納米型氧化鋅(ZnO)粒徑介于1-100 nm之間,是一種高端的高功能精細(xì)無機(jī)產(chǎn)品,表現(xiàn)出許多特殊的性質(zhì),如非遷移性、熒光性、壓電性、吸收和散射紫外線能力等,利用其在光、電、磁、敏感等方面的奇妙性能,可制造氣體傳感器、熒光體、變阻器、紫外線遮蔽材料、圖像記錄材料、壓電材料、壓敏電阻、高效催化劑、磁性材料和塑料薄膜等。
金屬氧化物粉末如氧化鋅、二氧化鈦、二氧化硅、三氧化二鋁及氧化鎂等,將這些粉末制成納米級時,由于微粒之尺寸與光波相當(dāng)或更小時,由于尺寸效應(yīng)導(dǎo)致使導(dǎo)帶及價帶的間隔增加,故光吸收顯著增強(qiáng)。各種粉末對光線的遮蔽及反射效率有不同的差異。
一個達(dá)標(biāo),一個不達(dá)標(biāo)次氧化鋅的成分有些是達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)的
現(xiàn)在二氧化鈦的發(fā)展很快,二氧化鈦催化效率的比較多吧
納米氧化鋅的核心指標(biāo)是比表面積。不同比表面積的產(chǎn)品對橡膠產(chǎn)品的性能影響很大。以下是某大型輪胎廠載重斜交輪胎配方應(yīng)用的實驗數(shù)據(jù)。膠料的物理性能、使用性能與材料的比表面積存在著相關(guān)關(guān)系。從膠料強(qiáng)伸性能看,...
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本文以聚丙烯為載體,制備了以納米氧化鋅為抗菌劑的抗菌塑料,并以力學(xué)性能測試儀,XRD和SEM等對其機(jī)械性能,結(jié)晶性能,相容性進(jìn)行了測試,同時測試其對金黃葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌能力。測試結(jié)果表明:納米氧化鋅作為抗菌劑有較好的抗菌能力,機(jī)械性能稍有提高,結(jié)晶度略微下降。
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以Zn(NO3)2和C6H12N4為原料,在玻璃基片上用均勻沉淀法合成ZnO納米棒。采用正交實驗考察了反應(yīng)溶液濃度、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響,通過掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)對產(chǎn)品進(jìn)行表征,研究了不同制備條件下產(chǎn)品的形貌變化,探討了ZnO納米棒的生長機(jī)制,確定了最佳工藝參數(shù)。研究結(jié)果表明,反應(yīng)溶液濃度0.01mol/L、溫度90℃、反應(yīng)時間3h為最佳反應(yīng)條件,得到尺度均勻的ZnO納米棒,最小直徑為80nm左右,推測ZnO納米棒的生長機(jī)制為SLS型。
氧化鋅的制備方法分為三類:即直接法(亦稱美國法)、間接法(亦稱法國法)和濕化學(xué)法。目前許多市售氧化鋅多為直接法或間接法產(chǎn)品,粒度為微米級,比表面積較小,這些性質(zhì)大大制約了它們的應(yīng)用領(lǐng)域及其在制品中的性能。
而納米氧化鋅采用濕化學(xué)法(NPP-法)制備納米級超細(xì)活性氧化鋅,可用各種含鋅物料為原料,采用酸浸浸出鋅,經(jīng)過多次凈化除去原料中的雜質(zhì),然后沉淀獲得堿式碳酸鋅,最后焙解等獲得納米氧化鋅。與以往的制備納米級超細(xì)氧化鋅工藝技術(shù)相比,該新工藝具有以下技術(shù)方面的創(chuàng)新之處:
1.平衡條件下反應(yīng)動力學(xué)原理與強(qiáng)化的傳熱技術(shù)結(jié)合,迅速完成堿式碳酸鋅的焙解。
2.通過工藝參數(shù)的調(diào)整,可以制備不同純度、粒度及顏色的各種型號的納米氧化鋅產(chǎn)品。
3.本工藝可以利用多種含鋅物料為原料,將其轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)品。
4.典型綠色化工工藝,屬于環(huán)境友好過程。
納米氧化鋅形態(tài)
納米氧化鋅是一種多功能性的新型無機(jī)材料,其顆粒大小約在1~100納米。由于晶粒的細(xì)微化,其表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,產(chǎn)生了宏觀物體所不具有的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀隧道效應(yīng)以及高透明度、高分散性等特點。近年來發(fā)現(xiàn)它在催化、光學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)等方面展現(xiàn)出許多特殊功能,使其在陶瓷、化工、電子、光學(xué)、生物、醫(yī)藥等許多領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值,具有普通氧化鋅所無法比較的特殊性和用途。納米氧化鋅在紡織、涂料等領(lǐng)域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌劑、熒光材料、光催化材料等。由于納米氧化鋅一系列的優(yōu)異性和十分誘人的應(yīng)用前景,因此研發(fā)納米氧化鋅已成為許多科技人員關(guān)注的焦點。
金屬氧化物粉末如氧化鋅、二氧化鈦、二氧化硅、三氧化二鋁及氧化鎂等,將這些粉末制成納米級時,由于微粒之尺寸與光波相當(dāng)或更小時,由于尺寸效應(yīng)導(dǎo)致使導(dǎo)帶及價帶的間隔增加,故光吸收顯著增強(qiáng)。各種粉末對光線的遮蔽及反射效率有不同的差異。以氧化鋅及二氧化鈦比較時,波長小于350納米(UVB)時,兩者遮蔽效率相近,但是在350~400nm(UVA)時,氧化鋅的遮蔽效率明顯高于二氧化鈦。同時氧化鋅(n=1.9)的折射率小于二氧化鈦(n=2.6),對光的漫反射率較低,使得纖維透明度較高且利于紡織品染色。
納米氧化鋅目前還可用來制造遠(yuǎn)紅外線反射纖維的材料,俗稱遠(yuǎn)紅外陶瓷粉。而這種遠(yuǎn)紅外線反射功能纖維是通過吸收人體發(fā)射出的熱量,并且再向人體輻射一定波長范圍的遠(yuǎn)紅外線,除了可使人體皮下組織中血液流量增加,促進(jìn)血液循環(huán)外,還可遮蔽紅外線,減少熱量損失,故此纖維較一般纖維蓄熱保溫。
性能表征
納米級氧化鋅的突出特點在于產(chǎn)品粒子為納米級,同時具有納米材料和傳統(tǒng)氧化鋅的雙重特性。與傳統(tǒng)氧化鋅產(chǎn)品相比,其比表面積大、化學(xué)活性高,產(chǎn)品細(xì)度、化學(xué)純度和粒子形狀可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整,并且具有光化學(xué)效應(yīng)和較好的遮蔽紫外線性能,其紫外線遮蔽率高達(dá)98%;同時,它還具有抗菌抑菌、祛味防酶等一系列獨特性能。
清華大學(xué)分析測試中心用透射電鏡對產(chǎn)品進(jìn)行了分析,納米氧化鋅粒子為球形,粒徑分布均勻,平均粒徑20~30納米,所有粒子的粒徑均在50納米以下。經(jīng)比表面及孔徑測定儀測試,納米氧化鋅粉體的BET比表面積在35㎡/g以上。此外,通過調(diào)整制備工藝參數(shù),還可以生產(chǎn)出棒狀納米氧化鋅。本產(chǎn)品經(jīng)中國科學(xué)院微生物研究所檢測鑒定,結(jié)果表明,在豐富細(xì)菌培養(yǎng)基中,加入0.5%~1%的納米氧化鋅,可有效抑制大腸桿菌的生長,抑菌率達(dá)99.9%以上。
表面改性
由于納米氧化鋅具有比表面積大和比表面能大等特點,自身易團(tuán)聚;另一方面,納米氧化鋅表面極性較強(qiáng),在有機(jī)介質(zhì)中不易均勻分散,這就極大地限制了其納米效應(yīng)的發(fā)揮。因此對納米氧化鋅粉體進(jìn)行分散和表面改性成為納米材料在基體中應(yīng)用前必要的處理手段。
納米氧化鋅比表面積研究和相關(guān)數(shù)據(jù)報告中,只有采用BET方法檢測出來的結(jié)果才是真實可靠的,因為國內(nèi)外制定出來的比表面積測定標(biāo)準(zhǔn)都是以BET測試方法為基礎(chǔ)的,請參考(GB.T 19587-2004)-氣體吸附BET原理測定固態(tài)物質(zhì)比表面積的方法。比表面積測試有專用的比表面積測試儀,國內(nèi)比較成熟的是動態(tài)氮吸附法。
所謂納米分散是指采用各種原理、方法和手段在特定的液體介質(zhì)(如水)中,將干燥納米粒子構(gòu)成的各種形態(tài)的團(tuán)聚體還原成一次粒子并使其穩(wěn)定、均勻分布于介質(zhì)中的技術(shù)。納米粉體的表面改性則是在納米分散技術(shù)基礎(chǔ)上的擴(kuò)展和延伸,即根據(jù)應(yīng)用場合的需要,在已分散的納米粒子表面包覆一層適當(dāng)物質(zhì)的薄膜或使納米粒子分散在某種可溶性固相載體中。經(jīng)過表面改性的納米干粉體,其吸附、潤濕、分散等一系列表面性質(zhì)都會發(fā)生變化,一般可以自動或極易分散在特定的介質(zhì)中,因此使用非常方便。一般來講,納米粒子的改性方法有三種:1.在粒子表面均勻包覆一層其他物質(zhì)的膜,從而使粒子表面性質(zhì)發(fā)生變化;2.利用電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合體(如硅烷、鈦酸酯等偶聯(lián)劑以及硬脂酸、有機(jī)硅等)作表面改性劑對納米粒子表面進(jìn)行化學(xué)吸附或化學(xué)反應(yīng);3.利用電暈放電、紫外線、等離子、放射線等高能量手段對納米粒子表面進(jìn)行改性。
根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域的要求,選擇適當(dāng)?shù)谋砻娓男詣┗虮砻娓男怨に?,對納米氧化鋅進(jìn)行表面改性,改善其表面性能,增加納米顆粒與基體之間的相容性,從而應(yīng)用于各種領(lǐng)域,提高產(chǎn)品的性能技術(shù)指標(biāo)。