【正文】 料，先在氣相中通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成物質(zhì)的基本粒子，再經(jīng)過(guò)成核，生長(zhǎng)兩個(gè)階段生成薄膜、粒子和晶體材料。其特點(diǎn)是結(jié)晶好、粒度可控、純度高，但技術(shù)要求高。氣相法主要分為三大類：化學(xué)氣相氧化法、激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉淀法、噴霧熱解法。（1）化學(xué)氣相氧化法化學(xué)氣相氧化法是以氧氣為氧源，鋅粉為原料，在高溫下， 以N2作為載體進(jìn)行氧化還原反應(yīng)制得納米ZnO。所得產(chǎn)品的粒徑介于10—20nm 之間，產(chǎn)品的單分散性能好，但產(chǎn)品有原料殘存，純度較低，對(duì)設(shè)備條件的要求較高。氣相反應(yīng)合成法是在溫度大于907℃的條件下將鋅從熔融的金屬鋅或鋅的合金中升華而蒸發(fā)出來(lái)， 隨著鋅蒸汽與噴入的氧化氣體一起的流動(dòng)，從而使Zn氧化變成ZnO粉末。經(jīng)查閱資料可得日本Mitarai等以鋅粉和氧氣為原料，以N2為載體，在約為550℃的高溫下是原料發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而就能得到粒度范圍在10—20nm的ZnO?；瘜W(xué)反應(yīng)式如下：2Zn+O2=2ZnO (T=550℃) （11） 用此種方法的優(yōu)點(diǎn)是：原料簡(jiǎn)單，價(jià)廉，易得，但是得到產(chǎn)品的粒度細(xì)，單分散性較好。缺點(diǎn)是：反應(yīng)得到的產(chǎn)品純度低，而且還有原料殘存，對(duì)設(shè)備要求較高。（2）激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉淀法該法以惰性氣體為載氣，以Zn片為原料，用CW—C02激光氣為熱源，加熱反應(yīng)原料，使之與O2反應(yīng)生成ZnO。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在實(shí)驗(yàn)中就是利用在空氣的氣氛中用激光束直接照射鋅片表面，經(jīng)加熱、汽化、蒸發(fā)、氧化等過(guò)程，來(lái)制備納米氧化鋅粉末。該法具有可精確控制、能量轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)，但產(chǎn)率低、成本高、電能消耗大，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉淀法的原理是利用反應(yīng)氣體對(duì)特定波長(zhǎng)激光束的吸收，引起氣體分子激光分解和激光誘導(dǎo)化合反應(yīng)，在一定條件下合成納米粒子。該法不易團(tuán)聚，粒徑均一，能量轉(zhuǎn)化率高，可精確控制等優(yōu)點(diǎn)。（3） 噴霧熱解法所謂噴霧熱解法是將金屬鹽溶液以噴霧的形式進(jìn)入高溫氣體中，隨著溶劑的蒸發(fā)及金屬鹽的熱分解，從而形成納米氧化物粉體。原理是以液態(tài)物質(zhì)為前驅(qū)體，通過(guò)噴霧的形式直接得到產(chǎn)物。它不需經(jīng)過(guò)過(guò)濾、洗滌、干燥、燒結(jié)等過(guò)程，因而組成了均勻、粒度和純度高得納米產(chǎn)物，過(guò)程簡(jiǎn)單連續(xù)，但污染較大，不容易凈化回收，能耗大、高活性粉體高溫下容易聚結(jié)等問(wèn)題。用噴霧熱解法所得分散性好，粒徑分布窄，化學(xué)活性好，粒徑分布均勻，純度高，并且工藝易于控制，操作簡(jiǎn)單，設(shè)備造價(jià)低廉，頗具工業(yè)化生產(chǎn)的條件和特點(diǎn)。 液相法所謂液相法又叫做液相沉積法[8~9]，通俗來(lái)講就是通過(guò)在液態(tài)的反應(yīng)下微觀粒子的凝聚，從而得到納米粒子的一種方法。根據(jù)整個(gè)過(guò)程有沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)分為兩種類型，分別為非反應(yīng)沉積法和反應(yīng)沉積法。液相法主要分為：直接沉積法、均勻沉積法、水熱法、微乳液法、溶膠一凝膠法、醇鹽水解法、模板法和超聲波合成法等。（1） 直接沉淀法[4]所謂直接沉淀法就是向含有一種或者多種離子的溶液中加入反應(yīng)物使之在一定條件下產(chǎn)生沉淀，將沉淀從溶液中析出，出去陰離子，再將析出的沉淀物經(jīng)熱分解得到納米ZnO。不同的沉淀物，加入的沉淀劑也不相同，同時(shí)沉淀物熱分解的溫度也不盡相同。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，當(dāng)以NH3H2O為沉淀劑時(shí)，反應(yīng)如下：Zn2++2NH3H2O=Zn(OH 2↓+2NH4+ (12) Zn(OH)2=ZnO+H2O↑ (T=500~800℃) (13)直接沉淀法操作簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備要求不高，純度較高，成本也較低。但是只限于實(shí)驗(yàn)室，而且陰離子去除也較困難，得到的材料分散性差等（2） 均勻沉淀法[19]均勻沉淀法與直接沉淀法大致相同，都是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，然后經(jīng)過(guò)濾將沉淀物熱分解，進(jìn)一步形成納米ZnO的過(guò)程。不同的是，直接沉淀法快，得到的納米產(chǎn)物分散性不好。均勻沉淀法是將溶液中的構(gòu)晶離子緩慢而均勻的釋放，得到的產(chǎn)物分散性好，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。常用的反應(yīng)物有兩種：尿素和六亞甲基四胺。以尿素為例，反應(yīng)式如下：CO(NH2)2 +3H2O=CO2+2NH3H2O (14) Zn2++2NH3H2O=Zn(OH)2↓+2NH4+ (15) Zn(OH)2=ZnO+H2O↑ (T=500~800℃) (16) 均勻沉淀法較直接沉淀法產(chǎn)物顆粒均勻，產(chǎn)生的顆粒小，粒度均勻，過(guò)濾也相對(duì)容易，團(tuán)聚好，分散性好等優(yōu)點(diǎn)。（3） 水熱法[14]水熱法是將制備納米ZnO的前驅(qū)體，放入高壓釜中的水熱介質(zhì)中在一定溫度和時(shí)間下發(fā)生水熱反應(yīng)，這就是水熱法。用這種方法得出來(lái)的納米ZnO優(yōu)點(diǎn)是晶粒發(fā)育完整，團(tuán)聚程度小，粒度小且分布均勻，并且在在燒結(jié)過(guò)程中活性高。（4）微乳液法[10,17]微乳液是一種理想介質(zhì)，是由表面活性劑、助表面活性劑（通常為醇類）、水溶液或水、油組成的一種各向同性、透明的熱力學(xué)穩(wěn)定體系。微乳液中的由表面活性劑和助表面活性劑組成的微小“水池”粒徑在大概幾十納米到幾百納米的范圍內(nèi)。并且各個(gè)“水池”彼此分離，夠不成水相。由微乳液法制備的納米ZnO特點(diǎn)是：粒度分布均勻、操作容易、設(shè)備簡(jiǎn)單，但是團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，使其不能工業(yè)化生產(chǎn)。（5） 溶膠一凝膠法[15]溶膠一凝膠法是將Zn的醇鹽或者無(wú)機(jī)鹽溶于水或者有機(jī)溶劑，經(jīng)過(guò)水解、縮聚反應(yīng)形成溶膠，在經(jīng)過(guò)干燥，煅燒得到納米ZnO粉體。此種方法得到的納米ZnO顆粒均勻，不易團(tuán)聚，過(guò)程容易控制，但成本昂貴，不易工業(yè)化生產(chǎn)。常見(jiàn)的反應(yīng)：Zn(CH3COO)2+2H2O=Zn(OH)2+2CH3COOH（堿性條件下） (17)Zn(OH)2=ZnO(s)+H2O↑(加熱) (18)（6） 醇鹽水解法Zn的醇鹽能在水溶液中迅速水解，生成Zn(OH)2沉淀 過(guò)濾、干燥、煅燒成納米ZnO粉體。例如以Zn(OC2H5)2為原料，化學(xué)反應(yīng)：Zn(OC2H5)2+2H2O=Zn(OH)2↓+2C2H5OH (19)Zn(OH)2=ZnO+H2O↑ (110)該法的特點(diǎn)是條件溫和，原料易得，所得粒度細(xì)，單分散性好。但是成本高，易形成不均勻成核。 沉淀法制備納米ZnO 沉淀法沉淀反應(yīng)是以沉淀反應(yīng)為基礎(chǔ)。所得沉淀物都需經(jīng)過(guò)過(guò)濾、洗滌、烘干及煅燒得到納米氧化物粉體。沉淀法分為直接沉淀法、均勻沉淀法、共沉淀法和絡(luò)合沉淀法等。直接沉淀法是將可溶性鋅鹽溶液中加入沉淀劑使之產(chǎn)生沉淀，然后過(guò)濾，洗滌，在煅燒成納米粉體的一種制備納米ZnO的方法。均勻沉淀法就是利用某一化學(xué)反應(yīng)是鋅離子由溶液中緩慢的釋放出來(lái)而產(chǎn)生沉淀，通過(guò)來(lái)改變沉淀劑的濃度而控制不同的平衡。以上兩種方法較常見(jiàn)。所有沉淀法的共同點(diǎn)都是利用生成沉淀的液相反應(yīng)來(lái)制取。整個(gè)反應(yīng)式用下式表示：nA++nB+→[AB]。為了得到納米粉體，需要使溶液中的[AB]有大的過(guò)飽和度；而要使粒度分布均勻，反應(yīng)器各處時(shí)刻都應(yīng)保持均勻的過(guò)飽和度。 沉淀法原理沉淀法的原理就是反應(yīng)溶液中的成核與長(zhǎng)大的過(guò)程。整個(gè)過(guò)程是：在含有可溶性鹽或者懸浮的水溶液或非水溶液中發(fā)生反應(yīng)，一旦溶液被產(chǎn)物過(guò)飽和，就會(huì)由均相成核過(guò)程或非均相成核過(guò)程發(fā)展形成沉淀。核一旦形成，就會(huì)通過(guò)擴(kuò)散的形式不斷長(zhǎng)大，在這個(gè)過(guò)程中，濃度和溫度對(duì)其影響至關(guān)重要，想要形成未聚集的顆粒，要求所有的核同時(shí)形成，隨后不再有成核過(guò)程，也沒(méi)有顆粒的聚集。本次實(shí)驗(yàn)以NH3H2O和NH4HCO3為沉淀劑，與ZnSO4溶液發(fā)生反應(yīng)，生成由ZnCO3包裹的Zn(OH)2前驅(qū)體。反應(yīng)方程式如下：ZnSO4+2NH3H2O=Zn(OH)2↓+(NH4)2SO4 (111)ZnSO4+NH4HCO3=ZnCO3↓+(NH4)2SO4 (112)煅燒前驅(qū)體的化學(xué)反應(yīng)： Zn(OH)2=ZnO+H2O (113) ZnCO3=ZnO+CO2 (114) 沉淀法制備納米ZnO過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題(1)當(dāng)將與ZnSO4溶液發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生的沉淀過(guò)濾、洗滌陰離子時(shí)比較困難。(2)在制備納米ZnO的成核和長(zhǎng)大的過(guò)程，由于對(duì)濃度和溫度的控制需要比較精確，所以比較容易出現(xiàn)由于控制不當(dāng)而出現(xiàn)的團(tuán)聚顆粒，而過(guò)濾、洗滌、焙燒、煅燒這幾個(gè)過(guò)程中均有濃度和溫度的變化，因此都有可能出現(xiàn)團(tuán)聚。 本課題研究的內(nèi)容和意義本課題研究的主要是用沉淀法制備納米ZnO的最佳反應(yīng)條件，通過(guò)控制NH3H2O以及NH4HCO3的加入量、反應(yīng)時(shí)間、干燥時(shí)間、煅燒的溫度等條件制備出納米ZnO。研究的意義是：因?yàn)榧{米材料獨(dú)有的性能，使其具有廣泛的用途，是近年來(lái)新興的產(chǎn)業(yè)之一。尤其納米ZnO有著多種用途：催化劑、抗菌、陶瓷工業(yè)、橡膠工業(yè)、石油工業(yè)、玻璃工業(yè)等。用途很多，范圍很大，發(fā)展前途無(wú)限。 2 實(shí)驗(yàn)部分 本章詳細(xì)的介紹了實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，內(nèi)容，方法，步驟以及結(jié)果。探討的以及實(shí)驗(yàn)的主要部分放在中間沉淀產(chǎn)物上面。 實(shí)驗(yàn)材料，實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備以及試劑 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備本