劉 紅

(池州學(xué)院 材料與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 池州 247100)

納米氧化鋅是近年來廣泛研究的領(lǐng)域，制備方法分為物理法和化學(xué)法，最早制備納米氧化鋅的方法是物理法，化學(xué)法根據(jù)物質(zhì)的原始狀態(tài)，分為氣相法、固相法、液相法。

1 物理法

最早制備納米氧化鋅的方法是物理法，它主要包括兩種:機(jī)械粉碎法和深度塑性變形法。

1.1 機(jī)械粉碎法

機(jī)械粉碎法是采用電點(diǎn)火花爆炸以及球磨、超聲波粉碎、沖擊波粉碎等特殊的機(jī)械粉碎技術(shù)，將普通氧化鋅粉碎至超細(xì)的納米級(jí)別的方法。工業(yè)上并不常采用此法，因?yàn)榇朔m具有成本低、工藝簡單的優(yōu)點(diǎn)，但存在產(chǎn)品純度低、能耗巨大、粒度分布不均勻等缺點(diǎn)，且最大的不足是該法得不到1～100nm的粉體，不符合工業(yè)要求。

1.2 深度塑性變形法

原材料通過凈靜壓的作用發(fā)生嚴(yán)重的塑性形變，使其材料尺寸細(xì)化到納米量級(jí)的方法是深度塑性變形法。用此法制備納米氧化鋅，具有粒度可控、致密性好、純度高的優(yōu)點(diǎn)，但對生產(chǎn)設(shè)備有著比較高的要求，需要有特殊的設(shè)備。

2 化學(xué)法

根據(jù)物質(zhì)的原始狀態(tài)，化學(xué)法分為:氣相法、固相法、液相法。

2.1 氣相法

2.1.1 噴霧熱解法

噴霧熱解法是用噴霧器將鋅的醋酸鹽或硝酸鹽溶液霧化為微液滴，再通過蒸發(fā)、干燥、熱解、燒結(jié)等方法處理得到納米氧化鋅粉體。噴霧熱解法有極高的工業(yè)化潛力，且同時(shí)具有產(chǎn)物純度高、粒度和組成均勻、操作過程簡單連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)。

2.1.2 氣相氧化法

氣相氧化法是一種以鋅粉或鋅鹽為原料，氧氣為氧源，惰性氣體或氮?dú)鉃檩d氣，在高溫環(huán)境中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氧化鋅顆粒，再經(jīng)過成核、成長、溫度變化，最終制備得到納米氧化鋅粒子的方法。用此方法制得的納米氧化鋅粒度細(xì)小，粒徑只有10～20nm，但是工藝技術(shù)復(fù)雜、產(chǎn)品純度低、有原料殘存、需要高溫環(huán)境、生產(chǎn)成本高，因而有較高的工業(yè)化生產(chǎn)難度。

2.2 固相法

固相法是將金屬氧化物(如Na2C2O4)或金屬鹽(如Zn(NO3)2·6H2O)混合、研磨、煅燒，最終制備出納米氧化鋅粉體，此法有反應(yīng)不能完全進(jìn)行、產(chǎn)物純度低、產(chǎn)品性能不穩(wěn)定、容易引入雜質(zhì)的缺點(diǎn)，但又因其具有操作簡單、節(jié)能、低成本低污染、合成反應(yīng)不需要溶劑、高轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)時(shí)間短、反應(yīng)溫度近似常溫等諸多優(yōu)點(diǎn)，且克服了納米粒子易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象的缺點(diǎn)。因而，此方法有廣闊的工業(yè)發(fā)展前景。

2.3 液相法

2.3.1 水熱法

水熱法是一種以水作溶劑，在高溫高壓環(huán)境的高壓反應(yīng)釜中，將堿液和鋅鹽溶液迅速混合，通過水熱氧化、水熱沉淀、水熱合成、水熱還原、水熱分解、水熱結(jié)晶等水熱反應(yīng)來制備納米粉體的方法，它最初是一種用來研究地球礦物成因的方法。水熱法制得的納米氧化鋅粉體晶粒發(fā)育完整、分散性好、團(tuán)聚程度較小、原始粒度小，且制備工藝較容易，不需要高溫煅燒處理。但所需設(shè)備價(jià)格昂貴，耗能與投資較大，因而不具有很好的工業(yè)化發(fā)展前景。

2.3.2 直接沉淀法

工業(yè)上生產(chǎn)納米氧化鋅的首選方法是直接沉淀法，其制備過程是將沉淀劑加入可溶性鹽溶液中，生成相應(yīng)的沉淀物，經(jīng)過濾、洗滌、干燥、熱分解得到納米氧化鋅，常用的沉淀劑有:碳酸氫銨(NH4HCO3)、草酸銨((NH4)2C2O4)、尿素(CO(NH2)2)、氨水(NH3·H2O)。

以氨水為沉淀劑時(shí):

Zn(OH)2→ ZnO+H2O↑

該法的優(yōu)點(diǎn)是對設(shè)備要求不高、操作簡單、容易批量生產(chǎn)、生產(chǎn)成本低、不易引入其它雜質(zhì)、產(chǎn)物純度高，有較好的化學(xué)計(jì)量性，但粒徑分布較寬、分散性差、洗滌陰離子較困難，且因?yàn)榉磻?yīng)物與沉淀劑直接接觸而沉淀，會(huì)造成局部濃度不均勻和團(tuán)聚現(xiàn)象。

2.3.3 均勻沉淀法

均勻沉淀法是利用沉淀劑的緩慢分解，與溶液中的構(gòu)思離子結(jié)合，使沉淀緩慢均勻的生長來制得納米氧化鋅。制備過程中有成核過程和生長過程兩個(gè)關(guān)鍵步驟，成核與晶核生長速度決定了納米粒子的大小。常用的沉淀劑為尿素(CO(NH2)2)和六次甲基四胺((CH2)6N4)。

運(yùn)用均勻沉淀法具有污染小、微粒粒徑分布較窄、可以控制粒子的生長速度、產(chǎn)物純度高、設(shè)備簡單、操作方便、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)。是一種理想的制備納米氧化鋅的方法，有較好的工業(yè)化生產(chǎn)前景。但也具有沉淀法普遍存在的陰離子的洗滌較復(fù)雜的問題，且顆粒易團(tuán)聚，易引入雜質(zhì)。