【正文】 O 表現(xiàn)出奇特的性質(zhì)，即隨著溫度的升高，體積收縮而不是膨脹。 ZnO 是兩性氧化物，溶于酸、堿、氯化銨和氨水中，不溶于水和乙醇。長期存在于潮濕的空氣中，易吸收空氣中的二氧化碳生成堿式碳酸鋅，也能夠被碳或一氧化碳還原為金屬鋅。ZnO 可與許多有機(jī)物反應(yīng)，如與脂肪酸反應(yīng)，ZnO 可與脂肪酸的不飽和鍵合并發(fā)生失水反應(yīng)；在橡膠硫化時(shí)參與反應(yīng)，ZnO可加速硫與橡膠分子之間的鍵合。ZnO 具有特殊的化學(xué)吸附解吸性能，在空氣中加熱到 500℃以上，O 從 ZnO 晶體表面解析，從而留下可吸附的位置，這些位置使填隙原子 Zn 接近表面；溫度下降時(shí)，O 原子被吸附在這些位置，填隙原子 Zn 的一個(gè)電子被 O 原子俘獲，電荷的轉(zhuǎn)移使 ZnO 的導(dǎo)電性能降低，形成對(duì)H 原子有強(qiáng)烈的親和力的帶單電荷的 O，遇到有 H 原子的環(huán)境，它會(huì)轉(zhuǎn)化成OH釋放出一個(gè)電子，從而使 ZnO 的導(dǎo)電性能提高。 ZnO 對(duì)紫外光（λ400nm）和部分紅外光（λ800nm）有很強(qiáng)的吸收能力，東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論3對(duì)可見光（λ=400~800nm）有較高的折射率。ZnO 的遮蓋力和著色力主要取決于其折射率和粒度，當(dāng)粒度為 時(shí)，ZnO 的著色力最高。ZnO 加熱到300℃以上時(shí)呈黃色，冷卻后又恢復(fù)白色，一般認(rèn)為這是紫外光的吸收峰向可見光區(qū)域移動(dòng)的原因。 ZnO 具有光致發(fā)光性，可以被多種光波激發(fā)而發(fā)光，并且具有發(fā)光亮度高、可見光區(qū)發(fā)光波長范圍寬、發(fā)光余輝少以及量子效率較高的特點(diǎn)。在700~800℃不同粒度的 ZnO 可發(fā)出藍(lán)綠到黃綠的光；在紫外光區(qū)，ZnO 在高溫和惰性氣氛里發(fā)出綠光，而在空氣中加熱則發(fā)橙色光；ZnO 還具有電致發(fā)光性 【2】 。 ZnO 具有包括半導(dǎo)體性、光導(dǎo)電性、熱釋電、壓電等一系列的電學(xué)性質(zhì)，作為一種多功能材料，是目前相關(guān)研究的熱點(diǎn)。 ZnO 的晶體結(jié)構(gòu)ZnO 是光電和壓電相結(jié)合的直接寬禁帶半導(dǎo)體材料，晶型為六角柱結(jié)構(gòu)【3】 (hexagonal)，屬于 P63mc 空間群，晶格常數(shù)為a=，c=， c/a=，比理想的六角柱密堆積，結(jié)構(gòu)的 稍小。其晶胞由互相貫穿的六角柱密堆積晶格構(gòu)成，晶格結(jié)構(gòu)如圖 所示。從(0001) 方向看，ZnO 是由 Zn 面和 O 面密堆積組成的，為 AaBbAaBb 式排列，這種排列導(dǎo)致 ZnO 具有(0001)和(000 )面，即一個(gè) Zn 極化面，一個(gè) O 極1化面。這種 c 面的極化分布使得 Zn 和 O 面具有不同的性質(zhì)，導(dǎo)致其形成標(biāo)準(zhǔn)磁偶極矩，使 ZnO 本身具有自極化作用。圖 ZnO的晶格結(jié)構(gòu)圖東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論4Zn 原子按六方緊密堆積排列，每個(gè) Zn 原子周圍有四個(gè)氧原子，構(gòu)成 ZnO46 負(fù)離子配位四面體，在 C 軸方向 ZnO 四面體之間是以頂角相連接，四面體的三次對(duì)稱軸 L3 與晶體中的 L6 平行，四面體的一個(gè)頂角指向C(000 )，四面1體的底面平行于+C(0001) 面，即由于 Zn、O 原子在 C 軸方向上不是對(duì)稱分布的，構(gòu)成了極性晶的特征。從結(jié)晶化學(xué)角度分析，晶體中的陽離子是構(gòu)成晶體的主要結(jié)構(gòu)骨架，負(fù)離子配位四面體是晶體的基本結(jié)構(gòu)基元，因此晶體中的負(fù)離子配位多面體就成為研究晶體結(jié)構(gòu)與形貌的基本結(jié)構(gòu)基元。ZnO 46在一個(gè)晶胞層中可分為上、下兩層，兩層四面體的結(jié)晶方位繞 C 軸轉(zhuǎn) 180176。，從四面體的結(jié)晶方位與晶體六方柱面關(guān)系：三個(gè)柱面與 ZnO46四面體中三個(gè)面對(duì)應(yīng)，另外三個(gè)棱與另三個(gè)柱面對(duì)應(yīng)。上、下兩層四面體的頂角和面與六方柱之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系是相同的。而上、下兩層 ZnO46四面體的頂角都是指向晶體的負(fù)極面。正極面與四面體的面平行，在 c 軸方向 Zn、O 原子分布是不對(duì)稱的，表現(xiàn)出極性晶體的特征。從 ZnO46四面體的結(jié)晶方位與晶體各個(gè)面族的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以看出，晶體結(jié)構(gòu)與晶體形貌之間是有內(nèi)在聯(lián)系的 【4】 。 ZnO 的性能及應(yīng)用ZnO 是一種多功能半導(dǎo)體氧化物，具有良好的電學(xué)、光學(xué)、化學(xué)和生物性能，因此在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用。主要用途如圖 所示。納米 ZnO 由于其粒子的尺寸小，比表面積大，因而它具有明顯的表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、體積效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)以及高透明度、高分散性等特點(diǎn)，使其在化學(xué)、光學(xué)、生物和電學(xué)等方面表現(xiàn)出許多獨(dú)特優(yōu)異的物理和化學(xué)性能。與普通 ZnO 相比，具有優(yōu)良的光活性、電活性、燒結(jié)活性和催化活性，如壓電性、熒光性、無毒和非遷移性、吸收和散射紫外線能力等。這一新的物質(zhì)狀態(tài)，賦予了 ZnO 這一占老產(chǎn)品在眾多領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。下面我們就對(duì)納米 ZnO 的一些主要用途做一簡單的介紹。東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論5圖 ZnO的功能及應(yīng)用 催化及光催化領(lǐng)域由于納米 ZnO 具有極強(qiáng)的表面效應(yīng)，表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨著納米粒子尺寸的減小而大幅度地增加，粒子的表面能及表面張力也隨著增加，從而引起納米粒子性質(zhì)的變化；同時(shí)納米 ZnO 的表面原子所處的晶體場環(huán)境及結(jié)合能與內(nèi)部原子有所不同，存在許多懸空鍵，具有不飽和性質(zhì)，因而極易與其他原子相結(jié)合而趨于穩(wěn)定，所以具有很高的化學(xué)活性；另外，由于納米 ZnO 大的比表面積，表面的鍵態(tài)與顆粒內(nèi)部的不同，表面原子配位不全，這就導(dǎo)致表面活性位置增多，形成凸凹不平的原子臺(tái)階，加大了反應(yīng)接觸面。因此納米 ZnO比普通 ZnO 具有更高的催化活性及光催化活性 【5】 。有一些高分子聚合物的氧化、還原以及在有機(jī)合成與分解反應(yīng)中，采用納米 ZnO 做催化劑，能極人提高反應(yīng)速率和產(chǎn)品質(zhì)量。通過研究液氮溫度下，納米 ZnO 光催化氧化 C7H16 和S02 過程中發(fā)現(xiàn)，其光催化活性隨其順磁共振(ESR )信號(hào)強(qiáng)度的減小而下降。說明 O2空位在光催化反應(yīng)中起重要作用。同時(shí)發(fā)現(xiàn)在催化反應(yīng)中，氧缺位越多，催化活性越高。另外，在紫外線照射下，納米 ZnO 光催化反應(yīng)可除去多種有毒氣體，并能與多種有機(jī)物(包括細(xì)菌內(nèi)的有機(jī)物)發(fā)生氧化反應(yīng)，從而把大多數(shù)病毒和細(xì)菌殺死，因此可被廣泛應(yīng)用于空氣凈化、廢水處理等領(lǐng)域 【6】 。 光、電及氣敏等領(lǐng)域當(dāng)納米材料的晶粒尺寸與光波波長、傳導(dǎo)電子的德布羅意波長、超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或比它們更小時(shí)，一般固體材料賴以成立的周期性邊界條件將被破壞，.表現(xiàn)出小尺寸效應(yīng)。正是由于納米 ZnO 具有東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論6獨(dú)特的表面效應(yīng)及小尺寸效應(yīng)，使納米 ZnO 表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)以及氣敏等特性。氣敏材料的基本要求是對(duì)吸附氣體有快速的反應(yīng)，吸附后能改變其物理性質(zhì)，且反應(yīng)可逆，能再生，而納米 ZnO 的高比表面積、高活性等表面半導(dǎo)體性能正是增進(jìn)氣體元件靈敏度的重要原因，致使外界壞境(如溫度、光、氣等)十分敏感，從而引起其電阻顯著變化。利用這種性能可做溫度計(jì)及氣體傳感器。此外 ZnO 對(duì)多種可燃性氣體具有較高的氣體敏感度，如通過摻雜可對(duì)硫化氫、氟立昂、酒精蒸汽和二氧化硫等氣體的選擇性檢測。徐甲強(qiáng)【7】 等人對(duì)納米 ZnO 氣敏性測試得出，ZnO 的氣體靈敏度隨晶粒減小而增高。近年來，人們對(duì)納米 ZnO 的光增強(qiáng)效應(yīng)及發(fā)光機(jī)制進(jìn)行了研究，指出 ZnO在藍(lán)綠波段的發(fā)光是由單離子氧空位引起的。由于 ZnO 薄膜的量子尺寸效應(yīng)，比 GaN 史高的量子效率 。且其螢光波長比 GaN 更短，因此在光存儲(chǔ)應(yīng)用中可以進(jìn)一步提高光存儲(chǔ)的密度，從而在光電子領(lǐng)域?qū)τ谔岣吖庥涗浐托畔⒌拇嫒∷俣绕鸬椒浅Ｖ匾淖饔?，納米 ZnO 薄膜有望成為下一代紫外光半導(dǎo)體激光器，這將引起光信息存儲(chǔ)的巨大變革 【8】 。利用納米 ZnO 的壓電敏的晶界效應(yīng)可制備納米 ZnO 薄膜壓電材料，表向光滑致密，易于制造，價(jià)格低，穩(wěn)定可靠，便于調(diào)變性能，易平面化、集成化。因此納米 ZnO 用做半導(dǎo)體膜、光導(dǎo)通訊保護(hù)膜和聲學(xué)的壓電膜等。納米 ZnO還可用作圖像記錄材料、半導(dǎo)體材料及電容器等。同時(shí)利用摻雜制備的納米ZnO 薄膜，具有優(yōu)異的光電性能，如高的電導(dǎo)率、寬的禁帶寬度等，因此可應(yīng)用于太陽能電池、電致發(fā)光等方面。 日用化工及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域納米材料陰當(dāng)穩(wěn)定，當(dāng)組成相的尺寸減少到一定值，平衡相的關(guān)系將被改變，表現(xiàn)出特殊的熱學(xué)性質(zhì)，在粒子超微化后，熔點(diǎn)降低。如含納米 ZnO 的陶瓷制品燒結(jié)溫度可降至 400~600℃，成品光亮如鏡，極大降低了能源消耗，產(chǎn)品質(zhì)量也大幅度提高。同時(shí)這種陶瓷制品，具有良好的韌性，這是由于納米超微粒子制成的固體材料具有大的界面，界面原子排列相當(dāng)混亂。原子在外力變形條件下自己容易遷移，表現(xiàn)出甚佳的韌性與一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力學(xué)性能。因此這種陶瓷硬度高，耐高溫，耐腐蝕，可用于制浴缸、地板磚及桌石等。同時(shí)由于添加納米 ZnO 制品具有防老化、高彈性、高溫沖擊韌性以及抗靜電、抗磨擦著火、使用壽命長等優(yōu)異性能使其廣泛應(yīng)用于玻璃、功能塑料以及橡膠制品中。如添加納米 ZnO 輪胎側(cè)面膠的抗折性可由 10 萬次提高到 50 萬次，而且其用量僅為常規(guī) ZnO 用量的 30~50%【9】 。將納米 ZnO 添加到各種涂料中，用子各種材料表面涂層，具有很好的抗潮、抗腐蝕性、耐光性和耐候性，并可顯著提高涂膜的機(jī)械強(qiáng)度和附著力。因此可被用于電話、微機(jī)、冰箱等的防腐涂