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纳米氧化锌作为一种新型功能材料,在磁、电、光、敏感、抗菌消毒、紫外线屏蔽等方面具有普通氧化锌产品所不具有的特殊性能和用途。
纳米氧化锌的制备目前还存在着许多亟待解决的问题。本论文在详细研究了国内外纳米氧化锌的研究现状后,以沉淀热分解法制备纳米氧化锌为主线,选取二水合草酸锌和碱式碳酸锌两种前驱物,对沉淀反应和热分解反应进行了系统的研究。通过对前驱物结晶过程的控制,考察了反应温度、反应时间,Zn<2+>初始浓度、沉淀剂浓度、沉淀剂加入方式等因素对前驱物粒度的影响,并用槐式理论解释了试验结果。对两种前驱物进行了热分析研究,得到两种前驱物的热分解机理与热分解动力学模型。对前驱物在高温环境中的自长大现象进行了系统的研究,用透射电镜和场发射扫描电镜对终产物进行了详细的检测与分析。最后利用廉价的矿物闪锌矿为原料提出了两种制备纳米氧化锌的工艺流程,进行了对比。
主要的研究成果如下:
(1)沉淀剂的加入方式对前驱物的粒度影响最大,瞬时加入沉淀剂可以将前驱物二水合草酸锌粒度控制在300nm以下,将前驱物碱式碳酸锌的粒度控制在500nm以下,对第二步热分解得到分散性良好的纳米氧化锌有很重要的作用。
(2)得到两种前驱物的热分解动力模型。二水合草酸锌热分解牛成纳米氧化锌分为两个阶段,第一阶段为脱水反应,热分解动力模型为.f(a)=2(1-a)<2/3>(其热分解机理为化学反应),A=8.32×10<8>s<-1> E=(75.82±3.00)KJ/mol。第二阶段氧化锌牛成阶段,热分解动力模型为f(a)=1-a(其热分解机理为随机成核和随后生长)A=8.45×10<28>s<-1>,E=(360.54±12.00)KJ/mol。前驱物碱式碳酸锌一步分解得到纳米氧化锌,得到的热分解机理函数为f(a)=3(1-a)[-ln(1-a)]<2/3>(其热分解机理为随机核化Aurami方程Ⅱ),A=7.84×10<17>s<-1>,E=(162.77±3.00)kJ/mol。
(3)通过控制两种前驱物的热分解条件,均可以得到分散性良好的纳米颗粒。
(4)在高温环境中,两种前驱物得到的纳米氧化锌都有自长大现象。形貌从颗粒状向短棒状乃至网状结构发展。
(5)以闪锌矿为原料提出了两种纳米氧化锌的制备工艺流程,可以制备出性能优良的纳米氧化锌。
上述研究成果丰富了纳米氧化锌制备技术的理论体系,并为纳米氧化锌大规模、低成本的工业化生产具备一定的指导意义。