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【瑞祺工贸】纳米氧化锌的应用与前景

浏览次数: 日期:2015-10-16 09:47:00

氧化锌广泛应用于橡胶,日用化工,涂料,电子等工业领域的重要的功能材料,有望在抗菌,净化空气,污水处理中发挥巨大作用.由于纳米氧化锌重要的应用价值和奇异特性,使得纳米氧化锌的制备已成为近年来纳米材料制备领域的研究热点之一。

1.传统领域的应用
橡胶工业是氧化锌消费的大户.高速耐磨的橡胶制品,如飞机轮胎,高级轿车用的子午线轮胎等就是使用氧化锌作填充料,它能使橡胶制品抗摩擦着火,使用寿命长,减少老化.在国外,纳米zn0已较系统地应用于橡胶工业中.对国外名牌轮胎进行剖析发现,其氧化锌用量远低于国内轮胎的普通用量,这就是因为其使用了纳米级氧化锌,相比而言,国内则较滞后.由于纳米氧化锌比表面积大,其在橡胶中的单位用量可降至普通氧化锌用量的1/2到1/3,性能却较普通氧化锌优良.在邵氏硬度为85度的彩印中橡塑并用胶辊料中,使用纳米氧化锌的胶辊永久变形比使用普通氧化锌者减少了七个百分点,而且明显地改善和提高了产品的质量.陶瓷工业广泛地使用氧化锌作为白色颜料.纳米氧化锌不仅可以使陶瓷制品烧结温度降400~600.C,而且烧成品光亮如镜,即出现所谓"镜面效应".纳米氧化锌是一种良好的光催化剂,在阳光,尤其在紫外线照射下,在水和空气中就能自动分解出自由移动的带负电荷的电子,同时留下带正电荷的空穴.这种空穴可以激活空气中的氧使之变为活性氧,它有极强的化学活性,能与多种有机物发生氧化反应(包括细菌在内的有机物),从而把大多数病菌和病毒杀死.这一性能应用于陶瓷工业,就可以生产出自洁性陶瓷.可以预见,纳米氧化锌粉体的这一特性,将为其在陶瓷工业中的广泛应用,开辟了极其光辉灿烂的前景.

2.光电方面的应用
氧化锌薄膜具有很好的光电性质,在适当的制备条件及掺杂之下,氧化锌薄膜表现出很好的低阻特征.在掺Al条件下禁带宽度显著增大,达4.54士0.05eV,具有较高的光透过率.在可见光区,光透过率接近9O.在紫外光的照射下,氧化锌薄膜对可见光的透过率基本保持不变.氧化锌薄膜的低阻特征使其成为一种重要的电极材料,如用作太阳能电池的电极,液晶元件电极等.高透光率和大的禁带宽度使其可用作太阳能电池的窗口材料,低损耗光波导器材料等.而它的发光性质及电子辐射稳定性则使其成为一种很好的单色场发射低压平面显示器材料,并在紫外光二极管激光器等电发光器件领域有潜在的应用前景.普通氧化锌也有吸收紫外线的功能,但它却不能应用于玻璃工业,这是因为它不能透过可见光.而纳米氧化锌粉体在吸收紫外线(吸收率可达95以上)的同时,却可透过≥85的可见光.因此,可以用于汽车玻璃和建筑用玻璃,这种含纳米氧化锌粉体的玻璃在屏蔽紫外线的同时,还可杀菌,从而也是自洁玻璃.目前,市场上已有进口的防紫外线的眼镜片出售.纳米氧化锌粉体还有"随角变色效应"的光学特性,即随着观察者的视线的角度发生变化,它的颜色也随之变化.国外汽车涂料专家十分青睐于这一特性,将纳米氧化锌粉体用于汽车涂料中的面料,生产出了"变色龙"汽车.这种汽车在运动过程中,会给观察者以变幻不同的艳丽色彩感.在光线照射下能发出荧光的氧化锌纳米粒子,其发光稳定且安全,可应用于尖端医疗领域。直径约10纳米的氧化锌微粒,并通过特殊处理使微粒具备荧光物质的特性。这种纳米粒子发光比较稳定,发光时间可持续24小时以上,但生产成本不到绿色荧光蛋白的百分之一。

3.敏感方面的应用
氧化锌薄膜另一重要性质——压敏性(主要表现在非线性伏安特征上).氧化锌压敏材料受外加电压作用时,存在一个阀值电压,即压敏电压(V).当外加电压高于该值时即进入击穿电压区,此时电压的微小变化即会引起电流的迅速增大,变化幅度由非线性系数(a)来表征.这一特征使氧化锌压敏材料在各种电路的过流保护方面已得到了广泛的应用.由于集成电路的快速发展,对压敏电阻也越来越要求低压化和小功率化.用于集成电路过压保护的压敏电阻的压敏电压一般(1OV.随着超大规模集成电路的发展,具有高a值,压敏电压<5V的压敏电阻变得越来越重要.氧化锌压敏电阻的压敏性质来自其晶界效应,主要与界面数有关.界面数越多,压敏电压越大;反之越小.增大氧化锌晶体的粒径或减少氧化锌材料的厚度都是减少电流流向上氧化锌晶体界面数,降低其压敏电压的有效途径.因此,氧化锌薄膜具有显著的低压压敏性质.利用sol—gel喷雾热分解法制备了Biz0.,MnO等掺杂的氧化锌薄膜,膜厚为25~8.41m,压敏电压为158~25.31V,非线性系数a值为7.99~238.氧化锌薄膜是一种气体敏感材料,氧化锌薄膜对酒精,丙酮等气体表现出良好敏感性.其经某些元素掺杂之后对有害气体,可燃气体,有机蒸汽等具有良好的敏感性.用其制备的传感器可用于健康检测,监测人的血液酒精浓度以及监测大气中的酒精浓度等.将纳米氧化锌粉体用于瞬态薄膜传感器的研究表面,纳米氧化锌便于喷涂与质量控制,易于极化与转向,表现出较理想的压电特性,适用于瞬态信号的测量.利用纳米氧化锌的压电性,可制压电音叉,振子表面滤波器等压电转换器材料.纳米氧化锌材料的光电特性,敏感性能在国外已被广泛研究,国内也开展了相应的研究,并具备一定产业化基础,如能进一步降低成本,提高性能稳定性,加以时日,将可以得到广泛应用,开拓出新的纳米元器件。

综上所述,纳米氧化锌材料较普通氧化锌材料显示出以往未曾有过的优异性能,即使在传统应用领域中,也显示出较普通氧化锌材料更加优良的性能,其应用前景广阔.如此,则如何大规模,低成本制备纳米氧化锌材料就显得尤为重要。本文系统介绍了纳米氧化锌材料的主要应用形式—纳米氧化锌粉体多种制备方法,并认为水热法,喷雾热分解法是其大规模,低成本制备的最有潜力的方法。

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