纳米氧化锌PPT课件

开题报告
之
纳米氧化锌
成员：
组长： 2020/6/15
主要内容
简介
分类
合成方法
应用
现状与发展
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第三代半导体材料 禁带宽度：3.37eV
纯氧化锌是 N型半导体
ZnO的激子束缚 能为60meV
Ø 又称宽禁带半导体或高温半导体 Ø SiC,GaN,ZnO,AlN,金刚石 Ø 很多优异的性能
Ø 晶体中有填隙原子Zn和氧空位缺陷， 锌是浅能级缺陷氧空位是神能级缺陷
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目的：改善性能
压电性能 光学性能 气敏特性 电学性能 催化性能
杂质： 稀土、铝、锡、氮、铜、银
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纳米氧化锌材料的分类
按制备方 法
固相法
液相法
气相法
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固相法
• 固相法：是将金属盐或金属氧化物按一 定比例充分混合、研磨后进行煅烧, 通过发 生固相反应直接制得纳米粉末。
• 优缺点：运用固相法制备纳米ZnO 具有 操作和设备简单安全, 工艺流程短等优点, 所以工业生产前景比较乐观, 其不足之处是 制备过程中容易引入杂质, 纯度低, 并且容 易使金属氧化, 颗粒不均匀以及形状难以控 制
维持在狭小的范围内。
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水热法制纳米粉
掺杂物质
硝酸
混合溶液
六水合硝酸锌 乙醇胺 聚乙二醇
蒸干多余硝酸 搅拌均匀 透明溶液 反应釜反应
离心、分离
退火
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n 纳米ZnO粉体（零维） n 纳米ZnO阵列（一维） n 纳米ZnO薄膜（二维） n 纳米ZnO晶体（三维）
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其晶格中可能产生的 本征点缺陷有6 种： 氧空位、锌空位、反 位氧、反位锌、氧填 隙以及锌填隙。从能 级角度分类，点缺陷 可分为浅能级缺陷和 深能级缺陷， 其中深 能级对氧化锌的光学 性质影响较大。研究 认为， 位于465～ 520nm 的蓝-绿可见 发光带主要是氧化锌 的深能级缺陷引起的 。
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一维形式
目前,ZnO 一维纳米材料及其纳米结构的合成方法 主要有化学气相沉积、基于VLS 机理的催化生长 以及磁控溅射法等气相法以及模板辅助合成、电 化学沉积 和溶液生长等液相法。与设备昂贵且能 耗高的气相法相比,液相法合成ZnO 一维纳米材料 具有设备简单以及合成温度低的特点。其中,不需 借助任何模板、表面活性剂以及外加电场的溶液 生长法更是具有容易调控材料尺寸、成本低且便 于大规模化的优势 。因此,近年来,溶液生长ZnO 一维纳米材料并构筑其复合纳米结构的研究成为 了国际热点研究课题
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复合形式
纳米氧化锌的导热性能明显优于炭黑和白 炭黑等传统补强填料,其对EPDM具有较好的 补强作用,纳米氧化锌/EPDM复合材料的生热 较低;采用偶联剂Si69对纳米氧化锌进行原位 改性可以改善纳米氧化锌粒子与EPDM间的 界面作用,提高其分散性,从而显著提高复合 材料的物理性能,降低生热;改性纳米氧化锌 /EPDM复合材料的物理性能和导热性能良好, 可用于动态工况下使用的橡胶制品。
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a.岩盐矿结构
b.闪锌矿结构
c.六方纤锌矿 结构
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n 体积效应 n 表面效应 n 量子尺寸效应 n 宏观量子隧道效应 n 界面相关效应 n 介电限域效应
微粒分散在异质介质中由于界面 能的存在,引起体系介电性能增强 的现象。当微粒的折射率和介质 的折射率相差很大,微粒表面和内 部的场强比入射场强显著增加,引 起的局部场强增加的现象就是介 电限域效应。这种纳米微粒的介 电限域效应对材料的光吸收、光 学非线性、光化学性能等有非常 重要的影响。
零·一维形 式
二wk.baidu.com三维形 式
复合形式
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零维形式
• 金属氧化物粉末如氧化锌、二 氧化钛、二氧化硅、三氧化二 铝及氧化镁等，将这些粉末制 成纳米级时，由于微粒之尺寸 与光波相当或更小时，由于尺 寸效应导致使导带及价带的间 隔增加，故光吸收显著增强。 各种粉末对光线的遮蔽及反射 效率有不同的差异。以氧化锌 及二氧化钛比较时，波长小于 350纳米（UVB）时，两者遮 蔽效率相近，但是在350～ 400nm（UVA）时，氧化锌的 遮蔽效率明显高于二氧化钛。 同时氧化锌（n=1.9）的折射率 小于二氧化钛（n=2.6），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。
反应条件易控制，易得到均匀超细粒子，缺
点是产物中有原料残存，工艺技术较复杂，
成本高，一次性投资大。
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n 直接沉淀法 n 均匀沉淀法 n 水热合成法 n 溶胶——凝胶法 n 超声波合成法 n 喷雾热分解法
沉淀物颗粒晶型成整且致密，避 免了杂志的共沉淀，粒子的粒径 分布均匀，分散性好。反应条件 温和，易于洗涤，工业前景好， 但由于Zn(OH)2的两性，PH必须
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气相法
• 气相法：指直接利用气体或者通过各 种手段将物质变为气体, 使之在气体状 态下发生物理或化学反应, 最后在冷却 过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法 。
• 气相法包括溅射法、化学气相反应法 、化学气相凝聚法、等离子体法、激 光气相合成法、喷雾热分解法等。
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纳米氧化锌材料的分类
按结构形 式分
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n 纳米ZnO粉体（零维） n 纳米ZnO阵列（一维）
固相法、气相法、液相法。
n 纳米ZnO薄膜（二维）
n 纳米ZnO晶体（三维） 固相法制备纳米氧化锌的原理是将两
种物质分别研磨、混合后，充分研磨 气相得法到可前分驱为物物，理再气加相热沉分积解法得、到脉纳冲米激氧光沉 积法、化学气相传化输锌氧粉化末法。等。气相生长法 制得的纳米氧化锌粒径小、产品分散性好，
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二维形式
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三维形式
自从报导用热蒸发法合成了ZnO 纳米晶粒自组装 的多面笼、球壳结构以来, 许多研究人员相继报导 了各自在不同的实验条件下用热蒸发法合成的 ZnO 微纳米空心球结构。合成的ZnO 纳米晶粒自 组装的多面笼、球壳的SEM图像, 是Lu和L iao等 人合成的内外表面生长有纳米线的ZnO 空心微球 的SEM图像
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液相法
• 液相法：制备纳米微粒是将均相溶液通过 各种途径使溶质和溶剂分离, 溶质形成一定 形状和大小的颗粒, 得到所需粉末的前驱体, 热解后得到纳米微粒。
• 优缺点：液相法具有设备简单、原料容易 获得、纯度高、均匀性好、化学组成易于 控制等优点。液相法包括沉淀法、水解法 、水热法、微乳液法、溶胶- 凝胶法等, 其 中应用最广的是溶胶- 凝胶法和沉淀法。