納米氧化鋅PPT幻燈片課件

1、納米氧化鋅2022/7/17開題報(bào)告之組長：成員：1主要內(nèi)容簡介分類合成方法應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展2氧化鋅簡介第三代半導(dǎo)體材料 禁帶寬度：3.37eV純氧化鋅是N型半導(dǎo)體 又稱寬禁帶半導(dǎo)體或高溫半導(dǎo)體 SiC,GaN,ZnO,AlN,金剛石 很多優(yōu)異的性能 晶體中有填隙原子Zn和氧空位缺陷， 鋅是淺能級缺陷氧空位是神能級缺陷ZnO的激子束縛能為60meV3氧化鋅結(jié)構(gòu)a.巖鹽礦結(jié)構(gòu)b.閃鋅礦結(jié)構(gòu)c.六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)4氧化鋅性能 體積效應(yīng) 表面效應(yīng) 量子尺寸效應(yīng) 宏觀量子隧道效應(yīng) 界面相關(guān)效應(yīng) 介電限域效應(yīng)微粒分散在異質(zhì)介質(zhì)中由于界面能的存在,引起體系介電性能增強(qiáng)的現(xiàn)象。當(dāng)微粒的折射率和介質(zhì)的折射率相差很大

2、,微粒表面和內(nèi)部的場強(qiáng)比入射場強(qiáng)顯著增加,引起的局部場強(qiáng)增加的現(xiàn)象就是介電限域效應(yīng)。這種納米微粒的介電限域效應(yīng)對材料的光吸收、光學(xué)非線性、光化學(xué)性能等有非常重要的影響。5其晶格中可能產(chǎn)生的本征點(diǎn)缺陷有6 種：氧空位、鋅空位、反位氧、反位鋅、氧填隙以及鋅填隙。從能級角度分類，點(diǎn)缺陷可分為淺能級缺陷和深能級缺陷， 其中深能級對氧化鋅的光學(xué)性質(zhì)影響較大。研究認(rèn)為， 位于465520nm 的藍(lán)-綠可見發(fā)光帶主要是氧化鋅的深能級缺陷引起的。氧化鋅發(fā)光6氧化鋅摻雜壓電性能 光學(xué)性能 氣敏特性 電學(xué)性能 催化性能目的：改善性能雜質(zhì)： 稀土、鋁、錫、氮、銅、銀7納米氧化鋅材料的分類按制備方法固相法液相法氣相法

3、8固相法 固相法：是將金屬鹽或金屬氧化物按一定比例充分混合、研磨后進(jìn)行煅燒, 通過發(fā)生固相反應(yīng)直接制得納米粉末。 優(yōu)缺點(diǎn)：運(yùn)用固相法制備納米ZnO 具有操作和設(shè)備簡單安全, 工藝流程短等優(yōu)點(diǎn), 所以工業(yè)生產(chǎn)前景比較樂觀, 其不足之處是制備過程中容易引入雜質(zhì), 純度低, 并且容易使金屬氧化, 顆粒不均勻以及形狀難以控制9液相法液相法：制備納米微粒是將均相溶液通過各種途徑使溶質(zhì)和溶劑分離, 溶質(zhì)形成一定形狀和大小的顆粒, 得到所需粉末的前驅(qū)體, 熱解后得到納米微粒。優(yōu)缺點(diǎn)：液相法具有設(shè)備簡單、原料容易獲得、純度高、均勻性好、化學(xué)組成易于控制等優(yōu)點(diǎn)。液相法包括沉淀法、水解法、水熱法、微乳液法、溶膠-

4、 凝膠法等, 其中應(yīng)用最廣的是溶膠- 凝膠法和沉淀法。10氣相法氣相法：指直接利用氣體或者通過各種手段將物質(zhì)變?yōu)闅怏w, 使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng), 最后在冷卻過程中凝聚長大形成納米微粒的方法。氣相法包括濺射法、化學(xué)氣相反應(yīng)法、化學(xué)氣相凝聚法、等離子體法、激光氣相合成法、噴霧熱分解法等。11納米氧化鋅材料的分類按結(jié)構(gòu)形式分零一維形式二三維形式復(fù)合形式12零維形式金屬氧化物粉末如氧化鋅、二氧化鈦、二氧化硅、三氧化二鋁及氧化鎂等，將這些粉末制成納米級時(shí)，由于微粒之尺寸與光波相當(dāng)或更小時(shí)，由于尺寸效應(yīng)導(dǎo)致使導(dǎo)帶及價(jià)帶的間隔增加，故光吸收顯著增強(qiáng)。各種粉末對光線的遮蔽及反射效率有不同的差異。以

5、氧化鋅及二氧化鈦比較時(shí)，波長小于350納米（UVB）時(shí)，兩者遮蔽效率相近，但是在350400nm（UVA）時(shí)，氧化鋅的遮蔽效率明顯高于二氧化鈦。同時(shí)氧化鋅（n=1.9）的折射率小于二氧化鈦（n=2.6），對光的漫反射率較低，使得纖維透明度較高且利于紡織品染整。13一維形式 目前,ZnO 一維納米材料及其納米結(jié)構(gòu)的合成方法主要有化學(xué)氣相沉積、基于VLS 機(jī)理的催化生長以及磁控濺射法等氣相法以及模板輔助合成、電化學(xué)沉積 和溶液生長等液相法。與設(shè)備昂貴且能耗高的氣相法相比,液相法合成ZnO 一維納米材料具有設(shè)備簡單以及合成溫度低的特點(diǎn)。其中,不需借助任何模板、表面活性劑以及外加電場的溶液生長法更是具

6、有容易調(diào)控材料尺寸、成本低且便于大規(guī)?；膬?yōu)勢 。因此,近年來,溶液生長ZnO 一維納米材料并構(gòu)筑其復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的研究成為了國際熱點(diǎn)研究課題14二維形式 薄膜的外延生長溫度較低，有利于降低設(shè)備成本，抑制固相外擴(kuò)散，提高薄膜質(zhì)量，也易于實(shí)現(xiàn)摻雜。薄膜所具有的這些優(yōu)異特性，使其在表面聲波器件、太陽能電池等諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著 光泵浦紫外受激輻射的獲得和_ 型摻雜的實(shí)現(xiàn)， 薄膜作為一種新型的光電材料，在紫外探測器、 等領(lǐng)域也有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?5三維形式 自從報(bào)導(dǎo)用熱蒸發(fā)法合成了ZnO 納米晶粒自組裝的多面籠、球殼結(jié)構(gòu)以來, 許多研究人員相繼報(bào)導(dǎo)了各自在不同的實(shí)驗(yàn)條件下用熱蒸發(fā)法合成的Zn

7、O 微納米空心球結(jié)構(gòu)。合成的ZnO 納米晶粒自組裝的多面籠、球殼的SEM圖像, 是Lu和L iao等人合成的內(nèi)外表面生長有納米線的ZnO 空心微球的SEM圖像16復(fù)合形式 納米氧化鋅的導(dǎo)熱性能明顯優(yōu)于炭黑和白炭黑等傳統(tǒng)補(bǔ)強(qiáng)填料,其對EPDM具有較好的補(bǔ)強(qiáng)作用,納米氧化鋅/EPDM復(fù)合材料的生熱較低;采用偶聯(lián)劑Si69對納米氧化鋅進(jìn)行原位改性可以改善納米氧化鋅粒子與EPDM間的界面作用,提高其分散性,從而顯著提高復(fù)合材料的物理性能,降低生熱;改性納米氧化鋅/EPDM復(fù)合材料的物理性能和導(dǎo)熱性能良好,可用于動(dòng)態(tài)工況下使用的橡膠制品。 17 納米ZnO粉體（零維） 納米ZnO陣列（一維） 納米ZnO

8、薄膜（二維） 納米ZnO晶體（三維）固相法、氣相法、液相法。納米ZnO的合成方法固相法制備納米氧化鋅的原理是將兩種物質(zhì)分別研磨、混合后，充分研磨得到前驅(qū)物，再加熱分解得到納米氧化鋅粉末。氣相法可分為物理氣相沉積法、脈沖激光沉積法、化學(xué)氣相傳輸氧化法等。氣相生長法制得的納米氧化鋅粒徑小、產(chǎn)品分散性好，反應(yīng)條件易控制，易得到均勻超細(xì)粒子，缺點(diǎn)是產(chǎn)物中有原料殘存，工藝技術(shù)較復(fù)雜，成本高，一次性投資大。18 直接沉淀法 均勻沉淀法 水熱合成法溶膠凝膠法溶膠一凝膠法是化學(xué)和材料領(lǐng)域中的重要制備過程，通常以金屬醇鹽及酸鹽為原料，在有機(jī)介質(zhì)中進(jìn)行水解和縮聚，使溶液經(jīng)溶膠一凝膠化過程得到凝膠，進(jìn)而干燥，煅燒凝

9、膠即得納米氧化鋅粉均勻沉淀法是利用某一化學(xué)反應(yīng)使溶液中的構(gòu)晶離子由溶液中緩慢而均勻的釋放出來的方法。在該方法中，加入的沉淀劑不立刻與被沉淀組分反應(yīng)，而是通過化學(xué)反應(yīng)使沉淀劑在整個(gè)溶液中均勻釋放出來從而使沉淀物在整個(gè)溶液中緩慢析出，然后再將沉淀煅燒即得納米氧化鋅粉體。納米ZnO液相合成技術(shù) 超聲波合成法 噴霧熱分解法直接沉淀法是采用鋅鹽為鋅源，氨水、氫氧化鈉、碳酸鈉為沉淀劑，制得含鋅的沉淀物。然后將沉淀物煅燒即得氧化鋅粉沉淀物顆粒晶型成整且致密，避免了雜志的共沉淀，粒子的粒徑分布均勻，分散性好。反應(yīng)條件溫和，易于洗滌，工業(yè)前景好，但由于Zn(OH)2的兩性，PH必須維持在狹小的范圍內(nèi)。水熱合成法

10、制備納米氧化鋅一般是先采用直接沉淀的方法制備出含鋅的前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體溶解在水熱介質(zhì)中，在一定的溫度和時(shí)間下水熱反應(yīng)。由于含鋅的前驅(qū)體在水熱條件下會(huì)溶解，生成含鋅的過飽和溶液，氧化鋅成核生長，從而制得氧化鋅粉19六水合硝酸鋅摻雜物質(zhì)混合溶液 蒸干多余硝酸 攪拌均勻乙醇胺透明溶液退火反應(yīng)釜反應(yīng)聚乙二醇硝酸離心、分離水熱法制納米粉20 納米ZnO粉體（零維） 納米ZnO陣列（一維） 納米ZnO薄膜（二維） 納米ZnO晶體（三維）模板法、化學(xué)氣相沉積法、微波法、溶液法納米ZnO的合成方法模板法是一種合成納米結(jié)構(gòu)的最直接的方法。模板法制備納米材料的主要原理是利用中空通道的模板材料限制材料的生長方向，

11、使其沿一維方向生長。 這種方法主要經(jīng)歷了氣固過程或氣液固過程，即蒸發(fā)原材料在升溫過程中汽化，在特定的溫度、壓力和原子氣氛條件下，襯底表面上的蒸氣和相互反應(yīng)在基底上生成目標(biāo)產(chǎn)物。21清洗基片乙酸鋅混合溶液涂布甩膜烘干晶種水浴加熱納米ZnO陣列高溫退火硝酸鋅混合溶液HMT乙醇水熱法制納米氧化鋅陣列22 納米ZnO粉體（零維） 納米ZnO陣列（一維） 納米ZnO薄膜（二維） 納米ZnO晶體（三維）分子束外延法（MBE）；金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法（MOCVD）；激光脈沖沉積法（PLD）；噴霧熱分解法（SP）；磁控濺射法（MS)模板法、化學(xué)氣相沉積法、微波法、溶液法納米ZnO的合成方法非晶晶化法、球磨法

12、23納米氧化鋅的應(yīng)用24主要應(yīng)用1 電子、光伏工業(yè)2 紡織、日化工業(yè)3 玻璃、陶瓷工業(yè)4 橡膠、涂料工業(yè)25 氣敏傳感器及壓電材料 太陽能電池和場效應(yīng)管 熒光體和 隱身技術(shù)1 電子光伏產(chǎn)業(yè)2 紡織、日化工業(yè)3 玻璃陶瓷工業(yè)4 橡膠、涂料工業(yè) 2 紡織、日化工業(yè)26鐵酸鈣的 研究與進(jìn)展 用于制作氣敏材料用于制作壓電材料納米ZnO 的傳感原理是利用其電學(xué)性能,利用其電阻隨周圍氣氛中氣體組成的改變而改變的特點(diǎn),用于對氣體進(jìn)行定性和定量測定、制備氣體報(bào)警器和溫度計(jì)等。1 電子光伏產(chǎn)業(yè)2 紡織、日化工業(yè)3 玻璃陶瓷工業(yè)4 橡膠、涂料工業(yè) 2 紡織、日化工業(yè)27氣敏傳感材料及壓電材料 用于制作氣敏傳感器Z

13、nO 是一種既具半導(dǎo)體性能又有壓電性能的新型材料，這一優(yōu)點(diǎn)使得ZnO 具備一些其他材料無可比擬的獨(dú)特功能。近年來應(yīng)用ZnO 制備了一種新興器件納米發(fā)電機(jī)。 用于制作壓電器件281 電子光伏產(chǎn)業(yè) 氣敏傳感器及壓電材料太陽能電池及場效應(yīng)晶體管 熒光體及 隱形技術(shù)29ZnO擁有寬禁帶、高激子束縛能、高強(qiáng)度、高硬度和比TiO2 更大的電子遷移率,使得它很適合于DSSC。并且一維納米氧化鋅是單晶，無晶界等對傳輸電子的損耗，自由電子更容易漂移到導(dǎo)電玻璃上，所以用一維納米氧化鋅陣列替代TiO2可以在很大程度上提高電子的傳輸效率 染料敏化太陽能電池 場效應(yīng)管太陽能電池及場效應(yīng)管30 相染料敏化太陽能電池 場效

14、應(yīng)管太陽能電池和場效應(yīng)管ZnO具有良好的穩(wěn)定性、高熱導(dǎo)率、小介電常數(shù)、低電子親和勢、高遷移率和高擊穿電壓,非常適合作為場發(fā)射陰極材料。已成功應(yīng)用于制作場效應(yīng)晶體管31數(shù)學(xué)建模的研究與進(jìn)展 熒光體 隱身技術(shù)納米ZnO 是在低壓電子射線下唯一可發(fā)熒光的物質(zhì),光色為藍(lán)色和紅色 。隱身技術(shù)雷達(dá)波吸收材料雷達(dá)波吸收材料(簡稱吸波材料) 指能有效地吸收入射雷達(dá)波并使其入射衰減的一類功能材料。利用等離子共振頻移隨顆粒尺寸變化的性質(zhì),可以改變顆粒尺寸,控制吸收邊的位移,制造具有一定頻寬的微波吸收納米材料322 紡織和日化工業(yè)1 文獻(xiàn)綜述 納米氧化鋅無毒、無味,對皮膚無刺激性,不分解,不變質(zhì),熱穩(wěn)定性好,本身為

15、白色。且納米氧化鋅在陽光或紫外線照射下,在水和空氣(氧氣) 中,能自行分解出自由移動(dòng)的帶負(fù)電的電子(e - ) ,同時(shí)留下帶正電的空穴( H+ ) 。這種空穴可以激活空氣中的氧變?yōu)榛钚匝?有極強(qiáng)的化學(xué)活性,能與多數(shù)有機(jī)物發(fā)生氧化反應(yīng)(包括細(xì)菌在內(nèi)的有機(jī)物) ,從而把大多數(shù)病菌和病毒殺死。納米氧化鋅吸收紫外線的能力強(qiáng),對UVA (長波320400 nm) 和UVB (中波280320 nm) 均有屏蔽作用。可用于制造長期臥床病人和醫(yī)院的消臭敷料、繃帶、尿布、睡衣、窗簾及廁所以及防曬劑和抗菌劑。332 紡織和日化工業(yè)食品級納米氧化鋅在合于優(yōu)良制造過程或喂食過程前提下，一般被認(rèn)為安全的食物添加物。鋅

16、廣泛存在于活體中，也是人體含量最多的微量金屬元素，所有生物皆需要鋅，而鋅是所有細(xì)胞成分之一，以作為許多基本酵素系統(tǒng)的共同因子（Cofactor）。每天鋅需求量成人建議要有15mg，而哺乳中母親則要有25mg。納米氧化鋅因其粒徑細(xì)度為納米級別，更容易被人體吸收。 同時(shí)納米氧化鋅具有廣譜（UVA和UVB）的抗紫外線能力和抗菌、殺菌功能。加入到食品中可以抗菌、殺菌、保持食品新鮮，延緩食物變質(zhì)。342 紡織和日化工業(yè)醫(yī)藥級納米氧化鋅納米氧化鋅具有溫和收斂及殺菌作用，可用于以下皮膚疾病及感染治療：如濕疹小膿疹(impetigo)、輪癬（Ingworm）、靜脈腫性潰瘍、搔癢癥及乾癬(Psoriasis)。

17、353 陶瓷和玻璃工業(yè) 陶瓷工業(yè)加有納米ZnO 的陶瓷制品具有抗菌除臭和分解有機(jī)物的自潔作用,且降低了陶瓷的燒成溫度,覆蓋力強(qiáng),使陶瓷制品光亮如鏡。經(jīng)過納米氧化鋅抗菌處理過的產(chǎn)品可制浴缸、地板磚、墻壁、衛(wèi)生間及桌石。363 陶瓷和玻璃工業(yè)玻璃工業(yè)納米ZnO 對紫外線吸收率可達(dá)95 %以上,卻可透過大于或等于85 %的可見光。因此,可以用于汽車玻璃和建筑用玻璃,這種含納米ZnO 的玻璃在屏蔽紫外線的同時(shí),還可以殺菌,從而也是自潔玻璃。374 橡膠、涂料工業(yè) 涂料工業(yè)借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù),添加納米材料,可進(jìn)一步提高涂料防護(hù)能力,實(shí)現(xiàn)防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等。納米氧化鋅可以明顯地提高

18、涂料的耐老化性能, 可作為涂料的抗老化添加劑。 384 橡膠、涂料工業(yè)橡膠工業(yè) 橡膠工業(yè)是氧化鋅消費(fèi)的大戶。高速耐磨的橡膠制品,如飛機(jī)輪胎、高級轎車用的輪胎等就是使用ZnO 做填充料,它能使橡膠制品抗摩擦著火,使用壽命長,難以老化。目前,普通氧化鋅已逐漸被活性ZnO 取代。39納米zno的現(xiàn)狀和發(fā)展納米zno制備方法現(xiàn)狀的研究納米zno的生產(chǎn)應(yīng)用納米zno結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的研究我國納米zno的生產(chǎn)現(xiàn)狀納米zno目前存在的問題納米zno未來的發(fā)展方向401.納米zno的制備方法現(xiàn)狀研究固相法，液相法，氣相法化學(xué)法化學(xué)沉淀法溶液凝膠法微乳液法化學(xué)氣相沉積法噴霧熱解法固相合成法物理法機(jī)械粉碎法深度塑形變形法412.納米zno生產(chǎn)應(yīng)用的研究利用光學(xué)性能抗紫外線產(chǎn)品熒光產(chǎn)品制備太陽能電池應(yīng)用表面涂料產(chǎn)品生物性能：醫(yī)藥方面的殺毒，消菌，除臭等化學(xué)性能制造催化劑制造電池電極半導(dǎo)體性能圖像記錄材料氣體傳感器表面波器件壓敏變阻器和電容器抗靜電復(fù)合材料424.我國納米zno的生產(chǎn)現(xiàn)狀生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模（千噸/年）陜西中科納米材料股份有限公司3山西豐海納米科技有限公司目前：5將來：30豫光金鉛集團(tuán)3成都匯豐化工廠0.5常泰公司100435.納米zno目前存在的問題我國納米zno材料研究存在的問題： 研究單位多、面廣，力量分散，低水平的重復(fù)性研究現(xiàn)象嚴(yán)重納米zno工業(yè)生產(chǎn)存在的關(guān)鍵問