论文部分内容阅读
纳米ZnO是一种新型无机功能材料,广泛应用于随角异色汽车面漆、防晒化妆品、涂料、光催化等领域。纳米ZnO的应用领域和使用效果与其微结构、表面性质和团聚状态有关。本文研究了不同粒径和形貌的纳米ZnO合成方法和过程机理。对纳米ZnO进行了无机和有机表面处理以提高其光稳定性和分散性。主要研究内容和成果概括如下:1在较温和的条件合成了纳米ZnO,研究了加料方式、反应温度、煅烧温度、反应物浓度等对纳米ZnO粒径的影响,并讨论了纳米ZnO的晶粒生长动力学。结果表明,加料方式Ⅰ得到的前驱体为Zn4(OH)6CO3,加料方式Ⅱ得到的前驱体为Zn4(OH)6CO3和Zn5(OH)6(CO3)2的混合物。加料方式Ⅰ得到的六方晶系的纳米氧化锌晶粒尺寸小,且分散性好。得出最佳制备工艺:反应物浓度为1mol·L-1,反应温度为60℃,煅烧温度为500℃。2水热法合成了不同形貌的ZnO,并探讨了反应机理。结果表明,ZnO的微结构与水热条件有关。实验中发现乙二醇的存在会改变ZnO粉体的形貌。当去离子水为溶剂时,ZnO前驱体在水热条件下不分解;当溶剂为乙二醇时,水热条件下得到的ZnO为球形;当V(glycol):V(water)=1:1时,氧化锌前驱体分解不完全;当V(glycol):V(water)≥3:1时,ZnO粉体的形貌为棒状。3在超声场中,通过硅酸钠水解生成的无定型氧化硅对纳米ZnO进行表面包覆。利用红外光谱、X射线衍射和高分辨电子透射电镜对所得样品进行了表征,并对纳米ZnO的光稳定性进行了评价。红外光谱表明,氧化硅以化学键合的方式沉积在纳米ZnO的表面,在包覆层和纳米ZnO颗粒之间的界面上形成了Zn-O-Si键。HRTEM照片和光稳定性实验显示,超声场和适当的热处理有助于提高包覆层的均匀性和致密性。SiO2的表面包覆提高了纳米ZnO的紫外线屏蔽能力。随着氧化硅含量的增加,纳米ZnO的光稳定性逐渐提高;当m(SiO2):m(ZnO)=1:5时,纳米ZnO的光稳定性和热稳定性基本不变,而且在热处理过程中纳米ZnO的晶粒生长得到有效抑制。4在水中利用硅烷偶联剂(LM-N308)对纳米ZnO进行了有机表面改性。采用FT-IR、TG-DTA、HRTEM对表面改性前后的纳米ZnO进行了研究。红外光谱和HRTEM表明,LM-N308存在于纳米ZnO的表面并形成了有机包覆层。润湿性实验和分散性实验表明,经LM-N308表面改性后的纳米ZnO粉体的表面性质由亲水性变为亲油性。