纳米氧化锌的应用

纳米氧化锌的应用 1 在橡胶工业中的应用 纳米氧化锌是橡胶工业中最有效的无机活性剂和硫化促进剂。纳米氧化锌具有颗粒微小，比表面积大，分散性好，疏松多孔，流动性好等物理化学特性，因此，与橡胶的亲和性好，熔炼时易分散，胶料生热低，扯断变形小，弹性好，可用于改善的工艺性能和物理性能。用于制造高速耐磨的橡胶制品，如飞机轮胎、高级轿车用的子午线轮胎等，具有防止老化、抗摩擦着火、使用寿命长等优点，可大幅度提高橡胶制品的光洁度、机械强度、耐温和耐老化性能，特别是耐磨性能。另外，氧化锌作为橡胶制品中硫化体系的必用助剂，其填充量较高，一般为5份左右。由于氧化锌比重大，填充量大，其对胶料密度的影响非常大，对制品使用寿命和能源消耗都不利。而使用纳米氧化锌，其用量仅为等级氧化锌用量的30%-50%，这样不仅降低了生产成本，而且在强伸性能、生热、老化等方面的性能远优于普通氧化锌。 2 在陶瓷行业中的应用 纳米氧化锌极小的粒径，大的比表面积和高的化学性能，可以显著降低材料的烧结致密化程度，节约能源，使陶瓷材料的组成结构致密化、均匀化，改善了陶瓷材料的性能，提高了其使用的可靠性。可以从纳米材料的结构层次上控制材料的成分和结构，有利于充分发挥陶瓷材料的潜在性能。另外，由于陶瓷粉料的颗粒大小决定了陶瓷材料的微观结构和宏观性能，如果粉料的颗粒堆积均匀，烧成收缩一致且晶粒均匀长大，那么颗粒越小，产生的缺陷越小，所制备的材料的强度就相应越强，因此采用纳米氧化锌就可出现一些大颗粒材料所不具备的独特性能。 3 在日用化工方面的应用 纳米氧化锌在阳光，尤其是在紫外线照射下，在水和空气中，能自行分解出自由移动的带负电的电子，同时留下带正电荷的空穴。这种空穴可以将空气中的氧变成活性氧，有极强的化学活性，能与大多数有机物发生氧化反应 (包括细菌类的有机物)，从而把大多数的病菌和病毒杀死。对纳米氧化锌的定量杀菌试验表明，在5min内，纳米氧化锌的浓度为1%时，金黄色葡萄球菌的杀菌率为98.68%，大肠杆菌的杀菌率为99.93%。纳米氧化锌吸收紫外线的能 320-400nm)和中波紫外线(UVB)波长力强，对长波紫外线(UVA)波长( (28-0320nm)均有屏蔽作用。纳米氧化锌是皮肤的外用药物，对皮肤有收敛、消炎、防皱和保护等功能，可以用于化妆品的防晒剂以及防止紫外线的伤害并能抗菌除臭，可用于生产防臭、抗菌、抗紫外线的纤维。利用纳米氧化锌和二氧化硅混合消毒剂制备的除臭纤维能吸收臭味，净化空气，并可用于制造医院长期卧床病人的消臭辅料、绷带、尿布等纺织品。加有纳米氧化锌的陶瓷制品有抗菌除臭和分解有机物的自洁作用，可制作浴缸、地板砖、卫生间和桌台等。在石膏中掺入纳米氧化锌及金属过氧化物粒子后，可制得色彩鲜艳、不易褪色的石膏产品，具有优异的抗菌性能，适用于建筑材料和装饰材料。将一定量的超细氧化锌、氢氧化钙以及硝酸银等物质加入质量分数为25%的磷酸盐溶液中，经混合、干燥、粉碎等再制成涂料涂于电话机、微机表层有很好的抗菌性能。 4 在涂料方面的应用 纳米氧化锌与其他纳米材料配合用于建筑内外墙乳液涂料及其他涂料中，可使涂层具有屏蔽紫外线、吸收红外线及抗菌防霉的作用，同时还具有增稠作用，以便于颜料分散的稳定性。在乳胶漆中使用纳米氧化锌可以增大乳胶漆对紫外线辐射的抵抗力，减弱乳胶漆对潮湿环境条件下的敏感性，提高耐老化性。纳米氧化锌能够散射光线，使乳胶漆的遮盖力得到一定程度的改善。采用纳米氧化锌作原料制成的船舶专用涂料，不仅可以起到屏蔽紫外线的作用，而且可以杀死各种微生物，从而提高航行速度并延长检修期限。此外，用纳米氧化锌制造的汽车专用变色颜料，添加在金属闪光的面漆中，随着角度的变化，能使涂层产生丰富而神秘的“颜色效应”，使车身表面产生较好的成像效果，增辉闪光，深受汽车配色专家的偏爱。 5 用于制作表面波器件 纳米氧化锌作为一种压电材料，具有较强的机电耦合系数，使其在超声换能器、Bragg偏转器、频谱分析器、高频滤波器、高速光开关及微机械上有广泛的用途。这些器件在大容量、高速率光纤通讯的波分复用，光纤相位调 制，反雷达动态测频，电子侦听，卫星移动通讯，并行光信息处理等民用和军事领域具有广泛的应用，比如在高于1.5GHz的频率范围内具有低损耗的高频滤波器正成为移动通讯系统的最关键部件之一，ZnO是制作这种高频滤波器首选材料。纳米氧化锌不仅对电磁波具有吸收能力，还能吸收可见光和红外线，用它作隐身材料，不但能在很宽的频带范围内逃避雷达的侦察，而且能起到红外隐身作用。这种“隐身材料”的发展和应用，是提高武器系统生存和突防能力 的有效手段之一，在国防建设中具有十分重要的意义。 6 用于图像记录材料 纳米氧化锌依制备条件的不同可获得光导电性，半导体性等不同的性质。利用这种变异可用作图像记录材料，还可以利用其光导电性质用于电子摄影，利用半导体性质可作放电击穿记录纸，利用导电性质作电热记录纸等，其优点是无三废公害，画面质量好，可高速记录。利用纳米氧化锌吸附色素可进行彩色复印，另外利用纳米氧化锌酸蚀后有亲水性，可用于胶片印刷等。 7 用于抗静电复合材料 传统抗静电添加剂主要为炭黑、金属粉和表面活性剂。炭黑作静电添加剂只能得到黑色产品，用量大时还会破坏材料的某些力学性能。金属抗静电添加剂一般用量较大，约占复合材料质量的40%，并且加工过程中易被氧化，不易氧化的金、银、铜等又较贵重。表面活性剂抗静电添加剂要求环境的湿度较高且不耐久。而纳米氧化锌则具有较好的抗静电效果。纳米氧化锌晶须添加剂外观为白色疏松状物质，微观结构则为立体四针状单晶体，任意两个针间夹角均约为109度，其优点是四针状立体结构易形成有效三维网状导电通道，通过晶须尖端放电和隧道效应达到抗静电的目的，并且用量少;纳米氧化锌稳定，1720?直接升华，不易与其他材料发生化学反应，抗静电耐久性好。另外，纳米氧化锌晶须为白色，能满足各种复合材料的色彩要求。 8 用于荧光产品 纳米氧化锌是一种在低压电子射线下惟一能发光的物质，光色为蓝色和红色，其能隙为3.2eV，对应于387nm的紫外波长。当纳米氧化锌粒子受到紫外光照射时，颗粒内产生的光生电子和空穴将快速地扩散到颗粒表面，在表 面上引起复杂的光化学反应，同时氧化锌颗粒本身也会发生一系列反应，有荧光现象发生，利用纳米氧化锌的这一特性可以制备荧光产品。 9 用于压敏变阻器和电容器 导电氧化锌粉呈白色，比传统金属系和炭黑系列导电微粉具有更广的应用范围。纳米氧化锌压敏电阻的非线性特性使其能起到过压保护，抗雷击，抑制瞬间脉冲的作用，成为应用最广泛的压敏变阻器材料。研究证明，纳米氧化锌压敏电阻的非线性系数α=45，临界电场值大于1000V，漏电流小于1μA，添加了ZnO、TiO2、MnO2等原料的陶瓷微粉经煅烧而制成的具有高介电常数，表面微细平滑的片状体可制造电容器等。 10 用作催化剂 纳米氧化锌因为气体通过的扩散速度比较快，因此是一种极好的催化剂。纳米氧化锌因其尺寸小、比表面积大，表面键性和颗粒内部的不同，表面原子配位不全等，导致表面的活性位置增多，形成了凸凹不平的原子台阶，加大了反应接触面，纳米氧化锌的催化活性和选择性远远大于其传统催化剂。 纳米氧化锌还是一种很好的光催化剂。水中的有害有机物质如有机氯化物、农药、表面活性剂、色素等，用目前的水处理技术充分去除是很困难的，而纳米氧化锌作为光催化剂可以使有机物分解。研究表面，纳米氧化锌粒子的反应速率是普通氧化锌粒子的10-1000倍，而且与普通粒子相比，它几乎不引起光的散射，且有大的比表面积和宽的能带，因此被认为是极具应用前景的光催化剂之一。 11 用作磁性材料 磁性材料是电子信息产业发展的基础，纳米磁性材料的特性不同于常规的磁性材料，其原因是有关联与磁相关的特征物理长度恰好处于纳米量级。如磁单畴尺寸、超顺磁性临界尺寸、交换作用长度以及电子平均自由路程等大致都处于1-100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会出现反常的磁学性质。纳米材料用作软磁材料具有十分优异的性能，如高磁导率、低损耗、高饱和磁化强度等，已经应用于开关电源、变压器、传感器等方面， 可实现器件的小型化、轻型化、高频化以及多功能化，近年来发展十分迅速。如工业上广泛使用的锰锌铁氧体，是一种软磁材料，具有很好的磁性能。该磁性材料的制造工艺极为复杂，需要在1300?下进行烧结，如果采用纳米氧化锌作原料，不仅可以简化制造工艺，而且还可以提高产品的“均一性”和导磁率，减少产品在烧制过程中破裂的损失，降低烧结温度，使产品质量显著提高。