纳米氧化锌...ppt
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纳米氧化锌...ppt
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纳米氧化锌的应用,纳米氧化锌由于其尺寸介于分子、原子和宏观微粒之间,具有纳米材料的体积效应、表面效应等许多宏观材料所不具有的特殊性质。
在这里我们综述了纳米氧化锌作为一种新型功能材料在橡胶、涂料、陶瓷、防晒化妆品等领域展示出的引人注目的广泛应用及发展前景。
纳米氧化锌是由极细晶粒组成,特征维度尺寸在纳米数量级(1-100nm)的无机粉体材料,其研究兴起于20世纪90年代。
近年来,纳米材料因其独特的物理化学作用而被广为重视,并逐步应用于各个领域。
纳米氧化锌粒子作为联系宏观物体及微观粒子的桥梁,在化学、物理学、光、电、磁、敏感性等方面具有一般氧化锌产品无法比拟的特殊性能和新用途一。
总述,纳米氧化锌的主要性质,伴随着粒径的减小,表面原子数的迅速增加,纳米粒子的表面积、表面能都迅速增大。
表面原子周围缺少相邻的原子,有许多悬空键,具有不饱和性质,易与其它原子相结合而稳定下来,故具有很大的化学活性。
伴随表面能的增加,其颗粒的表面原子数增多,表面原子数与颗粒的总原子数的比值增大,于是便产生了“表面效应”,即“表面能”与“体积能”的区分就失去了意义,使其表面与内部的晶格振动产生了显著变化,导致纳米材料具有许多奇特的性能。
1.表面效应,2.体积效应,纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时,周期性的边界条件将被破坏,磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化剂及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化,这就是纳米粒子的体积效应,这种体积效应为实际应用开拓了广阔的新领域。
纳米氧化锌的应用,橡胶工业是氧化锌的最大用户。
作为普通氧化锌的代换材料,纳米氧化锌在橡胶工业中的应用已越来越受到重视。
纳米氧化锌与普通氧化锌对橡胶性能的影响对比下表。
1.纳米氧化锌在橡胶轮胎中的应用,添加纳米氧化锌的橡胶应用图示,2.纳米氧化锌在陶瓷中的应用,陶瓷材料是材料的三大支柱之一,传统陶瓷材料的应用有较大的限制,随着纳米技术的广泛应用,纳米陶瓷随之产生。
纳米陶瓷被誉为“万能材料”或“面向21世纪的新材料”。
所谓纳米陶瓷,是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料,也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。
加有纳米ZnO的陶瓷制品具有抗菌除臭和分解有机物的自洁作用,大大提高了产品质量。
3.纳米氧化锌在防晒化妆品中的应用,纳米ZnO是一种广谱的无机紫外线屏蔽剂,由于其对UVA的有效屏蔽性、安全性和抗菌性而得到越来越广泛的运用。
其屏蔽紫外线的原理是吸收和散射紫外线。
它属于N型半导体,ZnO的禁带宽度为32eV。
当受到紫外线的照射时,价带上的电子可吸收紫外线而被激发到导带上,同时产生空穴一电子对,因此具有吸收紫外线的功能。
4.纳米氧化锌在油漆涂料中的应用,借助于传统的涂层技术,添加纳米材料,可进一步提高涂料防护能力,实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等。
在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用;在标牌上使用纳米材料涂层,可利用其光学特性,达到储存太阳能、节约能源的目的;在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料,可以达到减少光的透射和热传递效果,产生隔热、阻燃等效果。
在涂料应用中,纳米氧化锌的紫外屏蔽性能是其中最大的开发点之一。
5.纳米氧化锌在纺织中的应用,纳米氧化锌在纺织领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。
将金属氧化锌粉末制成纳米级时,由于微粒尺寸与光波相当或更小,尺寸效应使导带及价带的间隔增加,故光吸收显著增强。
在350-400nm(UVA)时,氧化锌的遮蔽效率高,同时氧化锌(n=1.9)的折射率小,对光的漫反射率较低,使得纤维透明度较高且利于纺织品染整。
6.纳米氧化锌在催化剂和光催化剂中的应用,催化剂在许多化学领域中起着举足轻重的作用,它可以控制反应时间、反应效率和反应速度。
纳米粒子表面活性中心多,为它作催化剂提供了必要条件。
纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10-15倍。
主要是因为纳米氧化锌的尺寸小、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。
7.纳米氧化锌在电化学中的应用,碱性可充锌基电池具有能量密度高,无环境污染以及原料来源丰富等特点,近十几年来一直是化学电源领域的研究热点之一。
但在应用碱性可充锌基电池时,由于锌电极循环寿命短而使电池很快失效,阻碍了其推广应用。
纳米材料在化学电源中的应用也日益受到人们的重视。
以草酸、二水合二酸锌为原料,采用固相配位化学法制备粒子平均尺寸在2050nm的氧化锌粉体,当纳米粒子填充在常规粒径粒子间的缝隙中时,可改善电极反应的传质和传荷条件,减轻电极充放电过程中的变形问题,提高了锌电极的氧化还原可逆性能以及循环充放电性能。
存在的问题,如何寻找纳米氧化锌与传统领域融合的切入点和突破口,是推动纳米氧化锌应用研究的关键。
纳米氧化锌的应用研究同其他纳米材料一样还处于初级阶段,应用基础理论的研究还不深入,一些应用领域还未开发。
如纳米氧化锌作为一种良好的光催化剂,可用于抗菌消毒、屏蔽紫外线等,但目前的研究中还存在一些问题:
反应机理的研究缺乏中间体的鉴定;用于公共设施的杀菌技术;新型的半导体复合催化剂的开发;多元复杂组分有机物体系的考察,目前的报道大多为单一组分考察;大型工业化的光催化氧化反应器的设计;光催化剂的寿命、中毒、再生与回收等等。
研究方向,目前,纳米氧化锌的应用研究不如制备技术研究广泛和深入。
如何更好地发挥纳米氧化锌的优异性能,提高产品的性能价格比,使制造出的产品在国际市场上具有竞争力都是应用研究努力的方向。
总体来说,纳米材料的研究主要包括:
纳米材料结构的研究及其性能的分析、测试及表征;纳米材料的合理制备;纳米微粒大小、形状的可控性研究;纳米材料的工业化生产及实际应用研究。
结束语,在“纳米热”席卷全球的高科技时代,纳米氧化锌以其优越的性能特点,在橡胶、涂料、陶瓷、防晒化妆品等等领域展示出引人注目的广泛应用,但就目前的应用研究现状来看,我国同国外相比仍有一定的差距。
随着制备技术的进一步完善和应用研究的进一步深入,纳米氧化锌必将成为2l世纪一个大放异彩的明星而展现在新材料、能源、信息等各个领域,发挥其更加举足轻重的作用。
氧化锌分类直接法(美国法)间接法(法国法)化学法(湿法)在锌粉置换过程中,铜有利于提高Cd的析出电位既降低Cd的超电压,有利于的析出,故当铜浓度较低时,需要添加Cu2+。
锌粉加入量对铜Cd去除的影响,溶液中的铜cd随锌粉加入量的增加而降低,当加入量为理论量的10倍时,铜cd的溶液都低于1mg/l,锌粉用量锌铜cdcd浓度铜浓度251.3534.26427.92.2315.622.1383.120.86100.630.24,实验条件反应温度为80度时,反应时间60分钟,锌粉置换量为10倍。
溶液组成锌铜cd置换前36.40.8981.75置换后37.20.180.43去除率80.2%99.5%,ThankYou!
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