纳米氧化锌的制备研究

陈锦东

摘   要：纳米氧化锌在橡胶、催化剂和光催化剂、塑料、涂料、陶瓷、气体传感器、隐身技术等领域的市场前景十分广阔。探讨了纳米氧化锌的制备过程以及应当注意的问题。

关键词：纳米氧化锌;制备;研究

1    纳米材料背景介绍

纳米材料是近年来受到关注的一个新的研究方向，纳米氧化锌具有一般块体材料不具备的光、磁、热、敏感等特点，作为功能材料，其應用前景十分广阔[1-2]。纳米氧化锌主要用于橡胶、催化剂和光催化剂、塑料、涂料、陶瓷、气体传感器、隐身技术等领域，市场前景十分广阔。本研究探讨了纳米氧化锌的制备过程以及应当注意的问题。

2    纳米氧化锌的制备

2.1  反应机理

用ZnSO4·7（H2O）为锌源，以CH4N2O（尿素）为均相沉淀剂，在微波辐射条件下制备纳米ZnO，其反应过程为：

90 ℃时，CH4N2O发生分解：

CO（NH2）2+3H2O→2NH4OH+CO2

3Zn2++4OH-+H2O+CO2→ZnCO3·2Zn（OH）2·H2O

450 ℃焙烧时：

ZnCO3·2Zn（OH）2·H2O→3 ZnO+CO2+2 H2O

2.2  仪器、试剂及装置

实验仪器如表1所示。

原料如下：ZnSO4·7H2O，AR;尿素，AR。

反应装置如图1所示。

2.3  制备过程

实验步骤：称取一定量的硫酸锌和尿素，各自溶于蒸馏水中，然后加入到三颈烧瓶中混合均匀，再放入微波反应器（接温度计和冷凝管）中，进行搅拌后逐渐升温，由于尿素分解，在溶液中出现浑浊现象，继续搅拌，直到出现白色沉淀后停止，取出三颈烧瓶，放入冷水中冷却至常温后抽滤，再用氨水（pH为9）和无水乙醇分别润洗、抽滤，再经真空干燥24 h后得到粉末，经研磨后放入马弗炉中，在450 ℃下灼烧2 h，再次研磨后即得纳米ZnO。实验条件如表2所示。

3    结语

在ZnSO4质量浓度为0.15 mol/L、温度93 ℃、反应时间2 h的条件下，在不同ZnSO4与CH4N2O摩尔比下制备纳米氧化锌。可见粒子为长条形，且随着摩尔比增加，粒子的长度增加越明显。

图2（b）：颗粒宽为30～40 mm，图2（c）：颗粒宽为50 nm，而图2（a）中纳米颗粒粒径仅为30 nm左右，应当是微波的非热效应所致，因为微波炉有交变电磁场，在电磁力作用下，CO32-沿着电场方向有序排列，造成了晶粒沿电场方向优先生成，据此，可得到规则的纳米ZnO。增加CH4N2O质量浓度后，长度也随之增加。反应过程中，过量的CO32-会在一定程度上阻止纳米氧化锌颗粒间的凝并现象，从而得到细长的晶粒。

[参考文献]

[1]林鸿福.蒙脱石族矿物结构式的计算及其意义[J].地质研究，1985（2）：24-37.

[2]栾文楼，李明路.膨润土的开发应用[M].北京：地质出版社，1998.