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1、化学化工学院材料化学专业实验报告实验名称：纳米ZnO的制备年级：2010级日期：2012912姓名： 余梅娜 学号：222010316210045同组人： 王志容一、预习部分1、纳米ZnO的性质和应用：纳米ZnO是一种新型的精细功能无机材料，由于其具有量子尺寸效应、小尺 寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，因而纳米ZnO产生了其体相材料所部具 备的这些效应，展现了许多特殊性质。在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质、 电等方面有着广阔的应用前景。主要用于制造气体传感器、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。2、纳米ZnO的制备方法：
2、制备纳米氧化锌的方法很多，一般可以分为物理法和化学法。物理法是利用特殊 的粉碎技术，将普通的粉体粉碎；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和形状的粒子。常见的合成方法有固相法、液相法和 气相法，其中，液相法和气相法又有多种制备方式。固相法：室温固相合成纳米氧化物是近年来发展起来的一种新方法。首先制备固 相前驱物，进而前驱物经高温热分解或微波辐射热分解制备纳米氧化锌。（1） 碳酸锌法：利用硫酸锌制得前驱物碳酸锌，在200C烘1h,得纳米氧化锌初产品； 经去离子水、无水乙醇洗涤，过滤、干燥可得纳米氧化锌产品。（2）氢氧化锌 法：利用硝酸锌制得前驱物氢氧化锌，在600
3、C保持2h,高温热分解得纳米氧化 锌。气相法：（1）化学气相氧化法:化学气相氧化法是Mitarai等以锌粉为原料，氧 气为氧源，在550C的高温下，以氧气为载体进行氧化反应。该法制备的氧化锌 粒度细（1020nm），原料易得，分散性好。但产品纯度低，其中含有未反应的 原料。（2）激光诱导化学气相沉淀法：利用反应气体分子对特定波长激光的吸收，引 起气体分子激光光解，热解，光敏化和激光诱导化学合成反应，在一定条件下合 成纳米粒子。它以惰性气体为载体，以锌盐为原料，用cwco2激光器为热源加热 反应原料，使之与氧气反应得到纳米氧化锌。激光诱导化学气相沉淀法具有能量 转换效率高，粒子大小均一且不团聚，
4、粒径小，可精确控制等优点，但成本高， 产率低，难以实现工业化生产。（3）喷雾热解法：利用喷雾热解技术，以二水合醋酸锌水溶液为前驱体，水溶 液经雾化为气溶胶微液滴，液滴在反应器中经蒸发，干燥，热解，烧结等过程制 备氧化锌纳米粒子。粒子由袋粒式过滤器收集，尾气经净化排空。该法制得的产 物纯度高，粒度和组成均匀，过程简单连续，颇具工业潜力。液相法：（1）直接沉淀法：在可溶性锌盐中加入沉淀剂后，当溶液离子的溶度 积超过沉淀化合物的溶度积时，即有沉淀从溶液中析出。沉淀经、热解得到纳米 氧化锌。常见的沉淀剂为氨水（NH3?H2O）。碳酸铵（NH4）2C03 ）和草酸铵（NH4）2C204）不同的沉淀剂，其
5、反生成的沉淀产物也不同，故其分解温度也不 同。此法的操作较为简单易行，对设备要求不高，成本较低，但粒度分布较宽， 分散性差，洗涤愿溶液中的阴离子较困难。（2）均匀沉淀法：利用沉淀剂的缓慢分解，与溶液中的构晶离子结合，从而使 沉淀缓慢均匀的生成。常用的均匀沉淀剂有尿素和六次甲基四胺。此法可避免共 沉淀，克服沉淀剂所造成的局部不均的现象，可获得粒度、分子形貌和化学组成 都均一的纳米氧化锌。因氢氧化锌具有两性，必须将PH值维持在狭小的范围内。 因此不能用控制铵离子和氨的比值来减少共沉淀。（3）溶胶凝胶法：以乙酸锌等金属酸盐或醇盐为原料，在有机介质中进行水解、 缩聚反应，使溶液经溶胶凝胶化过程得到凝胶
6、，凝胶经干燥、煅烧成粉体。溶液 的pH值、溶液的浓度、反应时间和温度是影响溶胶、凝胶质量的主要因素。该法 设备简单、操作方便、污染小、生产周期短、产物均匀度高、分散性好，纯度高， 反应过程易控制，但原料成本昂贵，在高温下进行热处理时有团聚现象。（4）微乳液法（反相胶束法）本法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的 作用下形成均匀的乳液，剂量小的溶剂被包裹在剂量大的溶剂中形成一个微泡， 微泡的表面被表面活性剂所包裹。近年来用W/O型微乳液制备超细粉体得以流行。 它是由水、（有油机溶剂）、表面活性剂及其助剂组成的透明、半透明的、各相 同性的热力学稳定体系，其中水被表面活性剂及其助剂单层包裹形成“微
7、乳液”， 被称为反应介质，称其为“微型反应器”，通过“微水池”的尺寸来控制粉体的 大小，制备纳米物质。制备技术的关键是制备微观尺寸均匀、可控、稳定的微乳 液。此法装置简单、操作容易、粒度均匀可控，但成本费用较高，仍有团聚问题， 进入工业化生产目前有一定难度。（5）水热合成法：由于反应在高温高压、水热条件下，水处于临界状态，反应 物质在水中的物性与化学反应性能发生了很大变化，而不同于一般制备方法，成 为一种制备超细粉体的湿化学方法。将可溶性锌盐和碱业池外液混合形成氢氧化 锌的“沉淀反应”与氢氧化锌脱水生成ZnO的“脱水反应”融合在同一反应器内 完成，从而得到结晶完好的ZnO晶粒。此法能直接制得结
8、晶完好、原始粒度小、 分布均匀、团聚少的纳米氧化锌粉体，制备工艺相对简单，无需煅烧处理。但是 高温高压下的合成设备较贵，投资较大。3. 1 制备过程的影响因素 反应物的浓度对产物的粒子尺寸大小及分布有很大的影响, 用稀氨水洗涤以保 持洗涤液pH值在10. 3左右。制备的过程表明:把氯化锌溶液倒入沉淀剂氢氧化钠溶液中, 可以较容易的控制晶核 的形成速度大于晶体的生长速度,从而容易形成较小的颗粒沉淀。3. 2 焙烧温度与焙烧时间的优化 实验在相同时间不同温度及相同温度不同时间对前驱物进行焙烧 ,结果发现将前驱物在300C 焙烧2h，得到的ZnO粉体粒径较小，较均匀，分散性也好。二、实验部分（一）实
9、验原理1）纳米氧化锌的制备沉淀反应：以氯化锌为原料、氢氧化钠为沉淀剂制备氧化锌的反应方程式如下ZnCl2 +2NaOH = Zn(OH) 2 廿NaCl热处理：Zn（OH）ZnO + H O T222）X衍射仪粒度测定在X衍射仪图谱中，材料在某个晶面的厚度与衍射角存在如下关系：D = 0.89 九 / 卩 COSBD为粉末平均粒径（nm）；九=0.154nm为X射线波长；0为29所对应的衍射峰的半宽高（FWHM）；0为半衍射角，该公式称为Scherrer公式。（二）实验药品和仪器药品：氯化锌、氢氧化钠、盐酸 仪器：电子天平，烧杯，量筒，磁力搅拌器，温度计，烘箱，分液漏斗、布氏漏斗、抽滤瓶、循环
10、水真空泵、滤纸、pH试纸、X衍射仪。（三）实验步骤：1、0.02mol氯化锌配成0.2mol/l溶液，用稀盐酸缓慢调节溶液pH值到溶液澄 清为止；2、称取0.06mol氢氧化钠配成1mol/l溶液待用；3、在磁力搅拌条件下，吧氢氧化钠溶液滴加到氧化锌溶液中，整个过程保持搅 拌，滴加完毕后将溶液的pH值调到9-10，陈化2h以上。抽滤、洗净，在105 摄氏度的烘箱中烘干，研磨以待检测；4、样品做XRD衍射。注意：陈化时间至少2小时；样品洗净到无氯离子；控制氢氧化钠的滴加速度，在20min左右滴加完毕。三、实验结果分析XRD图谱由图可知:纳米氧化锌晶粒的特征峰出现在2化31.93,34.61,36.46；由公式 D = 哄 可求出纳米氧化锌晶体粒径大小。B换为弧度为卩 COS90.39 心 /180 =0.0068D=0.89*0.154/(0.0068*cos18.23)=20.5nm 由计算结果看，氧化锌的粒径比标准值稍大，可能是热处理过程中有一部分晶粒 团聚造成的，还可能是杂质附着在氧化锌微粒表面，使测得的粒径值实际的大。思考题：1、纳米ZnO的粒径与那些因素有关？答：纳米氧化锌制备的方法不同，所得的粒径也不一样。并且与制备的 条件有关，如 PH 值，搅拌速度，氢氧化锌的滴加速度，陈化的时间等 另外高温煅烧易使粒径增大且团聚，因此煅烧时间对粒径也有影响。
