1314-13-2 / 氧化鋅

【背景及概況】^[1][2][3]

氧化鋅（ZnO），俗稱鋅白，是鋅的一種氧化物。難溶于水，可溶于酸和強(qiáng)堿。氧化鋅是一種常用的化學(xué)添加劑，廣泛地應(yīng)用于塑料、硅酸鹽制品、合成橡膠、潤(rùn)滑油、油漆涂料、 藥膏、粘合劑、食品、電池、阻燃劑等產(chǎn)品的制作中。氧化鋅的能帶隙和激子束縛能較大，透明度高，有優(yōu)異的常溫發(fā)光性能，在半導(dǎo)體領(lǐng)域的液晶顯示器、薄膜晶體管、發(fā)光二極管等 產(chǎn)品中均有應(yīng)用。

此外，微顆粒的氧化鋅作為一種納米材料也開(kāi)始在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮作用。納米氧化 鋅是一種多功能性的新型無(wú)機(jī)材料，其顆粒大小約在1～100納米。由于晶粒的細(xì)微化，其表 面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了宏觀物體所不具有的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺 寸效應(yīng)和宏觀隧道效應(yīng)以及高透明度、高分散性等特點(diǎn)。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)它在催化、光學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)等方面展現(xiàn)出許多特殊功能，使其在陶瓷、化工、電子、光學(xué)、生物、醫(yī)藥等許多領(lǐng)域有 重要的應(yīng)用價(jià)值，具有普通氧化鋅所無(wú)法比較的特殊性和用途。納米氧化鋅在紡織、涂料等 領(lǐng)域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌劑、熒光材料、光催化材料等。由于納米氧化鋅一系列的 優(yōu)異性和十分誘人的應(yīng)用前景，因此研發(fā)納米氧化鋅已成為許多科技人員關(guān)注的焦點(diǎn)。納米氧化鋅在涂料中使用較為頻繁，能夠顯著提高涂料的性能，但是普通納米氧 化鋅對(duì)涂料性能的提高的作用具有一定的局限度，如果打破此局限性，以繼續(xù)提高涂料的性能是所要研究的重點(diǎn)。

【制備】^[2]

納米氧化鋅在氧化鋅領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛，納米氧化鋅的制備方法主要有化學(xué)法和物理法。

1. 化學(xué)法：化學(xué)法通過(guò)控制反應(yīng)條件，使原子（或分子）成核，生長(zhǎng)成為納米粒子的方法。常見(jiàn)的制備方法有均勻沉淀法、直接沉淀法、水熱合成法、溶膠-凝膠法。

1）均勻沉淀法：借助溶液中的化學(xué)反應(yīng)，緩慢、均勻的釋放出構(gòu)晶離子，使沉淀均勻析出。均勻沉淀法加入的沉淀劑，會(huì)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使沉淀劑在整個(gè)溶液中緩慢生成，解決外部直接加入沉淀劑所引起的沉淀劑局部不均勻問(wèn)題，是目前最常用的制備方法。采用均勻沉淀法，以醋酸鋅和氨水為原料，制備的納米氧化鋅呈六方晶系結(jié)構(gòu)，對(duì)甲基橙表現(xiàn)出良好的光催化性能，降解率達(dá)到80.1 % ，拓寬了其在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

2）直接沉淀法：在可溶性鋅鹽溶液中加入沉淀劑，生成另一種不溶于水的鋅鹽或鋅的堿式鹽、氫氧化鋅等，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥、焙燒等得到納米氧化鋅的方法。采用直接沉淀法，通過(guò)改變反應(yīng)前驅(qū)物的濃度，制備了不同形貌的氧化鋅微晶，表征研究了不同形貌的氧化鋅對(duì)光的吸收能力，其結(jié)果對(duì)應(yīng)用氧化鋅微晶降解環(huán)境污染物有指導(dǎo)意義。

3）水熱合成法：在高溫高壓下，借助水溶液較強(qiáng)的解聚能力，制備納米尺度顆粒的方法。采用水熱合成法，以堿式碳酸鋅為前驅(qū)體，制備了直徑在500 nm 左右，分散均勻的納米氧化鋅棒，并研究了水合成時(shí)間、溫度等對(duì)氧化鋅納米晶的影響。表征發(fā)現(xiàn)：納米氧化鋅的紫外發(fā)射光強(qiáng)度與其粒子結(jié)晶度正比關(guān)系。

4）溶膠-凝膠法：溶膠-凝膠法是以無(wú)機(jī)鹽或金屬醇鹽為前驅(qū)體，經(jīng)水解縮聚過(guò)程逐漸膠化，再經(jīng)燒結(jié)處理得到納米粉體。以醋酸鋅為原料，利用溶膠-凝膠法制備出分散性良好的納米氧化鋅粉體。表征發(fā)現(xiàn)：所制備的納米氧化鋅粉體純度達(dá)99 % 以上，平均粒徑在30 nm 和70 nm 左右，并提出了改性劑對(duì)控制納米氧化鋅顆粒大小的作用。用二水合醋酸鋅做原料，草酸為絡(luò)合劑，利用溶膠-凝膠法制備出粒徑在35 nm左右，純度高、晶型良好的納米氧化鋅粉體，提出了有效控制納米氧化鋅顆粒團(tuán)聚的復(fù)配原料。

5）遺態(tài)制備法：運(yùn)用物理或化學(xué)方法將相關(guān)材料沉積到模板的孔中或表面，再除去模板，得到具備模板組織形貌和尺寸的納米材料的方法。表征發(fā)現(xiàn)：其對(duì)丙酮和乙醇體現(xiàn)出良好的氣敏性能。用天然棉花做模板，通過(guò)浸漬硝酸鋅溶膠，并經(jīng)煅燒后，制備出平均直徑為5 0?100 nm ，遺傳棉花模板纖維多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋅顆粒，遺態(tài)法制備的材料因復(fù)制了生物模板的微觀精細(xì)多孔結(jié)構(gòu)，在氣敏傳感器領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

2. 物理法：物理法是通過(guò)介質(zhì)與物料之間相互打磨、沖擊，制備納米粒子的方法，常見(jiàn)的有機(jī)械粉碎法、深度塑性變形法等。但因物理法制備的材料納米級(jí)別及純度較低，故應(yīng)用程度不高。

【應(yīng)用】^[3][4]

納米氧化鋅除了廣泛應(yīng)用于化工、橡膠、涂料、陶瓷、電子、紡織和醫(yī)藥衛(wèi)生等傳統(tǒng)工業(yè)外，還在紫外線屏蔽、光催化、導(dǎo)電等方面得到了應(yīng)用。隨著材料納米化和功能化研究的深入，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)得到進(jìn)一步的拓寬。

1. 化妝品

納米氧化鋅因其具有無(wú)毒，無(wú)味，對(duì)皮膚無(wú)刺激性，不分解，不變質(zhì)，熱穩(wěn)定性好，本身為白色，也可以著色等特點(diǎn)，應(yīng)用在化妝品的防曬劑中，對(duì)皮膚有消炎、保護(hù)、防皺和預(yù)防紫外線的傷害等功能。以六水硫酸鋅與碳酸銨反應(yīng)，最佳工藝條件為：原料配比1∶3，洗滌劑為無(wú)水乙醇，在350℃煅燒前驅(qū)體2h，得到膚色納米氧化鋅粉末，在紫外區(qū)屏蔽性較高，有較好的推廣使用價(jià)值。

2. 光催化劑

納米氧化鋅比表面積大，表面活性中心多，且其表面效應(yīng)和體積效應(yīng)使其具有高的催化活性和選擇性。納米氧化鋅作為光催化劑可對(duì)農(nóng)藥、色素、三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯及大氣中的有機(jī)物進(jìn)行光催化分解，使其最終氧化為CO₂和H₂O等無(wú)污染物質(zhì)。此外，納米氧化鋅因其質(zhì)量輕、厚度薄、吸波能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而在隱身技術(shù)—雷達(dá)波吸收材料方面得以應(yīng)用。還有納米氧化鋅作為無(wú)機(jī)活性劑和硫化促進(jìn)劑，添加到橡膠中可提高橡膠制品的光潔度和耐磨性能，因而在橡膠行業(yè)中也得以應(yīng)用。

3. 醫(yī)藥

納米氧化鋅對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門菌屬等致病菌具有強(qiáng)烈的抑制或殺滅作用，并且納米級(jí)的氧化鋅作為一種新型鋅源，在具有選擇毒性及良好的生物相容性的同時(shí)，還具有較高的生物活性、良好的免疫調(diào)節(jié)能力和高吸收率等特點(diǎn)，因而愈發(fā)受到相關(guān)研究者的重視。納米氧化鋅的抗菌機(jī)制較為復(fù)雜，其抗菌作用可能是幾種不同機(jī)制共同作用的結(jié)果，而以何種機(jī)制為主目前尚沒(méi)有統(tǒng)一的結(jié)論。納米氧化鋅的抗菌機(jī)制可歸結(jié)為：① 納米粒子聚集在菌膜表面，引起菌體損傷；② 納米粒子釋放游離鋅離子破壞菌體內(nèi)部離子穩(wěn)態(tài)，繼而導(dǎo)致菌體死亡 ③ 納米粒子產(chǎn)生ROS 氧化菌體內(nèi)的有機(jī)物，達(dá)到抗菌作用。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 張訓(xùn)龍.一種改性納米氧化鋅. CN201710416153.8，申請(qǐng)日2017-06-06

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[3] 董乾英, 張保林, 程亮, 等. 納米氧化鋅的制備及應(yīng)用研究[J]. 化工礦物與加工, 2012, 41(5): 34-38.

[4] 況慧娟, 楊林, 許恒毅, 等. 納米氧化鋅抗菌性能及機(jī)制的研究進(jìn)展[D]. , 2015.