氧化锌粉末
氧化锌[3]（英文：Zinc Oxide），俗称锌白，化学式为ZnO，是锌的一种氧化物。难溶于水，可溶于酸和强碱。氧化锌是一种常用的化学添加剂，广泛地应用于塑料、陶瓷、玻璃、水泥制品、合成橡胶、润滑油、油漆、药膏、粘合剂、密封剂、颜料、食品、电池、阻燃剂等产品的制作中。自然界中的氧化锌存在于红锌矿中，但工业生产中使用的氧化锌通常以燃烧锌或焙烧闪锌矿的方式取得。
氧化锌也是一种半导体材料。氧化锌的能带隙和激子束缚能较大，透明度高，有优异的常温发光性能，在液晶显示器、隔热玻璃、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有应用。
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理化常数
CAS编号：1314-13-2
化学式：ZnO
分子量：81.37
外观：白色固体
相对密度：5.606
熔点：1975 °C（分解）
沸点：2360 °C
在水中溶解度：0.16 mg / 100 mL（30 °C）
能带隙：3.3eV
标准摩尔生成焓：-348.0 kJ / mol
标准摩尔熵：43.9 J / (K ·mol)
MSDS编号：ICSC 0208
EU分类：对环境有害（N）
警示性质标准词：R50/53（对水生生物有剧毒，可能对水生环境造成长期的不良影响）
安全建议标准词：S60（物质及容器必须按危险废物放置）、S61（防止排向环境）
闪点：1436 °C
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化学性质
氧化锌主要以白色粉末或红锌矿石的形式存在。红锌矿中含有的少量锰元素等杂质使得矿石呈现黄色或红色。氧化锌晶体受热时，会有少量氧原子溢出（800 °C时溢出氧原子占总数0.00 7%），使得物质显现黄色。当温度下降后晶体则恢复白色。
当温度达1975 °C时氧化锌会分解产生锌蒸气和氧气。单质碳可用于氧化锌中锌的还原，在高温条件下发生反应：
·ZnO + C → Zn + CO
氧化锌是一种两性氧化物，难溶于水或乙醇，但可溶于大多数酸，例如盐酸：
·ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O
同时可以与强碱反应生成可溶性锌酸盐，例如与氢氧化钠反应：
·ZnO + 2NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4]
氧化锌在脂肪酸中可发生缓慢的反应，生成相应的羧酸盐，如油酸盐和硬脂酸盐。氧化锌可以与硫化氢发生反应，在工业生产中该反应常用来除去混合气体中的硫化氢：
·ZnO + H2S → ZnS + H2O
氧化锌与浓氯化锌水溶液混合时生成碱式氯化锌，具有类似水泥的硬化性质，常用于牙科手术。氧化锌和磷酸反应生成的四水合磷酸锌（Zn3(PO4)2·4H2O）也具有相同的性质。
氧化锌与镁粉、铝粉、氯化橡胶、亚麻籽油接触会发生剧烈反应，发生起火或爆炸的危险。含有氧化锌的软膏与水混合暴露在紫外线光下则可产生过氧化氢。
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物理性质
晶体结构
氧化锌两种晶体结构
氧化锌晶体有三种结构：六边纤锌矿结构、立方闪锌矿结构，以及比较罕见的氯化钠式八面体结构。纤锌矿结构在三者中稳定性最高，因而最常见。立方闪锌矿结构可由逐渐在表面生成氧化锌的方式获得。在两种晶体中，每个锌或氧原子都与相邻原子组成以其为中心的正四面体结构。八面体结构则只曾在100亿帕斯卡的高压条件下被观察到。
纤锌矿结构、闪锌矿结构有中心对称性，但都没有轴对称性。晶体的对称性质使得纤锌矿结构具有压电效应和焦热点效应，闪锌矿结构具有压电效应。
纤锌矿结构的点群为6mm（国际符号表示），空间群是P6 3mc。晶格常量中，a = 3.25 埃，c = 5.2 埃；c/a比率约为1. 60，接近1.633的理想六边形比例。在半导体材料中，锌、氧多以离子键结合，是其压电性高的原因之一。
力学性能
氧化锌的硬度约为4.5，是一种相对较软的材料。氧化锌的弹性常数比氮化镓等III-V族族半导体材料要小。氧化锌的热稳定性和热传导性较好，而且沸点高，热膨胀系数低，在陶瓷材料领域有用武之地。
在各种具有四面体结构的半导体材料中，氧化锌有着最高的压电张量。该特性使得氧化锌成为机械电耦合重要的材料之一。
电学性质
在室温下，氧化锌的能带隙约为3.3 eV，因此，纯净的氧化锌是无色透明的。高能带隙为氧化锌带来击穿电压高、维持电场能力强、电子噪声小、可承受功率高等优点。氧化锌混入一定比例的氧化镁或氧化镉，会使能带隙在3-4 eV之间变化。
即使没有掺入任何其它物质，氧化锌具有N型半导体的特征。N型半导体特征曾被认为与化合物原子的非整比性有关，而对纯净氧化锌的研究则成为一个反例。使用铝、镓、铟等第III主族元素或氯、碘等卤素可以调节其N型半导体性能。而要将氧化锌制成P型半导体则存在一定的难度。可用的添加剂包括锂、纳、钾等碱金属元素，氮、磷、砷等第V主族元素，铜、银等金属，但都需要在特殊条件下才具有效用。
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制备途径
全球氧化锌的年产量在1000万吨左右，[1]主要有三种生产方法。
间接法
间接法的原材料是经过冶炼得到的金属锌锭或锌渣。锌在石墨坩埚内于1000 °C的高温下转换为锌蒸汽，随后被鼓入的空气氧化生成氧化锌，并在冷却管后收集得氧化锌颗粒。间接法是于1844年由法国科学家勒克莱尔（LeClaire）推广的，因此又称为法国法。间接法生产氧化锌的工艺技术简单，成本受原料的影响较大。
间接法生产的氧化锌颗粒直径在0.1-10微米左右，纯度在9 9.5%-99.7%之间。按总产量计算，间接法是生产氧化锌最主要的方法。间接法生产的氧化锌可用于橡胶、压敏电阻、油漆等产业。锌锭或锌渣的重金属含量直接影响产物的重金属杂质含量，重金属含量低的产品，还可用于家畜饲料、药品、医疗保健等产业。
直接法
直接法以各种含锌矿物或杂物为原料。氧化锌在与焦炭加热
反应时，被还原成金属锌被蒸汽，同时再被空气中的氧气氧化为氧化锌，以除去大部分杂质。直接法获得的氧化锌颗粒粗，产品纯度在75%-95%之间，一般用于要求较低的橡胶、陶瓷行业。
湿化学法
湿化学法大体可分为两类：酸法与氨法。二者分别使用酸或碱与原料反应，而后制备碳酸锌或氢氧化锌沉淀。经过过滤、洗涤、烘干和800 °C的煅烧后，最终得到粒径在1-100纳米的高纯度轻质氧化锌。
酸法通常是将含锌原料与硫酸反应，得到含有重金属离子的非纯净的硫酸锌溶液。然后经过氧化除杂、还原除杂，以及多次沉淀，除去大量的铁、锰、铜、铅、镉、砷等离子，得到纯净的硫酸锌溶液。将此溶液与纯碱中和，得到固体的碱式碳酸锌。碱式碳酸锌经洗涤、烘干及煅烧，得到轻质氧化锌。酸法生产的产品质量较高。
氨法通常是用氨水及碳铵与含锌原料反应，得到锌氨络合物，然后除杂，得到合格的锌氨络合溶液，然后经过蒸氨，使锌氨络合物转换为碱式碳酸锌。最后经烘干、煅烧而得到轻质氧化锌。氨法的成本相对较低。
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应用领域
橡胶制造
工业生产的氧化锌有50%流向橡胶工业。氧化锌和硬脂酸作为橡胶硫化的重要反应物，是橡胶制造的原料之一。氧化锌和硬脂酸的混合加强了橡胶的硬化度。氧化锌也是汽车轮胎的重要添加剂。除了硫化作用，氧化锌能大大提高橡胶的热传导性能，从而有助于轮胎的散热，保证行车安全。氧化锌添加剂同时也阻止了霉菌生物或紫外线对橡胶的侵蚀。
硅酸盐工业
氧化锌是水泥的一种添加剂，能缩减水泥的硬化时间，并提高水泥的防水性能。在玻璃、陶瓷的制作中，氧化锌可用作助熔剂，降低玻璃和陶瓷的烧结温度。
添加铝、镓和氮的氧化锌的透明度达90%，可用作玻璃涂料，让可见光通过的同时反射红外线。涂料可涂在窗户玻璃的内或外，以达到保温或隔热的效果。
医药卫生
氧化锌具有除臭、抗菌的功能，因而常被添加入棉织物、橡
胶、食品包装等。在食品中添加的氧化锌不仅具有一定的防腐作用，更能作为锌源为人体补充必需的锌元素。
氧化锌可用于改良皮肤健康状况，如婴儿爽身粉、尿布疹药膏、锌膏、抗头屑洗发水和防腐药剂。混有约0.5%氧化铁的氧化锌被称为炉甘石，制造用于治疗急性瘙痒性皮肤病的炉甘石洗剂。一些运动绷带也掺入了氧化锌，防止运动员在运动中发生软组织损伤。
氧化锌吸收波长280-400nm的紫外线的能力格外强，因此常应用于各种防晒霜产品中，以防止晒伤和其他由紫外线引起的皮肤病。
以氧化锌为原料的丁香油氧化锌粘固粉可用作补牙材料或窝洞封闭材料，而氧化锌常作为丁香油氧化锌粘固粉的简称。
氧化锌是香烟过滤嘴的一种添加物，混合氧化锌和氧化铁的木炭过滤嘴能够除去烟雾中的大量氰化氢和硫化氢，而不会影响其香味。
着色材料
锌白颜料
氧化锌在颜料中称为锌白，[4]其透明度介于立德粉和二氧化钛之间。中国白是一种特殊的锌白，是画家绘画的一种颜料。锌白相对于传统的白铅，在阳光下能保持永久，它不会受含硫空气的污染，而且无毒、价廉。
含有氧化锌的油漆是传统的金属防腐涂料，对镀锌铁效果尤佳。相比有机涂料，氧化锌的着色力和遮盖力强，而且能够防霉菌、防紫外线辐射，具有更好的防腐效果。
电子领域
氧化锌在常温下的能带隙很高，因此常用来制造激光二极管和发光二极管。而相对于能带隙同样很高的氮化镓，氧化锌具有更大的激子结合能（室温下约60meV），因而发光亮度更高。此外，氧化锌在高能射线和湿化学腐蚀下的稳定性也是其被广泛应用的重要原因。
掺有铝元素的氧化锌被用作透明电极，该复合材料的成本和毒性比传统的氧化铟锡要小得多。氧化锌已经在太阳能电池和液晶显示屏上得到应用。
氧化锌也可以用来制造透明薄膜晶体管（TTFT），由于其属于场效应管，元件并不需要PN结，从而避免了氧化锌难以制成P型半导体的问题。
纳米级别大小的氧化锌棒状颗粒被用于制造测定空气成分的传感器。空气中的特定成分与传感器上的各种纳米材料接触，并产生对应的电信号。
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使用历史
人类很早便学会了使用氧化锌作涂料或外用医药，但人类发现氧化锌的历史很难追溯。
在古印度医学著作《查卡拉本集》中记载了一种后被认定是氧化锌的药物，用来治疗眼疾和外伤。公元1世纪，希腊医生迪奥斯科里季斯也曾提到用氧化锌做药膏。阿维森纳于1025年完成的《回回药方》中将氧化锌描述为治疗各种皮肤疾病，包括皮肤癌的首选药品。现今，人们不再用氧化锌治皮肤癌，但仍广泛用于其它普通皮肤病症。
罗马人早在公元前200年便学会用铜和含氧化锌的锌矿石反应制作黄铜。氧化锌在竖炉中化作锌蒸汽，滚进烟道发生反应。迪奥斯科里季斯同样对此有所介绍。
公元12世纪起，印度人认识了锌和锌矿，并开始用原始的方式冶锌。冶锌技术在17世纪传入中国。1743年，英国布里斯托尔建立了欧洲第一个锌冶炼工厂。[2]
氧化锌的另一主要用途是用作涂料，称为锌白。1834年，锌白首次成为水彩颜料，但锌白难溶于油。不过很快问题就由新的氧化锌生产工艺解决。1845年，勒克莱尔开始在巴黎大规模生产锌白油画颜料，到1850年，锌白在整个欧洲流行开来。锌白的纯净度很高，以至于在19世纪末，一些艺术家在画上涂满锌白作为底色，然而这些画作经过百年后都出现了裂纹。
在20世纪后半叶，氧化锌多用在了橡胶工业。在20世纪7 0年代，氧化锌的第二大用途是复印纸添加剂，但在21世纪氧化锌作复印纸添加剂的做法已经被淘汰。
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安全问题
氧化锌可添入食品中以防腐或补充锌元素，但是产品要求严格，尤要控制有害重金属元素含量。
氧化锌本身是无毒的，但可吸入的氧化锌颗粒是有害的。冶锌工业、黄铜制备、镀锌工作中都有可能产生氧化锌的烟。为防止烟雾，镀锌的铁不能够直接焊接，需要首先除去表面的锌膜。
实验七 沉淀法制备纳米氧化锌粉体 一、实验目的 1、了解沉淀法制备纳米粉体的实验原理。 2、掌握沉淀法制备纳米氧化锌的制备过程和化学反应原理。 3、了解反应条件对实验产物形貌的影响，并对实验产物会表征分析。 二、实验原理 氧化锌是一种重要的宽带隙(3.37 eV)半导体氧化物，常温下激发键能为60 meV 。近年来，低维（0维、1维、2维）纳米材料由于具有新颖的性质已经引起了人们广泛的兴趣。氧化锌纳米材料已经应用在纳米发电机、紫外激光器、传感器和燃料电池等方面。通常的制备方法有蒸发法、液相法。我们在这里主要讨论沉淀法。 沉淀法是指包含一种或多种离子的可溶性盐溶液，当加入沉淀剂(如OH --，CO 32-等)后，或在一定温度下使溶液发生水解，形成不溶性的氢氧化物、氧化物或盐类从溶液中析出，并将溶剂和溶液中原有的阴离子洗去，得到所需的化合物粉料。 均匀沉淀法是利用化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢均匀地释放出来。而加入的沉淀剂不是立即在溶液中发生沉淀反应，而是通过沉淀剂在加热的情况下缓慢水解，在溶液中均匀地反应。 纳米颗粒在液相中的形成和析出分为两个过程，一个是核的形成过程，称为成核过程；另一个是核的长大，称为生长过程。这两个过程的控制对于产物的晶相、尺寸和形貌是非常重要的。 制备氧化锌常用的原料是可溶性的锌盐,如硝酸锌Zn(NO 3)2、氯化锌ZnCl 2、醋酸锌。常用的沉淀剂有氢氧化钠（NaOH ）、氨水（NH 3. H 2O ）、尿素（CO(NH 2)2）。一般情况下，锌盐在碱性条件下只能生产Zn(OH)2沉淀，不能得到氧化锌晶体，要得到氧化锌晶体通常需要进行煅烧高温。均匀沉淀法通常使用尿素作为沉淀剂，通过尿素分解反应在反应过程中产生NH 3 H 2O 与锌离子反应产生沉淀。反应如下： O H NH CO O H NH CO 23222223)(?+→+ (1) OH -的生成： -+ +→?OH NH O H NH 423 (2) CO 32-的生成： O H CO NH CO O H NH 223422322++→+?-+ (3)
1．纳米氧化锌的性质 1.1表面效应 表面效应是指纳米粒子表面原子与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化，随着粒径减小,表面原子数迅速增加，另外 ,随着粒径的减小,纳米粒子的表面积、表面能及表面结合都迅速增大这主要是由于粒径越小,处于表面的原子数越多表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同表面原子周围缺少相邻的原子,有许多悬空键,具有不饱和性质 ,易与其它原子相结合而稳定下来,故具有很大的化学活性 ,晶体微粒化伴有这种活性表面原子的增多,其表面能大大增加伴随表面能的增加 ,其颗粒的表面原子数增多 ,表面原子数与颗粒的总原子数的比值被增大 ,于是便产生了“表面效应”,即“表面能”与“体积能”的区分就失去了意义 ,使其表面与内部的晶格振动产生了显著变化 ,导致纳米材料具有许多奇特的性能 1.2体积效应 当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时,周期性的边界条件将被破坏,磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化剂及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化 ,这就是纳米粒子的体积效应这种体积效应为实用开拓了广阔的新领域。 2.纳米氧化锌的制备技术 制备纳米氧化锌的方法主要是物理法和化学法。其中,化学法是常用的方法。 2.1物理法 物理法包括机械粉碎法和深度塑性变形法。机械粉碎法是采用特殊的机械粉碎、电火花爆炸等技术 ,将普通级别的氧化锌粉碎至超细。其中张伟等人利用立 式振动磨制备纳米粉体 ,得到了α-Al 2O 3 ，ZnO、MgSiO 3 等超微粉 ,最细粒度达 到 0. 1μm此法虽然工艺简单 ,但却具有能耗大,产品纯度低 ,粒度分布不均匀 ,研磨介质的尺寸和进料的细度影响粉碎效能等缺点。最大的不足是该法得不到1—100nm 的粉体 ,因此工业上并不常用此法;而深度塑性变形法是使原材料在净静压作用下发生严重塑性形变 ,使材料的尺寸细化到纳米量级。这种独特的方法最初是由 Islamgaliev 等人于 1994 年初发展起来的。该法制得的氧化锌粉体纯度高，粒度可控,但对生产设备的要求却很高。总的说来 ,物理法制备纳米氧化锌存在着耗能大 ,产品粒度不均匀,甚至达不到纳米级,产品纯度不高等缺点,工业上不常采用,发展前景也不大。 2.2化学法 化学法具有成本低 ,设备简单 ,易放大进行工业化生产等特点。主要分为溶胶-凝胶法、醇盐水解法、直接沉淀法、均匀沉淀法等。 2.2.1溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法制备纳米粉体的工作开始于 20 世纪60年代。近年来,用此法制备纳米微粒、纳米薄膜、纳米复合材料等的报道很多。它是以金属醇盐Zn(OR) 2为原料 ,在有机介质中对其进行水解、缩聚反应 ,使溶液经溶胶化得到凝胶 ,凝胶再经干燥、煅烧成粉体的方法。此法生产的产品粒度小、纯度高、反应温度低(可以比传统方法低 400 —500 ℃) ,过程易控制;颗粒分布均匀、团聚少、介电性能较好。但成本昂贵 ,排放物对环境有污染 ,有待改善。
氧化锌是橡胶和轮胎工业必不可少的添加剂，也用作天然橡胶、合成橡胶及胶乳的硫化活性剂和补强剂以及着色剂。如果将普通氧化 锌制成纳米氧化锌用于橡胶中，则可以充分发挥硫化促进作用，提高橡胶的性能，其用量仅为普通氧化锌的30%～50%。氧化锌表面 积研究是非常重要的，氧化锌表面积检测数据只有采用bet方法检测出来的结果才是真实可靠的，国内目前有很多仪器只能做直接对 比法的检测，现在国内也被淘汰了。 目前国内外比表面积测试统一采用多点bet法，国内外制定出来的比表面积测定标准都是以bet测试方法为基础的，请参看 我国国家标准（gb/t 19587-2004）-气体吸附bet原理测定固态物质比表面积的方法。比表面积检测其实是比较耗费时间的工作，由 于样品吸附能力的不同，有些样品的测试可能需要耗费一整天的时间，如果测试过程没有实现完全自动化，那测试人员就时刻都不能 离开，并且要高度集中，观察仪表盘，操控旋钮，稍不留神就会导致测试过程的失败，这会浪费测试人员很多的宝贵时间。f-sorb 2400比表面积分析仪是真正能够实现bet法检测功能的仪器（兼备直接对比法），更重要的f-sorb 2400比表面积分析仪是迄今为 止国内唯一完全自动化智能化的比表面积检测设备，其测试结果与国际一致性很高，稳定性也很好，同时减少人为误差，提高测试结 果精确性。 在化学工业中，氧化锌被广泛用作催化剂、脱硫剂，如合成甲醇时作催化剂，合成氨时作脱硫剂；纳米氧化锌的表面高活性 可以提高催化剂的选择性能和催化效率，具有广泛的潜在应用市场。 在涂料工业中，氧化锌除了具有着色力和遮盖力外，又是涂料中的防腐剂和发光剂；此外，纳米氧化锌优异的紫外线屏蔽能力使其在 涂料的抗老化等方面具有更加突出的特性。在医药卫生和食品工业中，氧化锌具有拔毒、止血、生肌收敛的功能，也用于橡皮膏原料，而且对于促进儿童智力发育具有帮助；纳米氧化锌用于食品卫生行业的需求在逐步扩大，但是产品要求也比较严格，尤其是有害 的重金属元素含量。 在玻璃工业中，氧化锌用在特种玻璃制品中；在陶瓷工业中，氧化锌用作助熔剂；在印染工业中，氧化锌用作防染剂；纳米 氧化锌由于颗粒细、活性高，可以降低玻璃和陶瓷的烧结温度，此外利用纳米氧化锌制备的陶瓷釉面更加光洁，而且具有抗菌、防酶、除臭等功效。 氧化锌作用补充： 在电子工业中，氧化锌既是压敏电阻的主原料，也是磁性、光学等材料的主要添加剂。采用纳米氧化锌制备压敏电阻，不仅 具有较低的烧结温度，而且压敏电阻性能得到提高，如通流能力、非线性系数等。纳米氧化锌在光学器件中的应用将随着纳米氧化锌 光学性能的深入研究会取得比较大的突破。 氧化锌是一种白色或微带黄色的细微粉末，易分散在橡胶和乳胶中，是天然橡胶、合成橡胶的补强剂，活性剂及硫化剂，也是白色胶 料的着色剂和填充剂。胶料中加入活性氧化锌后，能使橡胶具有良好的耐磨性，耐撕裂性和弹性。用于油漆、油墨、漆布的着色，印 染工业用的印花防染剂，在火柴工业中用于中和牛皮胶的酸性，增加胶粘效果，医药工业用作橡皮膏的原料，此外也用于颜料锌铬黄、醋酸锌、碳酸锌、氯化锌等的制造，合成甲醇的催化剂，合成氨的脱硫剂，玻璃和釉料生产，颗粒细的活性氧化锌（粒径0.1um左右）可用作聚烯烃和聚氯乙烯等塑料的光稳定剂，氧化锌也用于压敏、光催化、光电极、涂料、彩电显影等领域。 氧化锌作白色颜料。由于活性氧化锌具有良好的活化性能，在橡胶制品中得到了越来越广泛的应用，如在v型带中不仅能等量代替普 通的氧化锌，且能减少1/2—1/3的用量，使橡胶的各种性能指标稳定，硫化性能不受影响，降低了生产成本。细粒的氧化锌可用作 医药品。由于氧化锌对紫外线吸收能力强，人们越来越重视氧化锌在化妆品的应用，如开发的粒径为0.01—0.04um的氧化锌微粒子，其紫外线的吸收率、透明度均比历来用的二氧化钛微粒子好。 用透明氧化锌做的涂膜可有效地防止涂膜变色。这种氧化锌除作化妆品外，还可用作汽车漆、家具建筑材料、油墨、油彩的 原料，也可用于橡胶、塑料的防老化剂。最近开发的食品包装透明薄膜就是将透明氧化锌涂覆在聚乙烯薄膜上，既可提高塑料薄膜的 抗紫外线能力，同时也保护了食品的质量。随着高新技术的发展，人们正在开发利用作为金属、陶瓷的补强材料的氧化锌晶须材料及 陶瓷、塑料过滤膜用材料、气体传感元件、电磁屏蔽材料和大比表面积的氧化锌材料。 氧化锌应用领域 一、橡胶轮胎行业 1、高级黑色及深色橡胶轮胎、子午线轮胎 作用：提高产品的导热性能、耐磨性能、抗撕裂性能、拉伸强度等项指标，并可节省氧化锌用量30%左右。 二、橡胶制品
P型氧化锌薄膜的结构及其制备 摘要:氧化锌(ZnO)是一种直接带隙宽禁带(3.37eV)II-VI族化合物半导体材料，具有较大的激子束缚能(60meV)，具有优良的压电、光电、气敏、压敏等性质的材料，在透明导体、发光元件、太阳能电池窗口材料、光波导器、单色场发射显示器材料、表面声波元件以及低压压敏电阻器等方面具有广泛的用途。ZnO薄膜的制备方法多样，各具优缺点。本文综述了ZnO薄膜的制备及性质特征，并对其发展趋势及前景进行了探讨。 关键词：ZnO薄膜；制备；发展前景 1ZnO结构 ZnO有三种晶体结构，分别是立方NaCl，闪锌矿和六角纤锌矿构，如图1所示，在常温常压下，ZnO的热稳定相为六方纤锌矿结构[5]，具有六方对称性。纤锌矿ZnO的晶格常数是a=3.2498 ?，C=5.2066 ?。在C轴方向上，Zn原子与02原子的间距为0.196nm，在其他三个方向上为0.198nm。ZnO的结构可简单地描述为由Zn原子面和O原子面沿C轴交替排列而成，其中Zn和O原子为相互四面体配位，从而Zn 和0在位置上是等价的。这种排列导致ZnO具有一个Zn极化面和一个O极化面，这种C面的极化分布使得两个面具有不同的性质，导致该结构缺乏对称中心。另外，ZnO的纤锌矿结构相当于0原子构成简单六方密堆积，Zn原子填塞于半数的四面体隙中。 图1 ZnO的晶体结构：（a）立方NaCl结构 （b）闪锌矿结构（c）六角纤锌矿结构 2.p型ZnO薄膜的制备方法 2.1分子束外延技术（MBE）
分子束外延(MBE)是一种真空蒸发技术,把原材料通过加热转化为气态,然后在真空中膨胀,再在衬底上凝结,进行外延生长。典型的MBE设备由束源炉、样品台和加热器、控制系统、超高真空系统(包括真空生长室和机械泵、分子泵、离子泵、升华泵等, 真空度可达到1×10- 8 Pa以上)和检测分析系统(高能电子衍射仪、离子溅射枪、俄歇分析仪和四极质谱仪等)组成。 矫淑杰等[2]利用分子束外延的方法, 采用高纯金属锌作为Zn源，通过射频等离子体源激发气体源NO产生激活的N和O,在蓝宝石c平面上外延生长了p型ZnO薄膜。当生长温度为300℃,NO气体流量为1.0sccm,射频功率为300W时,可获得了重复性很好的p型ZnO,且载流子浓度最大可达1.2×1019cm- 3,迁移率为0.0535 cm2/(V·s), 电阻率为9.50Ω·cm。 2.2超声喷雾热分解法(USP) 超声喷雾热分解法是由制备太阳能电池电极发展而来的, 通过将金属盐溶 液雾化后喷入高温区,使金属盐在高温下分解形成薄膜。在制备ZnO薄膜时，原料一般是溶解在醇类中的醋酸锌。此法非常容易实现掺杂,通过加入氯盐掺杂Al和In 等元素,可以获得电学性质优异的薄膜,还可以制备出具有纳米颗粒结构、性能优异的薄膜。喷雾热分解法在常压下进行, 可以减少真空环境下生长的ZnO 薄膜中的氧空位, 从而弱化施主补偿作用, 有利于p型掺杂的实现。虽然此法的设备与工艺简单, 但也可生长出与其他方法可比拟的优良的ZnO薄膜。 焦宝臣等[3]通过超声雾化热分解技术, 利用N-Al共掺的方法，在corning 7059衬底上制备了p型透明ZnO薄膜。以醋酸锌和醋酸氨分别作为ZnO源和N掺杂源,掺杂源Al由硝酸铝提供。制得的ZnO具有c轴择优生长，在可见光范围内的透过率达到90%以上，且电阻率为4.21Ω·cm、迁移率是0.22cm2/( V·s)、载流子浓度为6. 68×1018cm﹣3。 2.3磁控溅射法（MS） 磁控溅射是利用高能粒子轰击靶材,使靶材原子或分子被溅射出来并沉积到衬底表面的一种工艺,主要分为直流磁控溅射、射频磁控溅射和中频磁控溅射。MS法要求较高的真空度(初始压强达1×10-4 Pa ,工作压强约为1×10-1Pa),合适的溅射功率及衬底温度,保护气体一般用高纯的氩气,反应气体为氧气。MS法适用于大面积沉积,可以通入不同的溅射气氛,靶材选择范围也比较广泛,因而能够有效实
氧化锌的作用—在橡胶中 的作用 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
氧化锌的作用——在橡胶中的作用 氧化锌是天然胶乳的活性剂。有时也用作补强剂和着色剂。按其生产方法不同可分为、、三种。它是橡胶工业最重要的无机活性剂，加入胶料不仅能加快硫化速度，还能提高交联度。对噻唑类、次磺酰胺类、胍类、秋兰姆类促进剂有活化作用。广泛用于各类橡胶制品，尤其是用于透明橡胶制品和与食物接触的制品。 工业生产的氧化锌有50%流向橡胶工业。和作为橡胶硫化的重要反应物，是橡胶制造的原料之一。氧化锌和硬脂酸的混合加强了橡胶的硬化度。氧化锌也是汽车轮胎的重要添加剂。除了硫化作用，氧化锌能大大提高橡胶的热传导性能，从而有助于轮胎的散热，保证行车安全。氧化锌添加剂同时也阻止了霉菌生物或紫外线对橡胶的侵蚀。 ⑴．氧化锌在橡胶轮胎行业中作用（高级黑色及深色橡胶轮胎、子午线轮胎）：提高产品的导热性能、耐磨性能、抗撕裂性能、拉伸强度等项指标，并可节省用量30%左右。 ⑵. 氧化锌在橡胶制品中作用： ①主要用作橡胶的补强剂，以使橡胶具有良好的耐腐蚀性、抗撕裂性和弹性、伸长率。 ②用于橡胶硫化工艺的促进剂，是多功能橡胶配合剂，主要用于天然胶、合成胶、胶乳的硫化活性剂兼补强剂。
③用作硫化活性剂时，在胶料中分布均匀，与硫化氢的接触面积大，进行界面反应机遇较大，再加上本活性氧化锌产品有活性物质的助催化作用，使氧化锌转化为硫化锌的转化率高。 ④作为硫化氧化剂，其作用是提升促进剂活性，减少促进剂的用量，缩短硫化周期。 ⑤能加快硫化速度，提高硫化胶的导热性，使硫化更彻底。 ⑥在橡胶行业中，特别是透明橡胶制品生产中，活性氧化锌是极好的硫化活性剂。 ⑶. 氧化锌在合成橡胶中作用：作活化剂，硫化促进剂和补强剂，且有着色作用。促进橡胶的硫化、活化和补强、防老化作用，能加强硫化过程，提高橡胶制品耐撕裂性、耐磨性。 ⑷. 氧化锌在天然橡胶中的作用：作硫化活化剂，促进橡胶的硫化、活化和补强、防老化作用，能加强硫化过程，提高橡胶制品耐撕裂性、耐磨性。 ⑸. 氧化锌在中的作用：作活化剂，促进橡胶的硫化、活化和补强、防老化作用，能加强硫化过程，提高橡胶制品耐撕裂性、耐磨性。 ⑹. 氧化锌在白色乳胶中的作用：作着色剂和填充剂。 ⑺. 氧化锌在氯丁橡胶中的作用：作硫化剂及增加导热性能的配合剂。 ⑻. 氧化锌在制鞋业（橡胶鞋、雨靴、橡胶手套等劳保制品）中的作用（橡胶鞋、雨靴、橡胶手套等劳保制品）：提高耐磨性及防老化，延长使用寿命。
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
氧化物薄膜半导体材料的研制及应用 ZnO 薄膜的结构、性能应用和制备 摘要:介绍了宽禁带半导体ZnO 薄膜的结构、主要性质、制备工艺和应用等几方面内容。 关键词:ZnO 薄膜;结构;性质;制备 Abstract:The crystal structure,basic performance, and preparation of ZnO films with wide forbidden band were reviewed. Key words: ZnO thin film;crystal structure;nature;preparation 1 引言 ZnO是II- VI 族宽禁带直接带隙化合物半导体, 室温下禁带宽度约为3.3 eV, 激子束缚能为60 meV,可以实现室温下的激子发射。自1997年报道了ZnO薄膜紫外受激发射现象以后,成为半导体材料研究热点,与GaN、SiC 一起被称为第三代半导体材料。但目前ZnO薄膜之所以并没有达到广泛应用的地步,有两个重大难题:一是如何实现ZnO 的高浓度P型掺杂从而制作出p-n结;二是如何制备高质量ZnO薄膜。[1]本文对ZnO薄膜结构、性质、制备等做了部分总结,为制备一些高质量ZnO 薄膜及应用提供一些参考。 2 ZnO及ZnO薄膜的结构 ZnO晶体一般情况下为六方纤锌矿结构,具有六方对称性,6mm点群,P63mc空间群,晶格常数a=0.325nm,c=0.521nm。值得注意的是ZnO的纤锌矿结构相当于O 原子构成简单六方密堆积,Zn原子则填塞于半数的四面体隙中,而半数四面体隙是空的。因此,ZnO具有相对开放的晶体结构,外来掺杂物容易进入其晶格中而不改变晶体结构,这就为外来掺杂创造了条件。[2]优质的ZnO薄膜具有C轴择优取向生长的众多晶粒,每个晶粒也都是生长良好的六角形纤锌矿结构[3],根据其外来掺杂的特殊性可具备多种应用特性。
新型氧化锌在橡胶工业中的应用 市化工厂 坤照黄利炫黄改娟 氧化锌在橡胶工业生产中是主要的无机活性剂、补强剂。自1912年发现氧化锌在橡胶中作为活性剂使用至今仍是硫化体系中最好的活性剂，也是无法取代的活性剂。它与硬脂酸、硫磺、促进剂一起组成硫化体系，加快硫化速度，提高交联密度。但氧化锌行业属消耗资源性行业，锌又是不可再生资源。而我国又是锌资源相对紧缺国家，近几年已成纯粹锌进口国，然而在橡胶制品生产过程中释放出大量的锌，会对环境、人体健康，尤其对水生物造成潜在的危害。因此，研制生产一种低锌、高效、环保的新型纳米ZnO来替代普通氧化锌是橡胶行业、氧化锌行业未来发展的必然趋势，也是未来必走之路。 目前，国氧化锌有普通氧化锌（直接法、间接法）、活性氧化锌、纳米氧化锌，2006年市化工厂又研制生产的第四代纳米级高反应界面活性氧化锌HN-50，采用新工艺、新配方，是一种包敷状纳米活性氧化锌。包敷状纳米活性氧化锌它具有高反应界面、比表面积大、灼烧减量大、
分散性强、有效锌高的特点。因而，在橡胶应用配方中可与99.7%普通间接ZnO同等量使用，且保证胶料物理机械性能不变。属低锌、节能、高效、环保的新型纳米材料。本文主要实验包敷状纳米级高反应界面活性氧化锌HN-50与普通间接法氧化锌99.7%的性能对比。 下面就是市化工厂生产的包敷状纳米级高反应界面活性氧化锌HN-50与（海鸥牌）普通间接法氧化锌99.7%性能对比如下： 一、纳米级高反应界面活性氧化锌HN-50与普通氧化锌化学成份分析如下：（表1） 注：铜、锰、铅含量均采用原子吸收火焰法，比表面积测定采用氮吸附比表面积测定仪。（原子吸收分光光度计
沉淀法制备纳米氧化锌粉体 一、实验目的 1.了解沉淀法制备纳米粉体的实验原理。 2.掌握沉淀法制备纳米氧化锌的制备过程和化学反应原理。 3.了解实验产物粒度的表征手段，掌握激光纳米粒度仪的使用。 4.了解沉淀剂、实验条件对产物粒径分布的影响。 二、实验原理 氧化锌是一种重要的宽带隙（3.37eV）半导体氧化物，常温下激发键能为60meV。近年来，低维（0维、1维、2维）纳米材料由于具有新颖的性质已经引起了人们广泛的兴趣。纳米氧化锌由于晶粒的细微化，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，已经广泛的应用在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域。纳米氧化锌的制备方法有物理法和化学法，物理法主要包括机械粉碎法和深度塑形变形法，化学法包括沉淀法、溶胶—凝胶法、水热法、微乳液法等方法。本实验采用沉淀法制备纳米氧化锌粉体。 沉淀法包括直接沉淀法和均匀沉淀法。直接沉淀法是制备纳米氧化锌广泛采用的一种方法。其原理是在包含一种或多种离子的可溶性盐溶液中，加入沉淀剂（如OH-，CO32-等）后，在一定条件下生成沉淀并使其沉淀从溶液中析出，再将阴离子除去，沉淀经热分解最终制得纳米氧化锌。其中选用不同的沉淀剂，可得到不同的沉淀产物。均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子从溶液中缓慢地、均匀地释放出来，所加入的沉淀剂并不直接与被沉淀组分发生反应，而是通过沉淀剂在加热的情况下缓慢水解，在溶液中均匀地反应。 纳米颗粒在液相中的形成和析出分为两个过程，一个是核的形成过程，称为成核过程；另一个是核的长大，称为生长过程。这两个过程的控制对于产物的晶相、尺寸和形貌是非常重要的。 制备氧化锌常用的原料是可溶性的锌盐，如硝酸锌Zn(NO3)2、氯化锌ZnCl2、醋酸锌ZnAc2。常用的沉淀剂有氢氧化钠（NaOH）、氨水（NH3·H2O）、尿素（CO(NH2)2）等。一般情况下，锌盐在碱性条件下只能生成Zn(OH)2沉淀，不能得到氧化锌晶体，要得到氧化锌晶体需要进行高温煅烧。均匀沉淀法通常使用尿素作为沉淀剂，通过尿素分解反应在反应过程中产生NH3·H2O与锌离子反应生成沉淀。反应如下： OH-的生成： CO32-的生成： 形成前驱物碱式碳酸锌的反应： 热处理后得产物ZnO： 用NaOH作沉淀剂一步法直接制备纳米氧化锌的反应式如下： 该实验方法过程简单，不需要后煅烧处理就可以得到氧化锌晶体，而且可以通过调控Zn2+/OH-的摩尔比控制氧化锌纳米材料的形貌。 三、实验仪器与试剂
ZrO2粉体合成与表征 一前言 ZrO2属于新型陶瓷，由于它具有十分优异的物理、化学性能，不仅在科研领域已经成为研究热点，而且在工业生产中也得到了广泛的应用，是耐火材料、高温结构材料和电子材料的重要原料。在各种金属氧化物陶瓷材料中，ZrO2的高温热稳定性能，热性能最好，最适宜傲陶瓷涂层和高温耐火制品，以ZrO2为主要原料的锆英石基陶瓷颜料，高级釉料的重要成分；ZrO2的热导率在常见的陶瓷材料中最低，而热膨胀系数又与金属材料较为接近，成为重要的结构陶瓷材料；特殊的晶体结构，使之成为重要的电子材料；ZrO2的相变增韧等特性，成为塑性陶瓷材料的宠儿；良好的机械性能和热物理性能，使它能够成为金属基复合材料中性能优异的增强相。目前在各种金属氧化物陶瓷中ZrO2的重要作用仅次于Al2O3由于氧化锆材料具有高硬度，高强度，高韧性，极高的耐磨性及耐化学腐蚀性等等优良的物化性能，氧化锆已经在陶瓷、耐火材料、机械、电子、光学、航空航天、生物、化学等等各种领域获得广泛的应用。 二结构性质 氧化锆是白色固体，含有杂质时会显现灰色或淡黄色，添加显色剂还可显示各种其它颜色。纯氧化锆的分子量为123.22，理论密度是5.89g/cm3，熔点为2715℃。通常含有少量的氧化铪，难以分离，但是对氧化锆的性能没有明显的影响。氧化锆有三种晶体形态：单斜、四方、立方晶相。常温下氧化锆只以单斜相出现，加热到1100℃左右转变为四方相，加热到更高温度会转化为立方相。由于在单斜相向四方相转变的时候会产生较大的体积变化，冷却的时候又会向相反的方向发生较大的体积变化，容易造成产品的开裂，限制了纯氧化锆在高温领域的应用。但是添加稳定剂以后，四方相可以在常温下稳定，因此在加热以后不会发生体积的突变，大大拓展了氧化锆的应用范围。氧化锆（化学式：ZrO2）是锆的主要氧化物，通常状况下为白色无臭无味晶体，难溶于水、盐酸和稀硫酸。一般常含有少量的二氧化铪。化学性质不活泼，但高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质，使它成为重要的耐高温材料、陶瓷绝缘材料和陶瓷遮光剂。能带间隙大约为5-7eV。 二氧化锆的晶体结构 自然界中以少见的斜锆石存在，为单斜晶系结构。高熔点的立方氧化锆也是二氧化锆晶型之一，自然界以等轴钙锆钛矿
PEG-4000在橡胶中起到的作用 ? 聚乙二醇（PEG）这个东西很常用的，各行各业都有用，在橡胶里面主要是中和填料酸性， 加快硫化速度和交联密度，具有良好的水溶性，并与许多有机物组份有良好的相溶性，具有优良的润滑性、保湿性、分散性、还能做抗静电剂及柔软剂。 一般橡胶里面用PEG-4000，如果分子量太低，相容性不好，容易析出，而且是液体，不好添加，分子量太高，单位质量的醇基团少（羟值低），中和酸性效果差点，因为4000的分子量是固体片状，好加工，添加方便，不易析出，中分子量的聚合物，和橡胶相容性好点，所以一般选择PEG-4000。 PEG作用可以概括以下几点: 1．加工助剂，可以提高胶料的压出速度，改善脱模性，并使制品表面光亮，还有助于硫化时水份的排出。在应用于轮胎及橡胶模压制品中时，PEG-4000具有良好的润滑作用， 使制品表面更光滑。在天然橡胶、合成橡胶中的生产工艺中，还可作为内脱模剂。优点是不挥发，不生产灰变，脱模后模具保持洁净。而且模压制品表面也由于它的加入而更加平滑洁净。 2．硫化活性剂，,起到调节生胶和填充剂(特别是白色)结合性能的作用，另有降低门尼，提高硫化速率的作用，特别对噻唑类促进剂有较好的活化作用，可以提高硫化速度和交联程度。尤其是EPDM白CB补强的挤出微波连续硫化的配方中。与金属粘合的制品最好不用PEG 3．酸性填料的活性剂，特别是对白炭黑，可以作为白炭黑的处理剂，以活化硫化体系。湿润白炭黑等酸性填料表面。一个反应是中和，一个类似于覆盖。因为酸性填料会吸附，请注意，是吸附促进剂。使用量和酸性填料的酸性表面积用量等等成正比。我们基本上可以理解为酸性表面已经被中和。当然另外的硫化反应也会出现酸性什么的，比如HS等。那些就交给氧化锌去搞定了 4．活化分散剂，在使用各种填料和色料的胶料中作为活化分散剂时，能减少或消除
纳米氧化锌的部分特性 薛元凤051002231 摘要：纳米材料的物理化学性能与其颗粒的形状、尺寸有着密切的关系。因此，单分散纳米材料的制备及其与尺寸相关的性能研究成为近几年人们研究的热点之一。ZnO作为一种宽禁带半导体具有独特的性质，在纳米光电器件、光催化剂、橡胶、陶瓷及化妆品领域有着广阔的应用前景，随着对不同形状的纳米ZnO的制备及其相关的性能研究不断升温，对其应用方面的研究进展不断深入，单分散纳米ZnO材料已经引起了人们越来越广泛的关注。ZnO作为一种宽禁带，高激子结合能的氧化物半导体，以其优越的磁、光、电以及环境敏感等特性而广泛地应用于透明电子元件、UV 光发射器、压电器件、气敏元件以及传感器等领域。ZnO 本身晶格结 构特点决定了在众多的氧化物半导体中是一种晶粒形态最丰富的材料。本文主讲纳米氧化锌紫外屏蔽、光电催化、气敏、磁性等特性，及纳米氧化锌在生活中、工厂作业中的用途。 关键词：紫外屏蔽光电催化气敏导电性磁性 1 引言 随着纳米科学的发展，人类对自然的认识进入到一个新的层次。材料的新性质被逐渐发掘!认识，新的理论模型被提出"著名学者钱学森院士预言：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是二十一世纪的又一次产业革命”。 纳米ZnO具有优异的光、电、磁性能，在当今一些材料研究热点领域表现活跃。与普通ZnO相比，纳米ZnO颗粒尺寸小，微观量子效应显著，展现出许多材料科学家渴望的优异性质，如压电性，荧光性，非迁移性，吸收和散射电磁波能力等。大量科研工作集中于纳米ZnO材料的制备、掺杂和应用等方面。制备均匀、稳定的纳米ZnO是首要任务，获得不同形貌的纳米结构，如纳米球、纳米棒、纳米线、纳米笼、纳米螺旋、纳米环等，将这些新颖的纳米结构材料所具有的独特性能，应用到光电、传导、传感，以及生化等领域，取得了可喜的成绩。世界各国相继大量投入，开发和利用纳米ZnO材料，使其在国防，电子，化工，冶金，航空，生物，医学和环境等方面具发挥更大的作用。 2简介 纳米氧化锌(ZnO)问世于20世纪80年代，其晶体结构为六方晶系P63mc空间群，纤锌矿结构，白色或浅黄色的晶体或粉末，无毒，无臭，系两性氧化物，不溶于水和乙醇，溶解于强酸和强碱，在空气中易吸收二氧化碳和水，尤其是活性氧化锌。
实验报告 PB13203265 李颖杰19组实验题目：氧化锌薄膜的制备 实验目的：学习制备氧化锌薄膜 实验原理： 1 制备技术概论 溅射是制备透明导电薄膜的最主要的工艺之一。溅射过程包括在阴阳极之间加一定电压，使惰性气体(如Ar)产生等离子体，靶材为阴极，衬底为阳极，等离子体中的高能离子Ar+轰击靶材料，由于动量传输，使靶材粒子逸出表面，弥散开来，并沉积在衬底表面上形成薄膜，溅射时的气压通常为10-2至10-3tor。 目前已应用的有DC,RF和磁控溅射的反应和不反应形式。下左图表示在反应溅射中溅射速率与氧分压的典型关系(功率一定时)．在低氧分压下，金属原子从靶上溅射下来，仅在衬底表面上发生氧化；在高的氧分压下，靶表面发生氧化，溅射速率明显下降，这是因为化合物的溅射通常要比金属的溅射慢得多。下右图表示在一定溅射功率下氧分压与氧流速的关系．直线表示等离子体点火之前的情况。而“磁滞”效应曲线发生在溅射之后．氧气流速达到B点时，靶表面的氧化发生，溅射速率下降，氧分压迅速增加；而当氧气流速重新退到C点时，靶表面氧化物耗尽，金属显露出来，溅射速率迅速上升氧分压迅速下降到金属溅射的情况。在AB段的溅射，形成富金属薄膜，需要在高浓度氧气中退火，形成ZnO，而在DC段溅射，形成氧化物薄膜，只需要较低氧气浓度中进行退火即可得到好的ZnO膜。为了保证薄膜的重复性生产，需尽量避免在过渡区附近工作。
2 直流溅射法和射频磁控溅射法生长ZnO 2.1 总论 用溅射工艺已制备了优质的ZnO薄膜，靶材为Zn-Al合金，也可为ZnO粉末和Al2O3粉膜的混合物烧结而成．靶中Al的含量通常为3-5wt%,Al掺入ZnO中通常使ZnO的结晶性质变坏，晶粒尺寸由200nm减至100nm．用合金靶生长的膜的沉积速率是O2分压和溅射功率的函数．随总压力变化很小，左下图表示在DC磁控溅射ZnO膜过程中，沉积速率与溅射功率的关系．在低溅射功率下，靶表面被非化学比地氧化了，溅射下来的粒子在输运和生长过程中进一步被氧化．如果功率增加，溅射下来的粒子数也增加。这意味要消耗更多的氧原子，使靶表面和溅射粒子氧化．随着功率的增加，可提供氧化靶表面的氧原子数目在减少，使靶的表面呈现更多的金属性。在氧气氛中600℃下退火30分钟，将改善薄膜质量，此与溅射沉积过程所使用的氧气分压无关．利用合金靶的DC反应溅射中，在较高的氧气分压下首先氧化靶表面,然后DC溅射氧化的靶表面．在溅射过程中，如维持DC电压不变，发现放电电流则随时间不断下降。如右下图所示 3.2 溅射制膜技术 (a)溅射的原理与设备结构 所谓溅射工艺，就是向高真空系统中充入少量所需的气体(如氩，氮，氧等)。气体分子在强电场作用下电离而产生辉光放电．气体电离后产生的带正电荷的离子受电场加速而形成高能量离子流，它们撞击在设置在阴极的靶表面上，使靶表面的原子飞溅出来，以自由原子形式或与反应气体分子形成化合物的形式淀积到衬底表面上形成薄膜层．这个过程就是溅射的基本原理．溅射设备的主体部分大致可分为两部分：即真空获得部分和电源部分。真空部分和镀膜机没有什么区别，所不同的是：溅射真空系统内装有永久性磁钢，用于产生垂直于靶表面的磁场。此磁场的主要功
目录 摘要 (1) 1.ZnO材料简介 (1) 2.ZnO材料的制备 (1) 2.1 ZnO晶体材料的制备 (1) 2.2 ZnO纳米材料的制备 (2) 3. ZnO材料的应用 (3) 3.1 ZnO晶体材料的应用 (3) 3.2 ZnO纳米材料的应用 (5) 4.结论 (7) 参考文献 (9)
氧化锌材料的研究进展 摘要介绍了氧化锌（ZnO）材料的性质，简单综述一下近几年ZnO周期性晶体材料和ZnO纳米材料的新进展。 关键词：ZnO；晶体材料；纳米材料 1.ZnO材料简介 氧化锌材料是一种优秀的半导体材料。难溶于水，可溶于酸和强碱。作为一种常用的化学添加剂，ZnO广泛地应用于塑料、硅酸盐制品、合成橡胶、润滑油、油漆涂料、药膏、粘合剂、食品、电池、阻燃剂等产品的制作中。ZnO的能带隙和激子束缚能较大，透明度高，有优异的常温发光性能，在半导体领域的液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有应用。此外，微颗粒的氧化锌作为一种纳米材料也开始在相关领域发挥作用。纳米ZnO粒径介于1-100nm之间，是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，表现出许多特殊的性质，如非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等[1–5]。下面我们简单综述一下，近几年ZnO周期性晶体材料和ZnO纳米材料的新进展。 2.ZnO材料的制备 2.1 ZnO晶体材料的制备 生长大面积、高质量的ZnO晶体材料对于材料科学和器件应用都具有重要意义。尽管蓝宝石一向被用作ZnO薄膜生长的衬底，但它们之间存在较大的晶格失配，从而导致ZnO外延层的位错密度较高，这会导致器件性能退化。由于同质外延潜在的优势，高质量大尺寸的ZnO晶体材料会有利于紫外及蓝光发射器件的制作。由于具有完整的晶格匹配，ZnO同质外延在许多方面具有很大的潜力：能够实现无应变、没有高缺陷的衬底-层界面、低的缺陷密度、容易控制材料的极性等。除了用于同质外延，ZnO晶体
氧化锌在橡胶制品中的作用有哪些？ 橡胶用氧化锌在橡胶制品中的作用有哪些？小编 为大家简单介绍一下。 工业生产的氧化锌有50％流向橡胶工业。氧化锌和硬脂酸作为橡胶硫化的重要反应物，是橡胶制造的原料之一。氧化锌和硬脂酸的混合加强了橡胶的硬化度。氧化锌也是汽车轮胎的重要添加剂。除了硫化作用，氧化锌能大大提高橡胶的热传导性能，从而有助于轮胎的散热，保证行车安全。氧化锌添加剂同时也阻止了霉菌生物或紫外线对橡胶的侵蚀。 ⑴ 氧化锌在橡胶轮胎行业中作用（高级黑色及深色橡胶轮胎、子午线轮胎）：提高产品的导热性能、耐磨性能、抗撕裂性能、拉伸强度等项指标，并可节省氧化锌用量30％左右。 ⑵ 氧化锌在橡胶制品中作用： ① 活性氧化锌主要用作橡胶的补强剂，以使橡胶具有良好的耐腐蚀性、抗撕裂性和弹性、伸长率。 ② 用于橡胶硫化工艺的促进剂，是多功能橡胶配合剂，主要用于天然胶、合成胶、胶乳的硫化活性剂兼补强剂。 ③ 用作硫化活性剂时，在胶料中分布均匀，与硫化氢的接触面积大，进行界面反应机遇较大，再加上本活性氧化锌产品有活性物质的助催化作用，使氧化锌转化为硫化锌的
转化率高。 ④ 作为硫化氧化剂，其作用是提升促进剂活性，减少促进剂的用量，缩短硫化周期。 ⑤ 能加快硫化速度，提高硫化胶的导热性，使硫化更彻底。 ⑥ 在橡胶行业中，特别是透明橡胶制品生产中，活性氧化锌是极好的硫化活性剂。 ⑶ 氧化锌在合成橡胶中作用：作活化剂，硫化促进剂和补强剂，且有着色作用。促进橡胶的硫化、活化和补强、防老化作用，能加强硫化过程，提高橡胶制品耐撕裂性、耐磨性。 ⑷ 氧化锌在天然橡胶中的作用：作硫化活化剂，促进橡胶的硫化、活化和补强、防老化作用，能加强硫化过程，提高橡胶制品耐撕裂性、耐磨性。 ⑸ 氧化锌在天然乳胶中的作用：作活化剂，促进橡胶的硫化、活化和补强、防老化作用，能加强硫化过程，提高橡胶制品耐撕裂性、耐磨性。 ⑹ 氧化锌在白色乳胶中的作用：作着色剂和填充剂。 ⑺ 氧化锌在氯丁橡胶中的作用：作硫化剂及增加导热性能的配合剂。 ⑻ 氧化锌在制鞋业（橡胶鞋、雨靴、橡胶手套等劳保制品）中的作用（橡胶鞋、雨靴、橡胶手套等劳保制品）：
湖南工业大学 课程设计 资料袋理学院<系、部） 2018 学年第下学期 课程名称材料科学导论指导教师李雪勇职称讲师 学生姓名谷文红专业班级应用物理071班学号07411200123 题目太阳能ZnO薄膜材料的制备工艺设计 成绩起止日期 2018 年12月13日～2018 年12月17日 目录清单 湖南工业大学
课程设计任务书 2009 —2018 学年第 2 学期 理学院学院<系、部）应用物理学专业 071 班级 课程名称：材料科学导论 设计题目：太阳能ZnO薄膜材料的制备工艺设计 完成期限：自 2018 年12月13日至 2018 年12月17日共1 周
指导教师<签字）：年月日 系<教研室）主任<签字）：年月日
<材料科学 导论） 设计说明书 太阳能ZnO薄膜材料的制备工艺设计 起止日期： 2018年12月13日至 2018 年12月17日 学生姓名谷文红 班级应用物理学 学号07411200123 成绩 指导教师(签字> 理学院
太阳能ZnO薄膜材料的制备工艺设计 谷文红湖南工业大学应用物理071班 07411200123 摘要：为了降低太阳电池的造价, 近年来掀起晶体ZnO薄膜太阳电池的研究热潮。基于同一个目的, 试图研究设计太阳能ZnO薄膜材料的制备工艺。本文主要从太阳能ZnO薄膜材料的应用及性能研究状况和发展趋势，着重介绍该材料的各种制备工艺，并就其中一种工艺进行设计，以研究出更趋完善的制备方法。 关键词：太阳能ZnO。薄膜材料。制备工艺设计 1、引言 近年来，由予光电子器件快速发展，尤其是GaN研究进程的加快，光电材料成为研究的重点。透明氧化物(Transparent Conduc．tive Oxide简称TCO>薄膜具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等特性，其研究与开发同样得到飞速的发展， 现已广泛地应用于太阳能电池、平面显示、特殊功能窗口层以及光电器件领域。其主要包括In、Sb、zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料，而以掺锡氧化铟(Tin—Doped IndiumOxide简称I，I'O膜>薄膜为代表透明导电薄膜材料的研究较成熟，应用最为广泛，美日等国也已经投入批量生产。但金属铟价格十分昂贵，相对来说，制备氧化锌薄膜的原材料来源广泛、价格低廉、毒性小。特别用znO制作固体激光器，激发波长有向短波方向发展的趋势，掺铝氧化锌膜(znO：A1>?也有同rI’O膜可比拟的光学电学性质，使znO化合物成为半导体材料中一个新的研究热点，开始逐步应用到众多领域中。 2、ZnO薄膜材料的应用及性能研究状况
实 验 2 ZnO 纳米粉体材料的制备 （一）实验类型：综合性 （二）实验类别：设计性实验 （三）实验学时数：16 （四）实验目的 （1）掌握沉淀法制备纳米粉体的工作原理。 （2）了解X-射线粉末衍射仪鉴定物相的原理。 （五）实验原理 纳米ZnO 是一种新型高功能精细无机材料, 其粒径介于1～ 100 nm 之间，又称为超微细ZnO 。由于颗粒尺寸的细微化，使得纳米ZnO 产生了其本体块状材料所不具备的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等，因而使得纳米ZnO 在磁、光、电、敏感等方面具有一些特殊的性能, 主要用来制造气体传感器、荧光体、紫外线遮蔽材料、变阻器、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。合成纳米ZnO 的方法有多种，沉淀法工艺简单,成本低, 便于实现工业化生产。 合成纳米ZnO 的方法有多种，本实验采用化学沉淀法是在可溶性锌盐溶液中加入沉淀剂后，于一定条件下生成沉淀从溶液中析出，将阴离子洗去，经分离、干燥、热处理后，得到纳米氧化锌。该方法操作简单，对设备和技术要求不太苛刻，产品纯度高，不易引入杂质，成本低。 X-射线粉末衍射仪是分析材料晶体结构的重要工具。晶体的Ｘ射线衍射图象实质上是晶体微观结构形象的一种精细复杂的变换。由于每一种结晶物质，都有其特定的结构参数，包括点阵类型、晶胞大小、单胞中原子(离子或分子)数目及位置等，而晶体物质的这些特定参数，反映在衍射图上机表现出衍射线条的数目、位置及相对强度各不相同。因此，每种晶态物质与其Ｘ射线衍射图之间有着一一对应的关系。任何一种晶态物质都有自己独立的Ｘ射线衍射图，不会因为他种物质混聚在一起而产生变化。这就是Ｘ射线衍射物相定性分析的方法的依据。 根据粉体X-射线衍射图得到的相关数据，利用谢乐公式（如下），可以计算纳米粒子的晶粒尺寸。 0.89cos D λ βθ= （λ为X 射线的波长，β为最强峰的半峰宽，θ 为衍射角） （六）实验内容 1. 制备 以Zn(NO 3)2·6H 2O 与NH 4HCO 3为原料，聚乙二醇（PEG 600）为模板剂，采用直接沉淀法将制得的沉淀，洗涤后经煅烧制备纳米ZnO 。 2. 称量、计算产率 3. X-射线物相测定：计算晶粒尺寸 （七）实验要求 1、设计实验方案： (1)设计不同煅烧温度及时间 (2)设计不同原料比及模板剂 设计实验方案要求：方案必须切合实际，具有可操作性；尽量选择原料易得，反应条件温和，催化剂价廉，后处理方便，收率高及环境友好的方案。