納米氧化鋅(ZnO)粒徑介于1-100 nm之間,是一種面向21世紀的新型高功能精細無(wú)機產(chǎn)品,表現出許多特殊的性質(zhì),如非遷移性、熒光性、壓電性、吸收和散射紫外線(xiàn)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(xiàn)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)中的應用。納米氧化鋅是橡膠工業(yè)中最有效的無(wú)機活性劑和硫化促進(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(dòng)性好等物理化學(xué)特性,因此,與橡膠的親和性好,熔煉時(shí)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,如飛機輪胎、高級轎車(chē)用的子午線(xiàn)輪胎等,具有防止老化、抗摩擦著(zhù)火、使用壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn),可大幅度提高橡膠制品的光潔度、機械強度、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?jì)H為等級氧化鋅用量的30%-50%,這樣不僅降低了生產(chǎn)成本,而且在強伸性能、生熱、老化等方面的性能遠優(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(zhù)降低材料的燒結致密化程度,節約能源,使陶瓷材料的組成結構致密化、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{米材料的結構層次上控制材料的成分和結構,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(guān)結構和宏觀(guān)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(cháng)大,那么顆粒越小,產(chǎn)生的缺陷越小,所制備的材料的強度就相應越強,因此采用納米氧化鋅就可出現一些大顆粒材料所不具備的獨特性能。

(3)在日用化工方面的應用。納米氧化鋅在陽(yáng)光,尤其是在紫外線(xiàn)照射下,在水和空氣中,能自行分解出自由移動(dòng)的帶負電的電子,同時(shí)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,有極強的化學(xué)活性,能與大多數有機物發(fā)生氧化反應(包括細菌類(lèi)的有機物),從而把大多數的病菌和病毒殺死。對納米氧化鋅的定量殺菌試驗表明,在5min內,納米氧化鋅的濃度為1%時(shí),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(xiàn)的能力強,對長(cháng)波紫外線(xiàn)(UVA)波長(cháng)(320-400nm)和中波紫外線(xiàn)(UVB)波長(cháng)(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、防皺和保護等功能,可以用于化妝品的防曬劑以及防止紫外線(xiàn)的傷害并能抗菌除臭,可用于生產(chǎn)防臭、抗菌、抗紫外線(xiàn)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,并可用于制造醫院長(cháng)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物的自潔作用,可制作浴缸、地板磚、衛生間和桌臺等。在石膏中摻入納米氧化鋅及金屬過(guò)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。將一定量的超細氧化鋅、氫氧化鈣以及硝酸銀等物質(zhì)加入質(zhì)量分數為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(huà)機、微機表層有很好的抗菌性能。
(4)在涂料方面的應用。納米氧化鋅與其他納米材料配合用于建筑內外墻乳液涂料及其他涂料中,可使涂層具有屏蔽紫外線(xiàn)、吸收紅外線(xiàn)及抗菌防霉的作用,同時(shí)還具有增稠作用,以便于顏料分散的穩定性。在乳膠漆中使用納米氧化鋅可以增大乳膠漆對紫外線(xiàn)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(xiàn),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(zhuān)用涂料,不僅可以起到屏蔽紫外線(xiàn)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(cháng)檢修期限。此外,用納米氧化鋅制造的汽車(chē)專(zhuān)用變色顏料,添加在金屬閃光的面漆中,隨著(zhù)角度的變化,能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的"顏色效應",使車(chē)身表面產(chǎn)生較好的成像效果,增輝閃光,深受汽車(chē)配色專(zhuān)家的偏愛(ài)。
(5)用于制作表面波器件。納米氧化鋅作為一種壓電材料,具有較強的機電耦合系數,使其在超聲換能器、Bragg偏轉器、頻譜分析器、高頻濾波器、高速光開(kāi)關(guān)及微機械上有廣泛的用途。這些器件在大容量、高速率光纖通訊的波分復用,光纖相位調制,反雷達動(dòng)態(tài)測頻,電子偵聽(tīng),衛星移動(dòng)通訊,并行光信息處理等民用和軍事領(lǐng)域具有廣泛的應用,比如在高于1.5GHz的頻率范圍內具有低損耗的高頻濾波器正成為移動(dòng)通訊系統的最關(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(jiàn)光和紅外線(xiàn),用它作隱身材料,不但能在很寬的頻帶范圍內逃避雷達的偵察,而且能起到紅外隱身作用。這種"隱身材料"的發(fā)展和應用,是提高武器系統生存和突防能力的有效手段之一,在國防建設中具有十分重要的意義。

(6)用于抗靜電復合材料。傳統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(shí)還會(huì )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,約占復合材料質(zhì)量的40%,并且加工過(guò)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(guān)為白色疏松狀物質(zhì),微觀(guān)結構則為立體四針狀單晶體,任意兩個(gè)針間夾角均約為109度,其優(yōu)點(diǎn)是四針狀立體結構易形成有效三維網(wǎng)狀導電通道,通過(guò)晶須尖端放電和隧道效應達到抗靜電的目的,并且用量少;納米氧化鋅穩定,1720℃直接升華,不易與其他材料發(fā)生化學(xué)反應,抗靜電耐久性好。另外,納米氧化鋅晶須為白色,能滿(mǎn)足各種復合材料的色彩要求。
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