納米ZnO 陶瓷制備

1、納米納米ZnO陶瓷制備陶瓷制備ZnO陶瓷粉體制備2總結(jié)及展望4ZnO陶瓷背景介紹3 1ZnO陶瓷制備方法3 3目錄納米ZnO陶瓷制備為什么納米ZnO這么受歡迎？ ZnO是用途非常廣泛的功能材料，大量用于電子、涂料、催化、氣敏器件和壓敏電阻器件等重要的工業(yè)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。納米ZnO是一種多功能性的新型無機材料。由于晶粒的細化，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)并且具有高透明度、高分散性等特點近年來發(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、紡織、電子、光學(xué)、生物、醫(yī)藥等許多領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值，具有普

2、通ZnO所無法比擬的特性和用途。納米ZnO粉體的燒結(jié)性能極佳，其燒結(jié)溫度可以比普通陶瓷粉體的燒結(jié)溫度降低幾百度。納米ZnO陶瓷制備為什么納米ZnO這么受歡迎？ 結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)納米ZnO陶瓷制備納米氧化鋅粉體制備方法固相反應(yīng)法液相反應(yīng)法氣相反應(yīng)法化學(xué)沉淀法溶膠一凝膠法微乳液法(反相膠束法)水熱合成法沉淀法制備ZnO納米粉體原理：沉淀法是在低溫下發(fā)生某化學(xué)反應(yīng)，形成不溶物，然后對這些不溶物后期處理得到所需的納米粉料。工藝簡單，成本低廉，容易工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點。但是有一個最大問題就是由于液體的表面張力和顆粒間范德瓦爾斯力的作用產(chǎn)生納米粉體的團聚現(xiàn)象，怎樣處理這個麻煩的團聚現(xiàn)象消除確實是很需

3、要科技水平的事情。沉淀法的特點：沉淀法制備ZnO納米粉體工藝流程將碳酸鈉溶液在劇烈攪拌下與硝酸鋅溶液反應(yīng)獲得前驅(qū)體，堿式碳酸鋅沉淀，之所以用稀氨水洗滌而不用蒸餾水，是因為，用前者處理得到的氧化鋅粉體基本無團聚，分散性較好，粒徑為1020nm.不同方法洗滌所得ZnO納米粉體的透射電鏡照片（a）蒸餾水洗滌（b）稀氨水洗滌噴霧燃燒法噴霧燃燒法 原理： 將熔融金屬高效霧化后于燃燒室內(nèi)氧化燃燒，這導(dǎo)致了液霧的強烈揮發(fā)，及在高速飛行過程中的再霧化和表面氧化膜的快速剝離，因而可以快速得到高純度納米級的金屬氧化物粉末。噴霧燃燒法噴霧燃燒法 1-金屬熔體；2-熔化爐；3-陶瓷坩堝；4-陶瓷質(zhì)霧化燃燒器；5-燃燒

4、塔；6-冷卻塔；7-旋風(fēng)分離器； 8-金屬氧化物粉體。噴霧燃燒法噴霧燃燒法 將金屬Zn置于陶瓷坩堝中, 使其熔融并過熱到燃點以上的溫度（800-900C）, 然后引入一陶瓷質(zhì)霧化燃燒器中, 以經(jīng)預(yù)熱的高壓純氧為霧化介質(zhì),壓力大約為0.35-1.5MPa， 將過熱的金屬Zn熔體進行高效霧化,使形成高溫金屬液霧,并于燃燒塔中立即著火燃燒,發(fā)生急劇氧化反應(yīng)直接生成高純納米級ZnO粉末2Zn（l）+O2（g）=2ZnO（s）噴霧燃燒法噴霧燃燒法 噴霧燃燒法的顯著特點是反應(yīng)速度快，生產(chǎn)效率高，成本低及無污染等，其突出特點是能夠制備均混的多相氧化物納米粉體，即所謂的復(fù)合粉體。納米ZnO陶瓷制備SPS燒結(jié)原

5、理概述：放電等離子燒結(jié)(SPS)技術(shù)是一種遠離平衡狀態(tài)的材料制備方法。圖1 放電等離子燒結(jié)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖進行SPS實驗時，將裝有試樣的模具置于上下電極之間，對腔體抽真空后通入脈沖電流進行燒結(jié)。燒結(jié)完成后，停止通入脈沖電流并卸壓，隨爐冷卻降溫。納米ZnO陶瓷制備SPS燒結(jié)原理概述：SPS燒結(jié)中，脈沖電流直接通過模具或樣品進行加熱，可以獲得很高的升溫速率(最快2min可達2000)，脈沖電流斷電后又可迅速降溫冷卻，速度可達300min以上，整個燒結(jié)過程一般可在1 0min左右完成。SPS脈沖電流作用及效果可以概括為圖2所示。圖2 脈沖開關(guān)的作用納米ZnO陶瓷制備SPS燒結(jié)原理概述：燒結(jié)過程中，通入

6、的脈沖電流在瞬間產(chǎn)生放電等離子體使燒結(jié)體內(nèi)部各顆粒均勻產(chǎn)生焦耳熱并使顆粒表面活化，利用粉末自身發(fā)熱而進行燒結(jié)。除加熱和加壓兩個促進燒結(jié)的因素外，顆粒間的有效放電產(chǎn)生的局部高溫可使顆粒表面局部熔化，表面物質(zhì)剝落，產(chǎn)生的高溫等離子體又可清除顆粒表面的雜質(zhì)和吸附氣體，從而促進燒結(jié)致密化。因此放電等離子燒結(jié)不僅熱效率極高，而因而容易制各出均質(zhì)、致密、高質(zhì)量且利用放電點的彌敖分布實現(xiàn)均勻加熱的燒結(jié)體。納米ZnO陶瓷制備SPS燒結(jié)：1020nm的ZnO納米粉體裝入內(nèi)徑為20mm的石墨模具中，在真空氣氛中進行燒結(jié)。所加壓力為50MPa，升溫速率為200/min，到達指定溫度后保溫2min，然后迅速降溫，得到ZnO納米陶瓷。SPS燒結(jié)的ZnO陶瓷的晶粒尺寸與燒結(jié)溫度的關(guān)系曲線SPS燒結(jié)的ZnO陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)敏感性陶瓷變阻器變阻器 這是通過n型半導(dǎo)化來實現(xiàn)的，但是器件的小型化會要求把目前的陶瓷材料晶粒尺寸進一步減小到100納米的范圍，這個可以算是一個不錯的研究和應(yīng)用方向 ZnO敏感電阻主要有壓敏電阻、氣敏電阻、濕敏電