纳米氧化锌的制备研究

摘 要：纳米材料是近年来受到关注的一个新的研究领域。纳米氧化锌具有常规块体材料所不具备的光、磁、热、敏感等特性，是一种用途十分广泛的功能材料，主要应用于化妆品、橡胶活性剂、催化剂和光催化剂、塑料及涂料工业、陶瓷工业等领域。文章研究了纳米氧化锌的制备方法。

关键词：纳米氧化锌；制备；研究

前言

在林林总总的材料家庭成员中，纳米复合材料已是其中一位新成员。传统材料缺乏系统的理论支撑，纳米复合材料也需要新理论来加以完善及补充。纳米复合材料在这些新理论、新机理基础上将发展得更完善，并向多元化及功能化方向发展。纳米ZnO是一种具有特异性能且用途广泛的特殊材料，因此材质原因决定其超细的外型。世界各国都加大财务物力加以开发研制，这也是我国“863计划”中的一个重点课题。用它可以生产各种用于特殊环境的材料，如抗菌包装材料和抗菌塑料复合母料，可获得可观的经济效益。从纳米ZnO的用途及性能，人们看到了其广阔的经济利润及市场。我国广阔的土地上富含Zn资源，这对纳米ZnO的开发利用有很利。纳米ZnO粒子表面极性较高，表面没经过处理的纳米ZnO的表面能比处理过的高出很多且很容易团聚，但与聚合物几乎不相容，因此，实现纳米ZnO粒子的超细微分散是得到性能优异的纳米复合材料的关键。表面处理即表面修饰，如此可以降低纳米材料的表面极性，提高纳米粒子在有机介质中的分散能力和亲和力，扩大纳米材料的应用范围。目前，利用化学方式在纳米表面添加适当覆盖层材料、改变纳米表面形貌使其表面钝化是纳米ZnO表面修饰的主要方法。

1 制备方法

1.1 反应机理

以七水合硫酸锌为锌源，以尿素为均相沉淀剂，采用均相沉淀法在微波辐射条件下制备纳米ZnO，反应机理为：

90℃时尿素发生分解：

CO（NH2）2+3H2O→2NH4OH

3Zn2++4OH-+H2O→ZnCO3·2Zn（OH）2·H2O

450℃焙烧时：

ZnCO3·2Zn（OH）2·H2O→3ZnO+CO2+2H2O

1.2 测试仪器、试剂及装置

微波炉（格兰仕）；磁力真空泵（上海西山泵业有限公司）；液体流量计（苏州流量计厂）；876-1型真空干燥器（上海浦东跃欣科学仪器厂）；721分光光度计（上海第三分析仪器厂）；循环水式多用真空泵（郑州市华科仪器厂）。

用日本日立公司的S-570 扫描电子显微镜和H-600 透射电子显微镜分析纳米颗粒的形态和尺寸；用美国Nicolet 公司的FT-IR Avatar 360 红外光谱仪分析纳米颗粒的化学组成；用美国Perkin-Elmer 公司的DeltaSeries 7 热分析系统分析中间产物。ZnSO4·7H2O，AR（上海金山区兴塔美兴化工厂）；尿素，AR（中国医药集团上海化学试剂公司）。

1.3 制备过程

实验过程分四个步骤：（1）准备好一定量的蒸馏水，将事先称取好的适量硫酸锌、尿素分别加入蒸馏水中，将以上蒸馏水倒入三颈烧瓶中使之充分混合后放入微波反应器中；（2）接温度计和冷凝管，不断搅拌三颈烧瓶中的混合物，使之升温，在升温过程中尿素逐渐分析，溶液变浑浊，随之出现大量白色深沉，在一定的微波辐射下，反应一定时间后停止。（3）将三颈烧瓶放入冷水中冷却至室温后过滤，用pH=9的氨水和无水乙醇分别润洗、抽滤，再经真空干燥24h。（4）将粉末取出、研磨，放入马弗炉，在450℃下灼烧两小时，研磨后可得纳米ZnO。

2 结果与讨论

2.1 粉体的SEM分析

硫酸锌浓度0.15 mol/L[1]，温度93℃，时间2h[1]，在不同硫酸锌与尿素摩尔比下制备纳米ZnO[2]。可见粒子形态是长条形并且随着摩尔比的增加其长度明显增加。

图1（b）中的颗粒宽为30～40 nm，图1（c）中的颗粒宽为50 nm，而图1（a）中纳米颗粒粒径为30 nm左右，这是由微波的非热效应决定的。在微波炉内存在着一个交变电磁场，在电场力作用下，CO32-会沿着电场方向排列，使晶粒优先沿电场方向生长，可得到形状规则的长条形纳米ZnO，且随着尿素浓度的增加，长度也明显增加。在此反应中，过量的CO32-还会一定程度地阻止纳米ZnO 颗粒间的凝并现象，使细长的晶粒得以保存下来。

2.2 样品的IR分析

纳米ZnO的IR分析见图2。由图可知，3513.46cm-1处的吸收峰为氢键的O-H 伸缩振动吸收带；1523.18cm-1处为自由水的H-O-H弯曲振动峰，表明纳米ZnO容易吸水；216.77cm-1处为ZnO的特征吸收峰；1415.14cm-1处的吸收峰可能是少量的碳酸锌。

图2纳米ZnO的IR谱图

3 结束语

纳米ZnO具有较高的表面极性，部分保留原始状态，未经修改的纳米ZnO的表面能高，非常容易团聚，几乎不与其他聚合物相容，由此可知，实现纳米ZnO粒子的超细微分散是生产出性能优异的纳米复合材料的关键。

参考文献

[1]张兴法.磷石膏综合利用产出的氯化钙深加工研究[J].非金属矿，2004，27（6）：6-7.

[2]张兴法，刘守强，陈敏.用磷石膏制备硫酸铵和氯化钙的研究[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2002，5（1）：67-71.

作者简介：张叶柱（1968.11-），男，汉族，江苏淮安人，专科，工程师，主要从事企业的化学工程与工艺方面的技术开发工作。