纳米氧化锌PPT学习教案

纳米氧化锌纳米氧化锌由于其尺寸介于分子、原子和宏观微粒之间，具有纳米材料的体积效应、表面效应等许多宏观材料所不具有的特殊性质。在这里我们综述了纳米氧化锌作为一种新型功能材料在橡胶、涂料、陶瓷、防晒化妆品等领域展示出的引人注目的广泛应用及发展前景。纳米氧化锌是由极细晶粒组成，特征维度尺寸在纳米数量级(1-100nm)的无机粉体材料，其研究兴起于20世纪90年代。近年来，纳米材料因其独特的物理化学作用而被广为重视，并逐步应用于各个领域。纳米氧化锌粒子作为联系宏观物体及微观粒子的桥梁，在化学、物理学、光、电、磁、敏感性等方面具有一般氧化锌产品无法比拟的特殊性能和新用途一。总述第1页/共18页纳米氧化锌的主要性质伴随着粒径的减小，表面原子数的迅速增加，纳米粒子的表面积、表面能都迅速增大。表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很大的化学活性。伴随表面能的增加，其颗粒的表面原子数增多，表面原子数与颗粒的总原子数的比值增大，于是便产生了“表面效应”，即“表面能”与“体积能”的区分就失去了意义，使其表面与内部的晶格振动产生了显著变化，导致纳米材料具有许多奇特的性能。1.表面效应第2页/共18页2.体积效应纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化剂及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化，这就是纳米粒子的体积效应，这种体积效应为实际应用开拓了广阔的新领域。第3页/共18页纳米氧化锌的应用橡胶工业是氧化锌的最大用户。作为普通氧化锌的代换材料，纳米氧化锌在橡胶工业中的应用已越来越受到重视。纳米氧化锌与普通氧化锌对橡胶性能的影响对比下表。1.纳米氧化锌在橡胶轮胎中的应用第4页/共18页添加纳米氧化锌的橡胶应用图示第5页/共18页2.纳米氧化锌在陶瓷中的应用陶瓷材料是材料的三大支柱之一，传统陶瓷材料的应用有较大的限制，随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生。纳米陶瓷被誉为“万能材料”或“面向21世纪的新材料”。所谓纳米陶瓷，是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料，也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。加有纳米ZnO的陶瓷制品具有抗菌除臭和分解有机物的自洁作用，大大提高了产品质量。第6页/共18页3.纳米氧化锌在防晒化妆品中的应用纳米ZnO是一种广谱的无机紫外线屏蔽剂，由于其对UVA的有效屏蔽性、安全性和抗菌性而得到越来越广泛的运用。其屏蔽紫外线的原理是吸收和散射紫外线。它属于N型半导体，ZnO的禁带宽度为32eV。当受到紫外线的照射时，价带上的电子可吸收紫外线而被激发到导带上，同时产生空穴一电子对，因此具有吸收紫外线的功能。第7页/共18页4.纳米氧化锌在油漆涂料中的应用借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可进一步提高涂料防护能力，实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等。在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用；在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的；在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。在涂料应用中，纳米氧化锌的紫外屏蔽性能是其中最大的开发点之一。第8页/共18页5.纳米氧化锌在纺织中的应用纳米氧化锌在纺织领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。将金属氧化锌粉末制成纳米级时，由于微粒尺寸与光波相当或更小，尺寸效应使导带及价带的间隔增加，故光吸收显著增强。在350-400nm(UVA)时，氧化锌的遮蔽效率高，同时氧化锌(n=1.9)的折射率小，对光的漫反射率较低，使得纤维透明度较高且利于纺织品染整。第9页/共18页6.纳米氧化锌在催化剂和光催化剂中的应用催化剂在许多化学领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、反应效率和反应速度。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10-15倍。主要是因为纳米氧化锌的尺寸小、比表面积大、表面键性和颗粒内部的不同、表面原子配位不全等，导致表面的活性位置增多，形成了凸凹不平的原子台阶，加大了反应接触面，纳米氧化锌的催化活性和选择性远远大于其传统催化剂。第10页/共18页7.纳米氧化锌在电化学中的应用碱性可充锌基电池具有能量密度高，无环境污染以及原料来源丰富等特点，近十几年来一直是化学电源领域的研究热点之一。但在应用碱性可充锌基电池时，由于锌电极循环寿命短而使电池很快失效，阻碍了其推广应用。纳米材料在化学电源中的应用也日益受到人们的重视。以草酸、二水合二酸锌为原料，采用固相配位化学法制备粒子平均尺寸在20~50nm的氧化锌粉体，当纳米粒子填充在常规粒径粒子间的缝隙中时，可改善电极反应的传质和传荷条件，减轻电极充放电过程中的变形问题，提高了锌电极的氧化还原可逆性能以及循环充放电性能。第11页/共18页存在的问题如何寻找纳米氧化锌与传统领域融合的切入点和突破口，是推动纳米氧化锌应用研究的关键。纳米氧化锌的应用研究同其他纳米材料一样还处于初级阶段，应用基础理论的研究还不深入，一些应用领域还未开发。如纳米氧化锌作为一种良好的光催化剂，可用于抗菌消毒、屏蔽紫外线等，但目前的研究中还存在一些问题：反应机理的研究缺乏中间体的鉴定；用于公共设施的杀菌技术；新型的半导体复合催化剂的开发；多元复杂组分有机物体系的考察，目前的报道大多为单一组分考察；大型工业化的光催化氧化反应器的设计；光催化剂的寿命、中毒、再生与回收等等。第12页/共18页研究方向目前，纳米氧化锌的应用研究不如制备技术研究广泛和深入。如何更好地发挥纳米氧化锌的优异性能，提高产品的性能价格比，使制造出的产品在国际市场上具有竞争力都是应用研究努力的方向。总体来说，纳米材料的研究主要包括：①纳米材料结构的研究及其性能的分析、测试及表征；②纳米材料的合理制备；③纳米微粒大小、形状的可控性研究；④纳米材料的工业化生产及实际应用研究。第13页/共18页结束语在“纳米热”席卷全球的高科技时代，纳米氧化锌以其优越的性能特点，在橡胶、涂料、陶瓷、防晒化妆品等等领域展示出引人注目的广泛应用，但就目前的应用研究现状来看，我国同国外相比仍有一定的差距。随着制备技术的进一步完善和应用研究的进一步深入，纳米氧化锌必将成为2l世纪一个大放异彩的明星而展现在新材料、能源、信息等各个领域，发挥其更加举足轻重的作用。第14页/共18页氧化锌分类直接法（美国法）间接法（法国法）化学法（湿法）在锌粉置换过程中，铜有利于提高Cd的析出电位既降低Cd的超电压，有利于的析出，故当铜浓度较低时，需要添加Cu2+。锌粉加入量对铜Cd去除的影响，溶液中的铜cd随锌粉加入量的增加而降低，当加入量为理论量的10倍时，铜cd的溶液都低于1mg/l，锌粉用量锌铜cdcd浓度铜浓度251.3534.26427.92.2315.622.1383.120.86100.630.24第15页/共18页实验条件反应温度为80度时，反应时间60分钟