4) 用紫外可见吸收光谱和荧光光谱检测，并收集数据。3 实验数据处理与分析3.1 纳米氧化锌的荧光测试纳米氧化锌的室温荧光光谱如图1所示。图1.纳米氧化锌的室温荧光光谱图在可见光区，纳米ZnO的室温荧光光谱展示了四个强且窄的蓝光峰，分别位于400nm和424nm 和470nm和530nm。傅竹西等认为，氧化锌中存在一种双空位缺陷结构，即氧空位和锌空位；氧空位形成浅施主能级，锌空位形成浅受主能级， 而蓝光来源于两种电子跃迁：从浅施主能级到价带顶的电子跃迁发光和从导带底到浅受主能级的电子跃迁发光。可见光区( 中心为550nm）相对较弱的宽谱带发射峰通常归属于表面态光发射。由于在材料制备时存在着各种各样的表面缺陷或杂质，形成的表面态能级复杂多样，使其可见区发射表现为很宽的谱带，关于其发光机制至今仍无定论。其中由O2-空位引起可见光波段的发射是大家比较倾向的解释。ZnO是纤锌矿结构六方晶型，当形成O2- 空位点缺陷时，缺陷即可形成一个势垒，起到陷阱的作用，能够俘获电子进而形成电子深能级。电子深能级向低能级跃迁引起可见波长的发射。 3.2 纳米氧化锌的紫外-可见吸收情况图2是纳米氧化锌的紫外-可见吸收光谱图。图2.紫外-可见吸收光谱图从图2可以看出，纳米氧化锌吸收边较为陡直，拖尾程度低，而普通氧化锌的拖尾比较严重，这表明纳米氧化锌颗粒较为均匀，尺寸分布小。此外，吸收边还与晶体缺陷、结晶度有关，通常条件下制得的氧化物均存在一定的结晶缺陷，缺陷将在禁带中形成缺陷能级，甚至会扩展为能带，由此引起电子在价带、缺陷能级、导带问的跃迁，导致吸收边出现拖尾，缺陷的浓度越高，拖尾的程度越大。从图2还可以发现，纳米氧化锌样品在250 400nm之间的紫外区具很强吸收，在400 600nm波长范围内几乎没有吸收，这表明其在可见光范围内具有良好的可见光透光性。普通氧化锌对紫外光吸收较弱，在可见光范围内却有较强吸收，可见光的透光性差。随粒径的不同，可见光透光性和紫外屏蔽能力均有所差别，其中样品的平均粒径越小对可见光透过能力越强，且粒径越小的样品紫外吸收能力越强，而粒径越大的样品越弱。因此， 在实际应用中可以根据需要来选择粒径较小的纳米氧化锌，用于化妆品中，可以选择可见光透过性好且屏蔽能力强的纳米氧化锌。现在氧化锌已用于防晒化妆品 。因此，在室温下制备的纳米氧化锌有可能在化妆品中有较好的潜在应用价值。 4 感受与建议本次实验采用水热法制备纳米氧化锌，该方法制备的纳米氧化锌晶粒纯度高、结晶效果好，具有反应过程易于控制、产物粒径分布窄且分散性好等优点，该方法明显优于高温灼伤法。选择这一课题作为我们专题训练的项目，不仅具有实际指导意义，纳米技术的日渐活跃及其在化工企业的广泛应用都表示掌握这一技术日益重要。在本次专题训练中，我掌握了如何利用水热法制备纳米氧化锌，尽管实验结果并不完美，没有预想的那么成功，但是在我们的辛苦努力下也顺利得到产品。实验过程中，我们发现问题，解决问题，不懂得实验操作积极问他人，复习以往实验操作知识，全过程规范操作，期间包括分析天平的使用等。我自己感觉本次专题训练的实际意义就是综合运用理论知识指导实践操作，提高自己的实验操作能力。从实验方案的制定到实验仪器及用品的准备，再到结果的分析，一个流程走完，也锻炼了我独立操作的能力，熟悉实验的方法与流程，提高动手能力，对以往的理论知识更是一个温故而知新的过程，增加了直观印象。虽然这次专题训练顺利完成了，但还是想在此给帮助过我的所有同学和各位指导老师表示诚挚的谢意！5 参考文献1 潘明月. 纳