納米氧化鋅(ZnO)粒徑介于1-100 nm之間,是一種面向21世紀(jì)的新型高功能精細(xì)無機(jī)產(chǎn)品,表現(xiàn)出許多特殊的性質(zhì),如非遷移性、熒光性、壓電性、吸收和散射紫外線能力等,利用其在光、電、磁、敏感等方面的奇妙性能,可制造氣體傳感器、熒光體、變阻器、紫外線遮蔽材料、圖像記錄材料、壓電材料、壓敏電阻、高效催化劑、磁性材料和塑料薄膜等。
(1)在橡膠工業(yè)中的應(yīng)用。納米氧化鋅是橡膠工業(yè)中最有效的無機(jī)活性劑和硫化促進(jìn)劑。納米氧化鋅具有顆粒微小,比表面積大,分散性好,疏松多孔,流動性好等物理化學(xué)特性,因此,與橡膠的親和性好,熔煉時易分散,膠料生熱低,扯斷變形小,彈性好,可用于改善材料的工藝性能和物理性能。用于制造高速耐磨的橡膠制品,如飛機(jī)輪胎、高級轎車用的子午線輪胎等,具有防止老化、抗摩擦著火、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn),可大幅度提高橡膠制品的光潔度、機(jī)械強(qiáng)度、耐溫和耐老化性能,特別是耐磨性能。另外,氧化鋅作為橡膠制品中硫化體系的必用助劑,其填充量較高,一般為5份左右。由于氧化鋅比重大,填充量大,其對膠料密度的影響非常大,對制品使用壽命和能源消耗都不利。而使用納米氧化鋅,其用量僅為等級氧化鋅用量的30%-50%,這樣不僅降低了生產(chǎn)成本,而且在強(qiáng)伸性能、生熱、老化等方面的性能遠(yuǎn)優(yōu)于普通氧化鋅。
納米氧化鋅壓敏陶瓷電容器
(2)在陶瓷行業(yè)中的應(yīng)用。納米氧化鋅極小的粒徑,大的比表面積和高的化學(xué)性能,可以顯著降低材料的燒結(jié)致密化程度,節(jié)約能源,使陶瓷材料的組成結(jié)構(gòu)致密化、均勻化,改善了陶瓷材料的性能,提高了其使用的可靠性??梢詮募{米材料的結(jié)構(gòu)層次上控制材料的成分和結(jié)構(gòu),有利于充分發(fā)揮陶瓷材料的潛在性能。另外,由于陶瓷粉料的顆粒大小決定了陶瓷材料的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能,如果粉料的顆粒堆積均勻,燒成收縮一致且晶粒均勻長大,那么顆粒越小,產(chǎn)生的缺陷越小,所制備的材料的強(qiáng)度就相應(yīng)越強(qiáng),因此采用納米氧化鋅就可出現(xiàn)一些大顆粒材料所不具備的獨(dú)特性能。

(3)在日用化工方面的應(yīng)用。納米氧化鋅在陽光,尤其是在紫外線照射下,在水和空氣中,能自行分解出自由移動的帶負(fù)電的電子,同時留下帶正電荷的空穴。這種空穴可以將空氣中的氧變成活性氧,有極強(qiáng)的化學(xué)活性,能與大多數(shù)有機(jī)物發(fā)生氧化反應(yīng)(包括細(xì)菌類的有機(jī)物),從而把大多數(shù)的病菌和病毒殺死。對納米氧化鋅的定量殺菌試驗表明,在5min內(nèi),納米氧化鋅的濃度為1%時,金黃色葡萄球菌的殺菌率為98.68%,大腸桿菌的殺菌率為99.93%。納米氧化鋅吸收紫外線的能力強(qiáng),對長波紫外線(UVA)波長(320-400nm)和中波紫外線(UVB)波長(28-0320nm)均有屏蔽作用。
納米氧化鋅是皮膚的外用藥物,對皮膚有收斂、消炎、防皺和保護(hù)等功能,可以用于化妝品的防曬劑以及防止紫外線的傷害并能抗菌除臭,可用于生產(chǎn)防臭、抗菌、抗紫外線的纖維。利用納米氧化鋅和二氧化硅混合消毒劑制備的除臭纖維能吸收臭味,凈化空氣,并可用于制造醫(yī)院長期臥床病人的消臭輔料、繃帶、尿布等紡織品。加有納米氧化鋅的陶瓷制品有抗菌除臭和分解有機(jī)物的自潔作用,可制作浴缸、地板磚、衛(wèi)生間和桌臺等。在石膏中摻入納米氧化鋅及金屬過氧化物粒子后,可制得色彩鮮艷、不易褪色的石膏產(chǎn)品,具有優(yōu)異的抗菌性能,適用于建筑材料和裝飾材料。將一定量的超細(xì)氧化鋅、氫氧化鈣以及硝酸銀等物質(zhì)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的磷酸鹽溶液中,經(jīng)混合、干燥、粉碎等再制成涂料涂于電話機(jī)、微機(jī)表層有很好的抗菌性能。
(4)在涂料方面的應(yīng)用。納米氧化鋅與其他納米材料配合用于建筑內(nèi)外墻乳液涂料及其他涂料中,可使涂層具有屏蔽紫外線、吸收紅外線及抗菌防霉的作用,同時還具有增稠作用,以便于顏料分散的穩(wěn)定性。在乳膠漆中使用納米氧化鋅可以增大乳膠漆對紫外線輻射的抵抗力,減弱乳膠漆對潮濕環(huán)境條件下的敏感性,提高耐老化性。納米氧化鋅能夠散射光線,使乳膠漆的遮蓋力得到一定程度的改善。采用納米氧化鋅作原料制成的船舶專用涂料,不僅可以起到屏蔽紫外線的作用,而且可以殺死各種微生物,從而提高航行速度并延長檢修期限。此外,用納米氧化鋅制造的汽車專用變色顏料,添加在金屬閃光的面漆中,隨著角度的變化,能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的"顏色效應(yīng)",使車身表面產(chǎn)生較好的成像效果,增輝閃光,深受汽車配色專家的偏愛。
(5)用于制作表面波器件。納米氧化鋅作為一種壓電材料,具有較強(qiáng)的機(jī)電耦合系數(shù),使其在超聲換能器、Bragg偏轉(zhuǎn)器、頻譜分析器、高頻濾波器、高速光開關(guān)及微機(jī)械上有廣泛的用途。這些器件在大容量、高速率光纖通訊的波分復(fù)用,光纖相位調(diào)制,反雷達(dá)動態(tài)測頻,電子偵聽,衛(wèi)星移動通訊,并行光信息處理等民用和軍事領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,比如在高于1.5GHz的頻率范圍內(nèi)具有低損耗的高頻濾波器正成為移動通訊系統(tǒng)的最關(guān)鍵部件之一,ZnO是制作這種高頻濾波器首選材料。納米氧化鋅不僅對電磁波具有吸收能力,還能吸收可見光和紅外線,用它作隱身材料,不但能在很寬的頻帶范圍內(nèi)逃避雷達(dá)的偵察,而且能起到紅外隱身作用。這種"隱身材料"的發(fā)展和應(yīng)用,是提高武器系統(tǒng)生存和突防能力的有效手段之一,在國防建設(shè)中具有十分重要的意義。

(6)用于抗靜電復(fù)合材料。傳統(tǒng)抗靜電添加劑主要為炭黑、金屬粉和表面活性劑。炭黑作靜電添加劑只能得到黑色產(chǎn)品,用量大時還會破壞材料的某些力學(xué)性能。金屬抗靜電添加劑一般用量較大,約占復(fù)合材料質(zhì)量的40%,并且加工過程中易被氧化,不易氧化的金、銀、銅等又較貴重。表面活性劑抗靜電添加劑要求環(huán)境的濕度較高且不耐久。而納米氧化鋅則具有較好的抗靜電效果。納米氧化鋅晶須添加劑外觀為白色疏松狀物質(zhì),微觀結(jié)構(gòu)則為立體四針狀單晶體,任意兩個針間夾角均約為109度,其優(yōu)點(diǎn)是四針狀立體結(jié)構(gòu)易形成有效三維網(wǎng)狀導(dǎo)電通道,通過晶須尖端放電和隧道效應(yīng)達(dá)到抗靜電的目的,并且用量少;納米氧化鋅穩(wěn)定,1720℃直接升華,不易與其他材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng),抗靜電耐久性好。另外,納米氧化鋅晶須為白色,能滿足各種復(fù)合材料的色彩要求。
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