机械化学法合成纳米ZnO粉体

《ZnO粉体的制备及在光催化法处理造纸废水中的应用》将浓度为1.5mol/L的ZnSO4溶液加热至70～80℃,搅拌下慢慢滴加V(NH3)∶V(H2O)=1∶1的NH3·H2O使之生成Zn(OH)2胶体,搅拌、陈化。

将配制好的(NH4)2CO3(0.5 mol/L)溶液加入到Zn(OH)2胶体中并不断搅拌,滴加完后继续搅拌反应,过滤,用去离子水洗涤至无SO42-,将滤饼于100℃下烘干即得到前驱体。

将前驱体置于马弗炉中,以2℃/min的升温速率在400℃条件下煅烧2h 后取出自然冷却,用玛瑙研钵研磨过200目标准筛,即得到ZnO样品。

半导体的能带由一个不连续的、充满电子的低能价带和空的高能导带所组成,它们之间被禁带隔开。

当用一定频率的紫外线照射后,催化剂表面上的价电子(e-)就会吸收光能激发跃迁至高能量导带,使导带带有负电荷而具有还原性;同时价带因产生缺电子的空穴(h+)而具有氧化性。

在光能的作用下,电子和空穴迁移至催化剂粒子的表面与H2O及废水中溶解的O2、H2O2发生反应,产生了具有高度化学活性的羟基自由基·OH,由于·OH有很强的氧化性能,而且对反应物几乎没有选择性,能够把造纸废水中大部分难降解的纤维素、木质素等有机污染物最终氧化成为CO2、H2O和N2,从而达到降低废水中CODCr的目的。

《半导体氧化锌的制备及其光催化性能研究》将Zn(CH3COO)2·2H2O与NaOH以摩尔比1∶2混合,加入适量聚乙二醇(PEG)和无水乙醇混匀,用超声波振荡器振荡15min,放入聚四氟乙烯内衬的溶剂热反应釜中,密封后在140℃反应24h,然后冷却到室温,将生成的沉淀物用蒸馏水充分洗涤、离心分离,真空干燥箱(60℃)干燥4h,得到ZnO粉体。

《纳米ZnO的制备及其对甲基红的光催化降解》在0.1mol/L的Zn(NO3)2溶液中加入0.3g/LPAM,在搅拌条件下滴加1mol/L的NaOH。

ZnO纳米粉体制备与表征一实验目的1．了解氧化锌的结构及应用2．掌握“共沉淀和成核/生长隔离、水热法和微波水热、溶胶-凝胶法、反相微乳液”技术制备纳米材料的的方法与原理。

3．了解同步热分析仪、X-射线衍射仪、扫描电子显微镜（SEM）与比表面测定仪等表征手段和原理二基本原理2.1 氧化锌的结构氧化锌（ZnO）晶体是纤锌矿结构，属六方晶系，为极性晶体。

氧化锌晶体结构中，Zn原子按六方紧密堆积排列，每个Zn原子周围有4个氧原子，构成Zn-O4配位四面体结构，四面体的面与正极面C(00001)平行，四面体的顶角正对向负极面(0001)，晶格常数a=342pm, c=519pm,密度为5.6g/cm3，熔点为2070K,室温下的禁带宽度为3.37eV. 如图1-1、图1-2所示：图1-1 ZnO晶体结构在C (00001)面的投影图1-2 ZnO纤锌矿晶格图2.2 氧化锌的性能和应用纳米氧化锌(ZnO)粒径介于1- 100nm 之间, 由于粒子尺寸小, 比表面积大, 因而, 纳米ZnO 表现出许多特殊的性质如无毒、非迁移性、荧光性、压电性、能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、杀菌、图象记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。

同时氧化锌材料还被广泛地应用于化工、信息、纺织、医药行业。

纳米氧化锌的制备是所有研究的基础。

合成纳米氧化锌的方法很多, 一般可分为固相法、气相法和液相法。

本实验采用共沉淀和成核/生长隔离技术制备纳米氧化锌粉。

2.3 氧化锌纳米材料的制备原理不同方法制备的ZnO晶形不同，如：2.3.1 共沉淀和成核/生长隔离法借助沉淀剂使目标离子从溶液中定量析出是材料制备领域液相法的重要技术。

常规共沉淀制备是将盐溶液与碱溶液直接混合并通过搅拌的方式实现，由于混合不充分，反应界面小、存在浓度梯度、反应速度和扩散速度慢，先沉淀的粒子上形成新沉淀粒子，新旧粒子的同时存在，导致粒子尺寸分布极不均匀。

理论纵横·241·中国周刊2020.05No.238纳米ZnO 的制备方法王俊勇山东省德州市第一中学 山东 德州 253000摘要：ZnO 是一种新型的宽禁带半导体材料，室温禁带宽度为3.2eV，六角纤锌矿型晶体结构，属六方晶系，为极性晶体，具有很高的导电、导热性能和化学稳定性及良好的紫外吸收性能，广泛应用于橡胶、陶瓷、日用化工、涂料等方面,可以用来制造橡胶添加剂、气体传感器、紫外线遮蔽材料、变压器和多种光学装置。

并且有望在抗菌、净化空气、污水处理中发挥巨大的作用。

关键词：ZnO ；制备；方法制备纳米氧化锌的方法有多种，根据制备过程中有无化学反应可分为物理法和化学法。

物理法是利用特殊的粉碎技术，将普通的纳米氧化锌粉体粉碎到纳米级的氧化锌，但由于技术因素，物理法一般难得到纳米级的氧化锌。

通过该法，氧化锌的最细颗粒只能达到0.1um，所以理想的合成方法还是化学法。

化学法是在控制条件下，从原子或分子的成核，生成或凝聚成具有一定尺寸形状的粒子，常见的化学方法有固相法、液相法、和气相法。

1物理法物理方法是将较粗的物质粉碎，如低温粉碎法、超声波粉碎法、水锤粉碎法、高能球磨法、喷雾法、冲击波破碎法、蒸汽快速冷凝法、蒸汽快速冷却法、蒸汽快速冷却法、分子束外延法等。

通过物理方法，可制造出直径为几个纳米的氧化物粉体，并且可保证纳米颗粒具有较为洁净的表面，但是通过物理方法制备的纳米粉体常常具有较宽的粒度分布，较严重的团聚等。

利用立式振动磨制备纳米级粉体的过程和技术，得到了α-Al 2O 3、ZnO、MgSiO 3 超微粉，最细粒度可达到0.1um，磨介的尺寸和进料的细度影响粉碎性能。

该法得不到1-100nm 的纳米级粉体。

2 化学法2.1 固相法固相法也称为固相化学反应法，是近几年发展起来的一种价廉而又简易的全新的方法。

固相法是将金属盐或金属氧化物按一定比例充分混合、研磨后进行锻烧，通过发生固相反应直接制得纳米粉末，运用固相法制备纳米ZnO 具有操作和设备简单安全。

纳米ZnO的制备、表征及应用摘要:本文比较和综述了纳米ZnO的各种制备方法，并对纳米ZnO的广泛应用进行了分析和阐述。

使用热重分析、扫描电镜分析（SEM）、透射电镜分析（TEM）、粒度分析、X射线衍射仪(XRD)、对所制得纳米ZnO的成分、晶型和形貌进行了表征, 并举例说明了纳米ZnO的一些实际应用。

关键词：ZnO 制备表征应用纳米ZnO是一种新型的多功能的精细无机材料，出于其颗粒尺寸细小，比表面积较大，所以具有普通ZnO所无法比拟的特殊性能，如表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。

同时纳米ZnO也是一种自激活的半导体材料，室温下禁带宽度为3.27eV，激子束缚能为60meV，这就使得纳米ZnO材料从理论上具备了从紫外光至可见光稳定的发射本领。

因此，纳米ZnO材料在光电转换、光催化及气体传感器等领域有着广阔的应用前景。

1 纳米ZnO的结构与性质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P63mc。

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。

由于纳米材料晶粒极小，表面积特大，在晶粒表面无序排列的原子分数远远大于晶态材料表面原子所占的百分数，导致了纳米材料具有传统固体所不具备的许多特殊。

基本性质，如体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和介电限域效应等，从而使纳米材料具有微波吸收性能、高表面活性、强氧化性、超顺磁性及吸收光谱表现明显的蓝移或红移现象等。

纳米氧化锌的物理制备方法
纳米氧化锌的物理制备方法主要包括以下几种：
1. 机械化学合成：通过球磨机对原料进行机械化学活化，合成前驱体粉末，再经过热处理得到纳米氧化锌。

这种方法可以生成直径在10~40nm范围内的氧化锌纳米颗粒。

2. 脉冲激光沉积（PLD）：这是一种薄膜生长技术，利用激光照射使靶材烧蚀，烧蚀物最终沉积到衬底形成薄膜。

此法能制备与靶材成分一致的化合物薄膜。

3. 磁控溅射：通过高能粒子轰击靶材表面，使得靶材表面的原子或分子被溅射出来，并在衬底表面沉积形成薄膜。

4. 喷雾热解：将原料溶液通过喷雾嘴喷洒成雾状，在高温下进行热解，生成氧化锌纳米颗粒。

5. 等离子体合成：利用等离子体的高温和高活性，使得气体中的分子发生化学反应，生成氧化锌纳米颗粒。

6. 分子束外延（MBE）：通过控制分子束的流量和能量，在衬底表面外延生长氧化锌薄膜。

这些方法各有特点，可以根据具体需求选择合适的方法来制备纳米氧化锌。

[收稿日期]2007-06-10[基金项目]安徽省高等学校青年教师科研项目基金资助(2005jq1154)[第一作者简介]訾振发(1980-),男,合肥师范学院物理与电子工程系教师。

纳米ZnO 粉体的制备及其微结构訾振发,戴结林(合肥师范学院物理与电子工程系,安徽合肥230061)[摘　要]通过溶胶2凝胶法合成了纳米ZnO 粉体,并对所制得ZnO 粉体在不同温度下进行了热处理,应用X 射线衍射(XRD )对热处理后的样品进行了相表征,用红外吸收光谱(FT 2IR )对不同热处理温度下的样品进行了结构分析,用透射电子显微镜(TEM )对热处理后的样品进行了形貌表征,XRD 谱表明,在300℃热处理下的ZnO 粉体已经成相并具有良好的结晶状态,根据Scherrer 公式计算的ZnO 晶粒尺寸与由TEM 估算ZnO 颗粒的晶粒尺寸基本保持一致,ZnO 颗粒的晶粒尺寸随着热处理温度的提高而增大。

[关键词]纳米ZnO 粉体;溶胶-凝胶法;红外吸收光谱;透射电子显微镜[中图分类号]O433 [文献标识码]A [文章编号]1001-5116(2007)06-0021-041　引言制备短波长激光,发光二极管等光学器件是一项国际前沿的研究工作,在光通讯、光存储、信息处理、激光打印、彩色显示等领域具有重要的应用价值。

由于蓝绿发光二极管和激光二极管的迅速发展,宽禁带Ⅲ-Ⅴ族氮化物和ZnSe 基Ⅱ-Ⅵ族半导体材料成为举世瞩目的研究热点之一[1-10],取得这些进展的重要原因是材料质量的不断改善以及创新性的掺杂方法的引入。

氧化锌是宽禁带直接带隙Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,室温带隙能量3.37eV ;在无机半导体材料中激子束缚能最高(60eV ),它将是另一种重要的商用电子器件材料[11,12]。

纳米晶粒由于尺寸小,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级,能隙变宽,量子尺寸效应和表面效应使纳米ZnO 在力、光、电、磁、敏感性等方面具有一般ZnO 体材料不具备的特殊性能。