文档介绍：采用 Urea 分解法制备纳米氧化锌

(理学院材料科学与工程系材料科学与工程专业张蓓)
(学号:1999143216)

内容提要:本文以尿素,醋酸锌为原料,采用均匀沉淀法制备了纳米级氧化锌。以 TG
-DTA 热分析、红外光谱、比表面积、X 射线、激光衍射粒度分析仪等测试手段对纳米 ZnO
的粉体结构和形貌进行了研究。并对制备 ZnO 的条件进行了讨论。
关键词:均匀沉淀法纳米氧化锌制备工艺条件
教师点评:采用尿素分解法制备了晶粒尺寸为 18nm 的氧化锌纳米粒子。分别采用激光
散射、红外光谱、X-ray 衍射和差热分析等现代分析手段研究了氧化锌纳米粒子的尺寸、性
质和结构,尤其是提出了尿素法制备氧化锌的形成机理,获得了较好的研究结果。(点评教
师:汤皎宁教授)
第一章绪论

20 世纪 80 年代以来,科学界兴起一股纳米热。纳米材料无限美好的应用前景,使得世界
许多国家的科学家不约而同地断言:纳米技术推进人类科学技术进入一个新的时代——纳米
科技时代。进入 20 世纪 90 年代以后,许多国家先后投入巨资组织力量竞相加紧研究纳米材
料。美国自 1991 年开始,把纳米技术列入了“政府关键技术”,每年为此拨款 3500 万美元作
为重大研究经费开支。日本 1991 年开始实施为期 10 年、耗资亿美元的纳米技术研究
开发计划,1995 年又将其列为其后 10 年开发的四大基础科技项目之一。欧盟在 1995 年发表
的一份研究报告预测,今后 10 年内,纳米技术的开发将成为仅次于芯片制造的第二大制造业。
纳米粒子具有许多特殊的性能,如量子效应、宏观量子隧道效应、表面效应、小尺寸效应等,
因而赋予纳米粒子许多新的性质和用途。[1-2]
纳米粒子的介绍[3-4]
纳米是一种长度单位,一纳米即为一米的十万亿分之一,大约相当于几十个原子的长度。
纳米粒子(Nanoparticle)是指颗粒尺寸为纳米级的超细微粒,尺寸在 1~100nm 之间,大于
原子,小于通常的微粒,处在原子簇(cluster)和宏观物体交界的过渡区域,是一种典型的
介观(Mescscopy)系统。当粒子的尺寸为几十纳米时在同一粒子内常发现存在各种缺陷(如
挛晶界、层错、位错)甚至还有不同的亚稳相共存,而当粒子的尺寸减少时,在几个纳米范
围内存在不同组分的亚稳相,甚至存在非晶态。纳米粒子区别与本体粒子结构的特点为:粒
子具有壳层结构。由于粒子的表面层占有很大比重,而表面粒子是既无长程序,又无短程序
的非晶层,可以认为粒子表面层的实际状态更接近气态,而在粒子的心部,存在结晶完好周
期排布的原子,不过其结构与本体样品略有不同。
纳米氧化锌粒子的介绍
作为纳米材料家族成员之一的纳米氧化锌,由于粒子尺寸小,比表面积大,具有表面效应、
体积效应、量子尺寸效应和久保效应等,与普通ZnO相比,展现出许多特殊的性质,成为广大
科技人员研究、探索开发的热点。[5]
所谓表面效应,是指纳米粒子表面原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引发的性质
上的变化。研究表明,固体表面原子与内部原子所处的环境不同,前者的周围缺少相邻的原子,
有许多悬空键,具有不饱和性质,易与其他原子结合而稳定下来。因此,当粒子直径逐渐接近原
子直径时,表面原子占原子的百分数急剧增加,其作用就显得异常明显,具有很大的化学活性,
纳米粒子的表面积、表面能及表面结合能都迅速增大。
1
所谓体积效应是指当物质体积减少时,会出现两种情形;一是物质本身的性质不发生变化,
仅电子的自由程、磁体的磁区等与体积(尺寸)密切相关的性质发生变化;二是物质本身性质也
发生变化。在后种情况下,物质的性质由原来的无数个原子或分子组成的集合体的属性变成
有限个原子或分子结合的属性。如大块金属中,电子的细能级形成连续的能带,因而转化成各
自分立的能级。一般说来,半径小于 10nm的金属粒子,在低温下就能观察到这种分立的现
象。
所谓久保效应是指当粒子尺寸下降到最低值时,费米能级附近的电子能级由准连续变为
离散能级的现象。
所谓量子尺寸效应是指当半导体纳米晶体的粒径接近其激子的玻尔半径时电子性质开
始改变。[6-7]
超细氧化锌具有很多用途:[8-9]
:利用氧化锌和周围气氛中组成气体的改变,电阻发生改变,从而对气体
进行检测和定量测定。
:氧化锌是低电子射线下是唯一可以发荧光的物质,光色为蓝色或者红色。
:金属氧化物对紫外线的遮蔽能力,在颗粒粒径为光波上 1/2 的时候
最大,所以超细