目前，制備納米氧化鋅主要有物理法、化學(xué)法及一些興起的新方法。

1.物理法

物理法是采用光、電技術(shù)使材料在惰性氣體或真空中蒸發(fā)，然后使原子或分子形成納米微粒，或使用噴霧、球磨等力學(xué)過程為主獲得納米微粒的制備方法[1]。用來制備納米ZnO的物理方法主要有脈沖激光沉積(PLD)、分子束外延(MBE)、磁控濺射、球磨合成、等離子體合成、熱蒸鍍等。此法雖然工藝簡單, 所得的氧化鋅粉體純度高、粒度可控，但對生產(chǎn)設(shè)備要求高，且得不到需要粒徑的粉體，因此工業(yè)上不常用此法。

2.化學(xué)法

2.1液相法

 

2.1.1 直接沉淀法

直接沉淀法就是向可溶性鋅鹽溶液中加入沉淀劑，經(jīng)過反應(yīng)形成沉淀物，再通過過濾、洗滌、干燥、煅燒從而制得超細(xì)的納米 ZnO 粉體。選用的沉淀劑有氨水(NH3· H2O)、碳酸銨((NH4)2CO3)、碳酸氫銨(NH4HCO3)、草酸銨((NH4)2C2O4)、碳酸鈉(Na2CO3)等。該法操作簡便易行、所得產(chǎn)品純度高、對設(shè)備要求低且易規(guī)模生產(chǎn)，但是存在在洗滌的過程中陰離子難以洗盡、產(chǎn)物粒度分布不均勻、分散性較差、粉體易團聚等缺點。

 

2.1.2 均勻沉淀法

均勻沉淀法是緩慢分解的沉淀劑與溶液中的構(gòu)晶陽離子 （ 陰離子）結(jié)合而逐步、均勻地沉淀出來。常用的沉淀劑有尿素和六亞甲基四胺。該法克服了沉淀劑局部不均勻的現(xiàn)象，制得的納米氧化鋅粒徑小、分布窄、團聚小及分散性好，但反應(yīng)過程耗時長、沉淀劑用量大、PH 的變化范圍較小、產(chǎn)率相對較低。而從總地來講，均勻沉淀法優(yōu)于直接沉淀法。

 

2.1.3 溶膠凝膠法

該法主要將鋅的醇鹽或無機鹽在有機介質(zhì)中進(jìn)行水解、縮聚,然后經(jīng)膠化過程得到凝膠，凝膠經(jīng)干燥、焙燒得納米 ZnO 粉體。該法設(shè)備簡單、操作方便，所得的粉體均勻度高、分散性好，純度高。但原料成本昂貴，使用的有機溶劑一般情況下有毒，且在高溫進(jìn)行熱處理時有團聚現(xiàn)象。

2.1.4 微乳液法(反相膠束法)

微乳液是由水、溶劑、表面活性劑及其助劑組成[2]。其中水被表面活性劑及其助劑單層包裹形成“微水池” ，被用作反應(yīng)介質(zhì)，稱其為“微型反應(yīng)器” ，通過控制微水池的尺寸來控制粉體的大小制備納米粉體。由于微乳液能對納米材料的粒徑和穩(wěn)定性進(jìn)行精確控制，限制了納米粒子的成核、生長、聚結(jié)、團聚等過程，從而形成的納米粒子包裹有一層表面活性劑，并有一定的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)。此法能制備出微觀尺寸均勻、可控、穩(wěn)定的微乳液，且操作簡單，粒子均勻可控，但成本費用較高，仍有團聚問題，進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)目前有一定難度。

2.1.5 水熱法

水熱法是在高溫、高壓及水熱的條件下，將可溶性鋅鹽和堿液分置于管狀高壓釜中反應(yīng) （形成氫氧化鋅的反應(yīng)和形成氧化鋅的反應(yīng)是在同一容器內(nèi)同時完成的） 得到粒度小、晶形好、分布均勻及團聚小的納米氧化鋅晶粒。雖然其制備工藝相對簡單、無需煅燒處理，但所用設(shè)備昂貴、投資大、操作要求高。

 

2.2氣相法

 

2.2.1 化學(xué)氣相氧化法

化學(xué)氣相氧化法是利用鋅粉或鋅鹽為原料，O2為氧源，以 N2和Ar 作為載體在高溫且沒有任何催化劑和添加劑的情況下發(fā)生氧化反應(yīng)。反應(yīng)形成的基本粒子經(jīng)成核、生長兩個階段形成粒子和晶體結(jié)構(gòu)，利用高溫區(qū)與周圍環(huán)境形成的巨大的溫度梯度，通過驟冷作用得到納米 ZnO 顆粒。該法生產(chǎn)的納米 ZnO 顆粒純度高，不易團聚，粒度分布窄，分散性好；但操作要求較高，能量消耗大，生產(chǎn)成本高，難以工業(yè)化生產(chǎn)。馬立安等[3]以高純鋅粉為原料，采用氣相反應(yīng)法制備四角狀氧化鋅納米針，以絲網(wǎng)印刷結(jié)合光刻工藝組裝金屬網(wǎng)前柵三極結(jié)構(gòu)場致發(fā)射顯示器件，場發(fā)射測試結(jié)果表明，器件具有明顯的柵控特性。

2.2.2 激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉淀法(LICVD 法)

激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉淀法是利用反應(yīng)氣體對特定波長激光束的吸收而熱解或化學(xué)反應(yīng), 經(jīng)成核生長形成納米粉體; 或運用高能激光束直接照射金屬片表面加熱氣化、蒸發(fā)、氧化獲得氧化物納米粉體。以惰性氣體為載氣，以 Zn 鹽為原料，用激光器為熱源加熱反應(yīng)原料，使之與氧反應(yīng)生成超細(xì) ZnO 粒子。此法制備的納米具有顆粒大小均一、粒度分布窄、分散性好、純度高、不團聚等優(yōu)點, 但耗能大、粉體回收率低、成本高,難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

2.2.3 噴霧熱解法

利用噴霧熱解技術(shù)，將有機鋅鹽的水溶液作為前驅(qū)體，使其霧化為氣溶膠微液滴，液滴在反應(yīng)器中經(jīng)蒸發(fā)，干燥，熱解，燒結(jié)等過程形成納米 ZnO 粒子。該法過程簡單連續(xù)，所得產(chǎn)品純度高、粒度和組成均勻，但存在能耗大、高活性粉體在高溫下容易聚結(jié)等缺點。劉凱鵬等[4]采用超聲噴霧熱分解工藝，在 Si 襯底上制備了 ZnO 薄膜。

3.固相法

固相法是把鋅鹽或金屬氧化鋅按配方充分混合制得前驅(qū)物 （碳酸鋅，氫氧化鋅或草酸鋅 ） ，研磨后再進(jìn)行煅燒，通過發(fā)生固相反應(yīng)，直接得到或再研磨后得到納米 ZnO 粉末。該法克服了傳統(tǒng)濕法存在團聚現(xiàn)象的缺點，具有無溶劑、無團聚、高產(chǎn)率、合成工藝簡單、污染少等優(yōu)點。但是操作難度較大，應(yīng)很難均勻充分進(jìn)行。因此其應(yīng)用前景受到了一定的限制。

相關(guān)新聞：