納米氧化鋅PPT學(xué)習(xí)教案

納米氧化鋅納米氧化鋅由于其尺寸介于分子、原子和宏觀微粒之間，具有納米材料的體積效應(yīng)、表面效應(yīng)等許多宏觀材料所不具有的特殊性質(zhì)。在這里我們綜述了納米氧化鋅作為一種新型功能材料在橡膠、涂料、陶瓷、防曬化妝品等領(lǐng)域展示出的引人注目的廣泛應(yīng)用及發(fā)展前景。納米氧化鋅是由極細(xì)晶粒組成，特征維度尺寸在納米數(shù)量級(1-100nm)的無機(jī)粉體材料，其研究興起于20世紀(jì)90年代。近年來，納米材料因其獨特的物理化學(xué)作用而被廣為重視，并逐步應(yīng)用于各個領(lǐng)域。納米氧化鋅粒子作為聯(lián)系宏觀物體及微觀粒子的橋梁，在化學(xué)、物理學(xué)、光、電、磁、敏感性等方面具有一般氧化鋅產(chǎn)品無法比擬的特殊性能和新用途一?？偸龅?頁/共18頁納米氧化鋅的主要性質(zhì)伴隨著粒徑的減小，表面原子數(shù)的迅速增加，納米粒子的表面積、表面能都迅速增大。表面原子周圍缺少相鄰的原子，有許多懸空鍵，具有不飽和性質(zhì)，易與其它原子相結(jié)合而穩(wěn)定下來，故具有很大的化學(xué)活性。伴隨表面能的增加，其顆粒的表面原子數(shù)增多，表面原子數(shù)與顆粒的總原子數(shù)的比值增大，于是便產(chǎn)生了“表面效應(yīng)”，即“表面能”與“體積能”的區(qū)分就失去了意義，使其表面與內(nèi)部的晶格振動產(chǎn)生了顯著變化，導(dǎo)致納米材料具有許多奇特的性能。1.表面效應(yīng)第2頁/共18頁2.體積效應(yīng)納米粒子的尺寸與傳導(dǎo)電子的德布羅意波長相當(dāng)或更小時，周期性的邊界條件將被破壞，磁性、內(nèi)壓、光吸收、熱阻、化學(xué)活性、催化劑及熔點等都較普通粒子發(fā)生了很大的變化，這就是納米粒子的體積效應(yīng)，這種體積效應(yīng)為實際應(yīng)用開拓了廣闊的新領(lǐng)域。第3頁/共18頁納米氧化鋅的應(yīng)用橡膠工業(yè)是氧化鋅的最大用戶。作為普通氧化鋅的代換材料，納米氧化鋅在橡膠工業(yè)中的應(yīng)用已越來越受到重視。納米氧化鋅與普通氧化鋅對橡膠性能的影響對比下表。1.納米氧化鋅在橡膠輪胎中的應(yīng)用第4頁/共18頁添加納米氧化鋅的橡膠應(yīng)用圖示第5頁/共18頁2.納米氧化鋅在陶瓷中的應(yīng)用陶瓷材料是材料的三大支柱之一，傳統(tǒng)陶瓷材料的應(yīng)用有較大的限制，隨著納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用，納米陶瓷隨之產(chǎn)生。納米陶瓷被譽為“萬能材料”或“面向21世紀(jì)的新材料”。所謂納米陶瓷，是指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米級尺度的陶瓷材料，也就是說晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在納米量級的水平上。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，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量。第6頁/共18頁3.納米氧化鋅在防曬化妝品中的應(yīng)用納米ZnO是一種廣譜的無機(jī)紫外線屏蔽劑，由于其對UVA的有效屏蔽性、安全性和抗菌性而得到越來越廣泛的運用。其屏蔽紫外線的原理是吸收和散射紫外線。它屬于N型半導(dǎo)體，ZnO的禁帶寬度為32eV。當(dāng)受到紫外線的照射時，價帶上的電子可吸收紫外線而被激發(fā)到導(dǎo)帶上，同時產(chǎn)生空穴一電子對，因此具有吸收紫外線的功能。第7頁/共18頁4.納米氧化鋅在油漆涂料中的應(yīng)用借助于傳統(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，實現(xiàn)防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等。在衛(wèi)生用品上應(yīng)用可起到殺菌保潔作用；在標(biāo)牌上使用納米材料涂層，可利用其光學(xué)特性，達(dá)到儲存太陽能、節(jié)約能源的目的；在建材產(chǎn)品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達(dá)到減少光的透射和熱傳遞效果，產(chǎn)生隔熱、阻燃等效果。在涂料應(yīng)用中，納米氧化鋅的紫外屏蔽性能是其中最大的開發(fā)點之一。第8頁/共18頁5.納米氧化鋅在紡織中的應(yīng)用納米氧化鋅在紡織領(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。將金屬氧化鋅粉末制成納米級時，由于微粒尺寸與光波相當(dāng)或更小，尺寸效應(yīng)使導(dǎo)帶及價帶的間隔增加，故光吸收顯著增強。在350-400nm(UVA)時，氧化鋅的遮蔽效率高，同時氧化鋅(n=1.9)的折射率小，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。第9頁/共18頁6.納米氧化鋅在催化劑和光催化劑中的應(yīng)用催化劑在許多化學(xué)領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時間、反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10-15倍。主要是因為納米氧化鋅的尺寸小、比表面積大、表面鍵性和顆粒內(nèi)部的不同、表面原子配位不全等，導(dǎo)致表面的活性位置增多，形成了凸凹不平的原子臺階，加大了反應(yīng)接觸面，納米氧化鋅的催化活性和選擇性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其傳統(tǒng)催化劑。第10頁/共18頁7.納米氧化鋅在電化學(xué)中的應(yīng)用堿性可充鋅基電池具有能量密度高，無環(huán)境污染以及原料來源豐富等特點，近十幾年來一直是化學(xué)電源領(lǐng)域的研究熱點之一。但在應(yīng)用堿性可充鋅基電池時，由于鋅電極循環(huán)壽命短而使電池很快失效，阻礙了其推廣應(yīng)用。納米材料在化學(xué)電源中的應(yīng)用也日益受到人們的重視。以草酸、二水合二酸鋅為原料，采用固相配位化學(xué)法制備粒子平均尺寸在20~50nm的氧化鋅粉體，當(dāng)納米粒子填充在常規(guī)粒徑粒子間的縫隙中時，可改善電極反應(yīng)的傳質(zhì)和傳荷條件，減輕電極充放電過程中的變形問題，提高了鋅電極的氧化還原可逆性能以及循環(huán)充放電性能。第11頁/共18頁存在的問題如何尋找納米氧化鋅與傳統(tǒng)領(lǐng)域融合的切入點和突破口，是推動納米氧化鋅應(yīng)用研究的關(guān)鍵。納米氧化鋅的應(yīng)用研究同其他納米材料一樣還處于初級階段，應(yīng)用基礎(chǔ)理論的研究還不深入，一些應(yīng)用領(lǐng)域還未開發(fā)。如納米氧化鋅作為一種良好的光催化劑，可用于抗菌消毒、屏蔽紫外線等，但目前的研究中還存在一些問題：反應(yīng)機(jī)理的研究缺乏中間體的鑒定；用于公共設(shè)施的殺菌技術(shù)；新型的半導(dǎo)體復(fù)合催化劑的開發(fā)；多元復(fù)雜組分有機(jī)物體系的考察，目前的報道大多為單一組分考察；大型工業(yè)化的光催化氧化反應(yīng)器的設(shè)計；光催化劑的壽命、中毒、再生與回收等等。第12頁/共18頁研究方向目前，納米氧化鋅的應(yīng)用研究不如制備技術(shù)研究廣泛和深入。如何更好地發(fā)揮納米氧化鋅的優(yōu)異性能，提高產(chǎn)品的性能價格比，使制造出的產(chǎn)品在國際市場上具有競爭力都是應(yīng)用研究努力的方向?？傮w來說，納米材料的研究主要包括：①納米材料結(jié)構(gòu)的研究及其性能的分析、測試及表征；②納米材料的合理制備；③納米微粒大小、形狀的可控性研究；④納米材料的工業(yè)化生產(chǎn)及實際應(yīng)用研究。第13頁/共18頁結(jié)束語在“納米熱”席卷全球的高科技時代，納米氧化鋅以其優(yōu)越的性能特點，在橡膠、涂料、陶瓷、防曬化妝品等等領(lǐng)域展示出引人注目的廣泛應(yīng)用，但就目前的應(yīng)用研究現(xiàn)狀來看，我國同國外相比仍有一定的差距。隨著制備技術(shù)的進(jìn)一步完善和應(yīng)用研究的進(jìn)一步深入，納米氧化鋅必將成為2l世紀(jì)一個大放異彩的明星而展現(xiàn)在新材料、能源、信息等各個領(lǐng)域，發(fā)揮其更加舉足輕重的作用。第14頁/共18頁氧化鋅分類直接法（美國法）間接法（法國法）化學(xué)法（濕法）在鋅粉置換過程中，銅有利于提高Cd的析出電位既降低Cd的超電壓，有利于的析出，故當(dāng)銅濃度較低時，需要添加Cu2+。鋅粉加入量對銅Cd去除的影響，溶液中的銅cd隨鋅粉加入量的增加而降低，當(dāng)加入量為理論量的10倍時，銅cd的溶液都低于1mg/l，鋅粉用量鋅銅cdcd濃度銅濃度251.3534.26427.92.2315.622.1383.120.86100.630.24第15頁/共18頁實驗條件反應(yīng)溫度為80度時，反應(yīng)時間60分鐘