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氧化锌纳米粉体

2017/09/22 华泰昕生物|HyperCyte 已读

纳米粉体是一种粒径在1-100nm的新型高功能精细无机材料。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。近年来发现它在催化、光学、磁学、力学等方面展现出许多特殊功能,使其在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域有重要的应用价值,具有普通氧化锌所无法比较的特殊性和用途。纳米氧化锌在纺织领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。

用于制备纳米氧化锌材料的技术方法比较多,如溶胶-凝胶法、金属有机化学气相沉积法、磁控溅射法、分子束外延法、水热法、溶剂热法、微乳液法等等。以草酸、二水合二酸锌为原料,采用固相配位化学法制备出平均粒径在20-50nm的纳米氧化锌,将其填充在常规粒径粒子间的缝隙中时,可改善电极反应的传质和传荷条件,减轻电极充放电过程中的变形问题,提高了锌电极的氧化还原可逆性能以及循环充放电性能。

作为一种新型的半导体材料,它在吸收和散射红外紫外、非迁移性、压敏性等方面表现出优良的性能。纳米级氧化锌还是一种新型锌源,具有较高的生物活性、免疫调节能力和吸收率,较少的纳米氧化锌即可达到促进生物体生长的功效。同时,纳米氧化锌热稳定性好,可与多种有机物包括细菌和病毒发生氧化反应,从而达到杀菌消毒的作用。

纳米氧化锌具有明显的荧光性和吸收紫外线的功能,能使涂层具有屏蔽紫外线、吸收红外线及杀菌防霉作用,同时还具有增稠作用,有利于颜料分散的稳定性。与其他纳米材料配合,可应用于建筑内外墙乳液涂料及其他涂料中。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下的敏感性,提高耐老化性。纳米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。采用纳米氧化锌作原料制成的船舶专用涂料,不仅可以起到屏蔽紫外线的作用,而且可以杀死各种微生物,从而提高航行速度并延长检修期限。

纳米氧化锌由于尺寸小,比表面积大,表面的键态与颗粒内部的不同,表面原子配位不全等,导致表面的活性位置增多,形成凹凸不平的原子台阶,加大了反应接触面,表现出很高的化学活性与选择性,为做催化剂提供了必要的条件。纳米氧化锌还是一种很好的光催化剂。水中的有害有机物质如有机氯化物、农药、表面活性剂、色素等,用目前的水处理技术充分去除是很困难的,而纳米氧化锌作为光催化剂可以使有机物分解。研究表明,纳米氧化锌粒子催化的反应速度是普通氧化锌粒子的10-1000倍,而且与普通粒子相比,它几乎不引起光的散射,具有大的比表面积和宽的能带,是极具应用前景的高活性光催化剂。

应用:

1. 纳米氧化锌是橡胶工业中最有效的无机活性剂和硫化促进剂。纳米氧化锌具有粒径小、比表面积大、分散性好、疏松多孔和流动性好等特点,因此,与橡胶的亲和性好,熔炼时易分散,胶料生热低,扯断变形小,弹性好,可用于改善材料的工艺性能和物理性能,被广泛用于制造高速耐磨的橡胶制品,如飞机轮胎、高级轿车用的子午线胎等,可大幅度提高橡胶制品的光洁度、机械强度、耐温和耐老化性能,特别是耐磨性能。且其用量仅为普通氧化锌用量的30%-50%,不仅降低了生产成本,而且在强伸性能、生热、老化等方面的性能远优于普通氧化锌。

2. 纳米氧化锌在陶瓷工业中有广泛的应用。利用纳米氧化锌的体积效应、表面效应和高分散能力,在低温低压下,就可把纳米氧化锌作陶瓷制品的原料直接使用,使陶瓷材料的组成结构致密化、均匀化,改善陶瓷材料的性能,提高其使用的可靠性,并可使陶瓷制品的烧结温度降低400-600℃,简化生产工序,节约能源;同时,掺于陶瓷制品中的纳米氧化锌又具有抗菌除臭、分解有机物的作用,能极大地提高产品质量,故纳米氧化锌可用于制作高档卫生陶瓷洁具。

3. 纳米氧化锌可以吸收和散射紫外线。纳米氧化锌在阳光,尤其是紫外光照射下,在水和空气(氧气)中,能自行分解出自由移动的带负电的电子,留下带正电的空穴,这种空穴可激活空气中的氧变成活性氧,具有极强的化学活性,能与多种有机物发生氧化反应,杀死一些病毒和病菌;同时,纳米氧化锌本身为白色,无毒、无味、对皮肤无刺激性,不分解,热稳定性好。因此,在日用化妆品中添加纳米氧化锌,既能屏蔽紫外线防晒,又能抗菌保健、防衰老,具有很好的护肤美容作用。

4. 不同条件下制备的纳米氧化锌可获得光导电性、半导体和导电性等不同特性,在电子工业上有广泛应用。纳米氧化锌用于图像记录材料中,可以提高信噪比,改善图像的质量;利用其压电性能,可制作振子表面滤波器等;特别是纳米氧化锌因具有高比表面积、高活性、特殊物理性质和极微小性,致使它对外界环境(如温度、光、湿气等)十分敏感,外界环境的改变会迅速引起其表面或表面离子价态和电子运动的变化,即引起其电阻的显著变化,从而成为非常有发展前途的传感器方面的材料。