液相法制备氧化锌纳米粉体地地地研究进展

摘要

实用标准文案液法备化纳粉的究展黄璇璇（长安大学材料科学与工程学院，陕西西安）液相法是制备性能良好的氧化锌粉体的有效方法其制备形式的多样性工艺简单产物组成易控等特点而得到广泛应用概述了液相法合成纳米ZnO粉体的研究进，重点介绍了几种基本的液相合成法，如沉淀法、溶胶一凝胶法水热法、微乳液法、超重力法，比较其优缺点，并对进一步的研究方向和发展趋势提出了见解。关键词

纳米氧化锌液相法

制备纳米氧化锌由于尺寸小比表面积大因此与普通氧化锌微粒相比具有许多特殊的性质如体积效应面效应子隧道效应久保效应具有非迁移性、荧光性压电性光吸收性和散射紫外光能力在橡胶陶瓷料日用化工、催化剂、吸波材料、导电材料、磁性材料等领域有重要的应用价值。纳米n0材料的良好功能性体现的前提是要有粒径小、颗粒分布均匀、分散性好的纳米n0粉体。因此，纳粉体的制备工艺成为研究热点。纳米氧化锌粉体的制备方法可分为液相法气相法固相法液相法是选择一种或多种合适的可溶性金属盐类按所制备的材料组成计量配制成溶液使各元素呈离子或分子态再选择一种合适的沉淀剂或通过蒸发升华水解等操作使金属离子均匀沉淀或结晶出来最后将沉淀或结晶脱水或加热分解得到所需的材料粉体液相法生产的产品纯度高，化学组成容易准确控制，适于大规模生产。1液相制备纳米氧化锌的方法根据制备过程的不同，液相法可分为沉淀法、溶胶一凝胶法、水热法、微乳液法、超重力法。1．1沉淀法沉淀法是把沉淀剂加入金属盐溶液中进行沉淀处理再将沉淀物洗涤热分解到所需的最终化合物产品的方法该工艺主要包括沉淀的生成和固液分离两部分，其中沉淀的生成是该工艺的关键步骤沉淀法又可分为直接沉淀法、均匀沉淀法。1．1．1直接沉淀法精彩文档

实用标准文案直接沉淀法是制备纳米氧化锌普遍采用的一种方法步骤是在锌的可溶性盐溶液中加入沉淀剂在一定条件下生成沉淀再将沉淀洗涤热分解等处理后得到纳米氧化锌粉体。制备过程如图1所示。袁明亮等以氯化锌为原料草酸铵为沉淀剂采用直接沉淀法制备纳米氧化锌，发现在草酸铵溶液浓度为0／I、为．、水浴温度为60℃、反应时间为3、焙烧温度为00摄氏度、焙烧时间为的反应条件下可以获得粒度小于70nm的氧化锌产品，但粉体团聚较多。丁士文以等为原料，采用直接沉淀法在100℃以下制备了球形纳米nO，其平均粒径为20nm，晶型为六方晶系究了反应时间物浓度及物料配比等条件对产物粒径和产率的影响。直接沉淀法操作简单易行对设备和技术要求不高不易引入杂质产品纯度很高，有良好的化学计量性，成本较低，但存在洗涤原溶液中的阴离子较难，得到的粒子粒径分布较宽分散性较差等缺点于是在此基础上又发展了用表面活性剂对纳米氧化锌进行表面改性的方法李斌等以硝酸锌为原料氨水为沉淀剂，同时加入表面活性剂聚乙二醇一4，采用直接沉淀法制得了平均一次粒径为4、分散性较好的纳米Z粉体。研究表明，表面活性剂的加入提高了粉体的分散性效控制了粉体的粒径磊等对传统的直接沉淀法进行了改进：分别称取无水碳酸钠和七水硫酸锌(物质的量比为配成0／L溶液；在磁力搅拌下将硫酸锌溶液逐滴加入碳酸钠溶液中同时按同样的滴入速度向溶液中加入3浓度的碳酸钠溶液，以保证反应体系中碳酸根离子的浓度不变；反应完全后将所得沉淀物分离干燥后在3℃煅烧2h得到了粒径在10nm左右的氧化锌样品采用不同的表面修饰剂(月桂酸钠Span-60和油酸对纳米氧化锌进行表面改性，发现含有活泼氢原子的油酸修饰效果最佳。1．1．2均匀沉淀法均匀沉淀法所加入的沉淀剂不是立即在溶液中发生沉淀反应是利用沉淀剂的某一化学反应缓慢地均匀地释放出构晶离子使沉淀均匀地析出与直接沉淀法相比均匀沉淀法由于沉淀剂在整个溶液中均匀地析出所得纳米微粒大精彩文档

实用标准文案小比较均匀。常用的均匀沉淀剂有尿素(CO(NH))和六亚甲基四胺(HN)以尿素作沉淀剂发生以下水解反应。CO(NH2)2+3H20—·H2O辛显双等l7以尿素为沉淀剂，采用均匀沉淀法与可溶性Zn2盐反应制备纳米ZnO。从可溶性Zn盐中优化出最佳原料为硝酸锌。通过正交试验法筛选出最佳工艺条件是素与硝酸锌的物质的量比为3应时间为应温度为05℃。收率为93．80，粒径为1。由于均匀沉淀法可以精确控制各组分的含量不同组分实现分子或原子水平的混合，且反应物溶液浓度高，有较高的粉末产出比，故具有一系列的优点，如工艺简单操作方便设备的要求不高资少生产成本低产物纯度高、成分可控、组分均匀，易于实现工业化生产，并且生产的粉末分散性好。但是，阴离子的洗涤较为困难，粉体易团聚，从而恶化粉体性质。罗重霄等对传统的均匀沉淀法加以改进反应过程中加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为模板剂，并用超声波震荡，合成了分散好、导电性能优良的白色掺铝氧化锌纳米晶利用超声与模板的协同作用加速界面间的传质和传热过程实现反应体系在分子水平上的扩散和掺杂同时模板剂的加入克服了粉体间的团聚有效控制了产物的粒径尺寸提高了产物的分散性两者的协同作用达到了现有的共沉淀法难以实现的效果余姗姗等采用均匀沉淀法以尿素、和Al(N03)3·9H2O为原料，在水一乙二醇溶液中制备了A掺杂ZnO(ZAO)纳米棒扫描电镜(SEM)和高分辨透射电镜TEM)结果显示随反应体系中乙二醇体积比和Al掺杂量的增，ZAO纳米棒的长径比先增大后减小；在(水)／V(乙二醇一4、Al掺杂量为5(摩尔分数)时，制得的纳米棒长径比最大为25直径为10nm。反应过程中乙二醇对AO结构影响的具体制，还有待进一步研究。1．2溶胶-凝胶法该方法是利用金属醇盐的分解或聚合反应制备金属氧化物或金属氢氧化物的均匀溶胶浓缩成透明凝胶燥结成粉体胶一凝胶法反应温度低，过程容易控制，产品纯度高，粉体粒径较小，且粒度分布窄。但是它也有不足之处，如原料价格高，有机溶剂的毒性以及在高温下热处理时会使颗粒快速团聚，工艺过程放大较难工业化应用有很大困难该方法比较适合实验室研究邵义精彩文档

实用标准文案等以Zn(AC)·2HO为主要原料，通过添加少量La、O作为nO半导体价带控制因素和有效掺杂实验验证同时降低了制备成本并以柠檬酸为络合剂，利用新型Sol-gel法合成了粒度分布窄、粒径约为的纳米粉体。尚汴卿等以硝酸锌和甲醛改性明胶作为原料，采用溶胶一凝胶法制备出晶粒粒径为20.4nm纳米氧化锌工艺简单成本低制得的纳米氧化锌在紫外光强度低的太阳光照射时仍有明显的光催化性能低成本开发印染厂污水处理提供了一种易行的工艺路线。1．3水热法水热法是将反应前驱物可溶锌盐溶液和碱分置于管状高压釜中高温高压下分置的锌盐和碱液迅速混合进行反应其实质是将可溶性锌盐和碱液混合形成氢氧化锌的“沉淀反应”和氢氧化锌脱水生成氧化锌的“脱水反应”合在同一反应器内同时完成，得到比普通水热反应颗粒度小许多的结晶完好的ZnO晶粒。水热反应温度及衬底对合ZnO体的影响是水热法制ZnO粉体研究的重点。Chen等通过热法成功地制备了ZnO粉体究了反应温度及有机添加剂对微粒的形态及尺寸的影响结果表明高温能导致不同晶体面上的增长速度相似不同衬底形成不同形态及尺寸的微粒范学运等口采用种不同的前驱体以三聚磷酸钠为表面活性剂，水热法合成了形状接近正六边形、厚度小50nm的纤锌矿型片状纳米Z考察了不同前驱体对所得片状氧化锌各晶面衍射强度的变化、形貌及光学性能的影响邵思飞等以醋酸锌和氢氧化钠为前驱物通过添加表面活性剂(聚己二醇)变反应溶液浓度成功地制备了平均长径比为715Z米捧和菊花状Z纳米线，实现了nO纳米结构的可控生长。该方法为各种前驱物的反应和结晶提供了一个在常压条件下无法得到的殊的物理和化学环境对于其它制备方法具有在相对较低的温度下就能获得结精彩文档

实用标准文案晶物质，可免去进一步烧结等优点。但水热法还存在以下不足：在密闭的容器中进行反应，无法观察生长过程，不直观；对设备要求高(耐高温高压的钢材、耐腐蚀的内衬)，技术难度大(温度控制严格)，成本高；安全性能差；(4)能量消耗大。1．4微乳液法微乳液法是两种互不相容的溶剂在表面活性剂的作用下形成微乳液极小的纳米微水池内成核、生长、聚结、团聚，然后热处理得到纳米粒子。做乳液可分为W／O、／W型、油水双连续型3，制备纳米氧化锌通常采用型。锌盐溶解在微乳液的油相中，形成极微小且被表面活性剂和油相包围的水核，然后与含有沉淀剂的溶液或微乳液混合，利用微乳液中的微小水核作反应器。从而得到纳米Zn()。具体制备过程如图3所示。周富荣等以C／煤油／正辛醇氨水为反胶束微乳体系，采用双微乳液混合法制备了纳米ZnO，并考察了和反应物浓度对ZnO粒径的影响。结果表明随着表面活性剂浓度的增加纳米粒径逐渐减小。这主要是由于表面活性剂浓度增加，含水量相对减少，使反胶“水池的粒径逐渐变小，从而导致微乳液中的反应容器减小最终生成的产物粒径也相应地减小徐羽翰等一嘲认为表面活性剂的种类和用量反应温度反应物浓度比后处理温度及时间对微乳法制备纳米氧化锌的形貌和粒径具有重要影响过改变各反应参数可以实现产物从零维向一维方向的转变微乳法制得的纳米氧化锌结构均匀分散性好还可通过人为控制纳米微水池的大小进而控制产物的粒径及其它性质但存在表面活性剂用量大、对试剂的要求较高、产物分离困难等不足。1．5超重力法超重力工程技术的基本原理是利用超重力条件下多相流体系的独特流动行精彩文档

实用标准文案为强化相与相之间的相对速度和相互接触从而实现高效的传质传热过程和化学反应过程。超重力法制备纳米氧化锌的工艺流程。如图所示。张新军等通过一系列试验超重力法制备纳米氧化锌的影响因素及机理进行了详细的研究和分析(影响因素包__反应最终p、反应料液的初始浓度、反应物氨气和锌盐流量的比例氧化锌煅烧时间与温度涤终点最终料液的陈化时间等)，制备了外观为棒状和球形的两种纳米级氧化锌，并分析了其机理。刘建伟争进行了超重力制备纳米氧化锌的工业研究意文等在超重力法制备纳米氧化锌的过程中加入少量表面活性剂(原位修饰，不改变原有工艺，成功制备出类球形肤色纳米Z，并且修饰剂的加入对制备过程产生一定的促进作用。该产品对紫外的吸收比未修饰纳米Z高，颜色呈肤色，对人体无害，在化妆品、医药、塑料的工业应用中有广阔的前景。2结语综上所述目前液相法制备纳米氧化锌粉体的技术多样各有优缺点为了获得粒径小、颗粒分布均匀、分散性好、成本低、性能优异的粉体，目前对传统的制备方法进行改进的手段主要有：制备过程中加入表面活性剂等改性物质来改善粉体的分散性，控制粉体的粒径；通过改进制备工艺，改善在溶液中的生长条件；将微波、超声波等技术手段用于粉体的制备过程中；掺杂其它物质改善粉体性能，同时降低成本。制备方法的综合是今后的发展趋势。由于奇特的光学和电学性能，一纳米材料(如纳米棒、纳米研究及掺杂金属离子成为今后研究的一个热点。对形成氧化锌晶体影响机理的理论研究还不是很成熟，需要进一步探索。精彩文档

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