安徽工程大学机电学院毕业论文I氧化锌纳米材料的制备氧化锌纳米材料的制备摘摘 要要 氧化锌纳米材料的几何尺寸在 1~100nm 范围内，具有表面效应、体积效应 、量子尺寸效应、介电限域效应和宏观量子隧道效应等特性表现出特别的力 学、磁学、光学、热学和化学等特性 本文的主要工作是对采用均匀沉淀法制备出纳米级别的氧化锌晶体的制备 过程进行介绍，并讨论反应温度、乙酸锌浓度、反应物摩尔比、陈化时间等对 纳米氧化锌产率的影响在工艺条件为 0.75mol/L 乙酸锌与 3.0mol/L 尿素（比 例为 1:4）于 90℃恒温磁力搅拌反应 3 小时（采用回流冷凝装置） ，其中表面活 性剂浓度为 0.002mol/L，保温陈化 7 小时，过滤、洗涤，60℃烘箱干燥，500℃ 马弗炉煅烧，所得产品符合要求，为 50nm 左右的氧化锌晶体 实验现象表明陈化时间对氧化锌晶体的结晶度有很大影响陈化时间短会 造成纳米氧化锌晶体结晶度不够高，即氧化锌大部分以不定形态存在，晶体粒 径小，延长陈化时间则会明显提高晶体的结晶度，增大晶体粒径 关键词关键词：氧化锌；纳米材料均；均匀沉淀法；结晶度江敏：氧化锌纳米材料的制备IIThe preperation of ZnO nanomaterial AbstractThe geometry size of ZnO nanomaterial is in the range of 1~100nm,with a sutface effect,volume effect,quantum size effect,dielectric confinement effect a nd macroscopic quantum tunneling effect and other characteristics.Showing a sp ecial machanics,magnetics,optical,thermal and chemical properties. The main work in this paper is introducing the preparation process of nan oscale ZnO crystals by homogeneous precipitation method,and discuss the reacti on temperature,reactant concenteation,reaction time,calcination temperature on th e influence of nanoscale ZnO products.The experiments show that the process conditions of 0.7mol/L Zn(CH3COO)2 with 3.0mol/L urea(proportion is 1:4) rea ction at 90℃ constant magnetic stirring reaction for 3 hours(With a reflux con denser unit),the surfactant concentration is 0.002mol/L,holding for 7 hours,filteri ng,washing,60℃ drying 4 hours,500℃ muffle calcining for 3 hours,the resulting product meets the requirements for paper,the crystal grain size of ZnO is about 50nm. Experimental results show that the aging time has a great influence on the crystallinity of ZnO crystal.A short aging time will lead to a low crystallinity of ZnO crystal, Most of the ZnO exist with amorphous state, the crystal grain size is small, the aging time is extended significantly improve the crystallinity of the crystal, the crystal grain size increases. Key words:ZnO;nanomaterials;homogeneous precipitation method;degree of cryst allinity安徽工程大学机电学院毕业论文III目录目录摘摘 要要.I Abstract II 引言引言.- 1 - 第第 1 章章 文献综述文献综述.- 2 - 1.1 氧化锌纳米材料的结构- 2 - 1.2 氧化锌纳米材料的性质与应用- 3 - 1.2.1 氧化锌纳米材料的基本物理性质.- 3 - 1.2.2 氧化锌纳米材料的特殊性能及应用[4]- 3 - 1.3 研究意义与内容- 4 - 第第 2 章章 均匀沉淀法制备纳米氧化锌晶体均匀沉淀法制备纳米氧化锌晶体.- 6 - 2.1 实验方法的选择.- 6 - 2.2 实验部分- 6 - 2.2.1 实验原理.- 6 - 2.2.2 实验药品- 7 - 2.2.2 实验及分析仪器- 7 - 2.3 实验方法.- 7 - 2.4 表征方法- 8 - 第第 3 章章 结果与讨论结果与讨论.- 9 - 3.1 反应温度的影响- 9 - 3.2 反应物摩尔比的影响.- 9 - 3.3 乙酸锌浓度的影响- 10 - 3.3 陈化时间的影响- 10 - 结论结论.- 14 - 致谢致谢.- 15 - 参考文献参考文献.- 16 -江敏：氧化锌纳米材料的制备IV插图清单： 图 1-1 ZnO 晶体结构-2 - 图 1-2 ZnO 晶体结构在 C(00001)面的投影.- 2- 图 1-3 氧化锌 3D 结构图.- 3- 图 3-1 陈化 1 小时的氧化锌 X 射线衍射结果.- 11- 图 3-2 陈化 7 小时的氧化锌 X 射线衍射结果.- 11- 图 3-3 氧化锌 SEM 检测结果(1).- 12- 图 3-4 氧化锌 SEM 检测结果(2).- 12-安徽工程大学机电学院毕业论文V表格清单： 表 2-1 实验药品一览表.-7- 表 2-2 实验仪器一览表.-7- 表 3-1 反应温度对实验的影响.-9- 表 3-2 反应物摩尔比对氧化锌产率的影响.-9- 表 3-3 反应物浓度比对氧化锌产率的影响.-10- 表 3-4 EDTA 对不同陈化时间的样品滴定结果.- 10-江敏：氧化锌纳米材料的制备- 0 -引言引言纳米氧化锌作为一种重要的新型无机功能材料, 由于其具有的表面与界面 效应、量子尺寸效应、体积效应和宏观量子隧道效应以及高透明度、高分散性 等特点, 使其在化学、光学、生物和电学等方面表现出许多独特优异的物理和 化学性能, 具有普通氧化锌所无法比拟的特殊性能和用途, 在橡胶、涂料、塑 料、陶瓷、催化剂、化纤、电子、化妆品等行业具有广泛的应用, 因而制备技 术和工业生产的研究也变得更为重要。
目前，世界各国对纳米氧化锌的制备、微观结构、宏观物性和应用四个方 面进行研究，其中制备技术是关键国外对纳米氧化锌的研究已相对比较成熟 ，许多厂家已实现先进技术的产业化，制备出高品质的纳米氧化锌产品但我 国工业生产和产品应用与国外相比仍存在着较大的差距我国纳米氧化锌的研 究单位多、力量分散，重复性研究现象严重，工程开发力量薄弱，生产规模小 故开发出低能耗、高产出的纳米氧化锌的绿色生产工艺是目前迫切需要解决 的问题 现阶段，制备纳米氧化锌粉体的方法主要有溶胶—凝胶法、微乳液法、喷 雾干燥法、机械化学法、均匀沉淀法、直接沉淀法等此外，还有静电纺丝法 、微波法、脉冲激光沉积法等工艺新方法，但这些方法有些是制备工艺复杂， 有些则是设备较昂贵等其他原因，因此仍需进一步的探索和完善安徽工程大学机电学院毕业论文- 1 -第第 1 章章 文献综述文献综述1.1 氧化锌纳米材料的结构纳米技术是原子物理、凝聚态物理、配位化学、固体化学、胶体化学、反 应动力学和表面、界面科学等多种学科交叉汇合而出现的新学科生长点纳米 粒子处在原子簇和宏观物体尺寸之间的过渡区域，是一种典型的介观系统纳 米材料具有三个共同的结构特点：（1）纳米尺度的结构单元或特征纬度尺寸在 纳米数量级（1~100nm） ；（2)存在大量的界面或自由表面；（3）各纳米单元 之间存在或强或弱的相互作用[1]。
纳米粒子的基本特征有体积效应、量子尺寸 效应、表面效应和宏观量子隧道效应和介电限域效应，并由此派生出传统固体 所不具有的许多特殊性质，广泛用于物理、化学、医学、生物、国防高科技等 领域，而纳米氧化锌在磁、光、电、敏感等方面具有优异的物理性能和化学性 能[2] 纳米氧化锌是一种宽禁带Ⅱ-Ⅵ族半导体材料并具有六角纤锌矿型结构，禁 带宽度在室温下为 3.37eVZnO 晶体主要有两种，一种为六方晶体结构（纤锌 矿结构） ，另一种为立方晶体结构（闪锌矿纤锌矿结构） ，为极性晶体，如图 1.1 所示图 1-1 ZnO 晶体结构 氧化锌晶体结构中，Zn 原子按六方紧密堆积排列，每个 Zn 原子周围有四 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， 如图 1.2 所示，四面体的顶角正对向负极面(0001)，晶格常数 a=342pm，c=519p m[3]图 1-2 ZnO 晶体结构在 C(00001)面的投影江敏：氧化锌纳米材料的制备- 2 -1.2 氧化锌纳米材料的性质与应用纳米氧化锌作为一种功能材料与普通氧化锌相比，显示出许多特殊优异的 性能，如压电性、荧光性、无毒和非迁移性，吸收和散射紫外线能力等。
随着 纳米氧化锌应用研究的深入，应用前景令人瞩目1.2.1 氧化锌纳米材料的基本物理性质氧化锌(ZnO)通常被称作为锌白，是一种白色或浅黄色的、无毒的两性氧化 物晶体或粉末，密度为 5.6g/cm3，熔点为 2070K不溶于水和乙醇，易溶于强 酸和强碱，露置于在空气中能吸收水和二氧化碳氧化锌是一种常用的化学添 加剂，广泛的应用于塑料、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储存于阴凉、通风的库房， 远离火种、热源，与氧化剂分开存放图 1-3 氧化锌 3D 结构图1.2.2 氧化锌纳米材料的特殊性能及应用[4]1.2.2.1 纳米氧化锌的光学性能 (1) 纳米氧化锌用于抗紫外产品 纳米氧化锌与有机紫外线吸收剂相比，具有安全、稳定、可靠的特点纳 米氧化锌用作紫外线屏蔽剂，一是用于化妆品，另是用于纤维材料纳米氧化 锌对长波紫外线（UVA，波长 320~400nm）和中波紫外线（UVB，波长 280~3 20nm）均有屏蔽作用，可用于化妆品的防晒剂另外添加纳米氧化锌涂层的玻 璃，不仅可以抗紫外线，用作汽车玻璃和建筑用玻璃，还耐磨并有抗菌和除臭 的功能。
(2) 纳米氧化锌用于荧光产品 纳米氧化锌是一种在低压电子射线下唯一能发光的物质，光色为蓝色和红 色，其能隙为 3.2eV，对应于 387nm 的紫外波长当收到紫外光照射时，颗粒 内产生的光生电子和空穴将迅速地扩散到颗粒表面，在表面上引起浮肿的光化 学反应，同时氧化锌颗粒本身也会发生一系列反应，有荧光现象发生 (3) 纳米氧化锌用于表面涂料产品 氧化锌粉体对太阳光具有很高的反射系数，作为空间飞行器外表面热控涂 层色素得到广泛长期应用，飞行器温度控制的稳定性取决于涂层光学性能的稳 定性，纳米氧化锌无机涂层是。