納米氧化鋅的應(yīng)用——氣敏材料導(dǎo)師：朱守榮教授學(xué)生：周冬學(xué)號：06720118納米氧化鋅的用途橡膠工業(yè)最有效的無機(jī)活性劑和硫化促進(jìn)劑顆粒小，比表面積大，分散性好，疏松多孔，流動性好用于制造高速耐磨的橡膠制品，具有防止老化、抗摩擦著火、使用幫命長等優(yōu)點[1]其用量僅為普通氧化鋅用量的30%～50%，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本[2][1]黃家明納米材料在橡膠制品中的應(yīng)用.[J].橡膠工業(yè),2003(3)[2]于泳納米氧化鋅在橡膠制品中的應(yīng)用研究.[EBOL]/xiangjiao.htm陶瓷行業(yè)納米氧化鋅粒徑小，比表面積大和化學(xué)性能高，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)的致密化、均勻化，改善陶瓷材料的性能，提高其使用可靠性。孫堯,周剛納米陶瓷及其應(yīng)用前景.[EBOL]/nmkg/pi/tcqj.htm日用化工納米氧化鋅UV(或VIS)照射下，能自行分解出自由電子和空穴。這種空穴有極強(qiáng)的化學(xué)活性，能氧化大多數(shù)有機(jī)物(包括細(xì)菌類的有機(jī)物)納米氧化鋅無毒、無味，對皮膚無刺激、分解、不變質(zhì)、穩(wěn)定性好消毒，防曬，除臭，凈化空氣龔文琪,張曉輝納米材料在環(huán)保中的應(yīng)用.[J].新疆環(huán)境保護(hù),2002(4)催化劑和光催化劑氣體通過的擴(kuò)散速度快，表面的活性位置多，納米氧化鋅的催化活性遠(yuǎn)大于其傳統(tǒng)催化劑[1]納米氧化鋅作為光催化劑可以使有機(jī)物分解，研究表明，納米氧化鋅粒子的反應(yīng)速度是普通氧化鋅粒子的100～1000倍，被認(rèn)為是極具應(yīng)用前景的光催化劑之一[2][1]龔文琪,張曉輝納米材料在環(huán)保中的應(yīng)用.[J]新疆環(huán)境保護(hù),2002(4)[2]程敬泉納米氧化鋅的性質(zhì)和用途.[J]衡水師專學(xué)報,2001,6(2):42～43吸波材料納米Zn0不僅對電磁波具有吸收能力，還能吸收可見光和紅外線，軍事上用它作隱身材料，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納米Zn0因具有質(zhì)量輕、顏色淺、吸波能力強(qiáng)等特點，現(xiàn)己成為吸波材料的研究熱點之一朱毅青，馬延風(fēng)，林西平，王占華.[J]催化學(xué)報，1998,19(5):397傳感器材料納米Zn0具有高比表面積、高活性、特殊物理性質(zhì)和極微小性，對外界環(huán)境(如溫度、光、濕氣等)十分敏感，外界環(huán)境的微小改變會迅速引起其表面或表面離子價態(tài)和電子運(yùn)動的變化，立即引起其電阻的顯著變化目前，已用其制成了氣體報警器★和濕度計等朱毅青，馬延風(fēng)，林西平，王占華.[J]催化學(xué)報，1998,19(5):397ZnO氣敏材料的制備納米顆粒的制備大多采用化學(xué)方法上海大學(xué)的徐甲強(qiáng)等采用化學(xué)沉淀、乳液和微乳液制備了不同顆粒尺寸的納米ZnO氣敏材料。測試了ZnO對H2、SF6、C4H10、石油、C2H5OH的氣敏性能,發(fā)現(xiàn)ZnO的氣敏性依賴于它的晶粒尺寸。XuJQ,PanQY,ShunYu’an,TianZZ.SensorsandActuatorsB[J],2000;66:277-279Hossein-BabaeiF.等報道了電泳沉積(EPD)制備ZnO氣體傳感器。在純丙酮溶液中,Al-Cr-Fe基體表面電泳沉積了亞微米尺寸的ZnO粉末,隨后在空氣中1000℃下燒結(jié)得到多孔厚膜。Hossein-BabaeiF,TaghibakhshF.ElectronicsLetters[J],2000;36(21):1815-1816沈茹娟等以酒石酸和乙二胺甲乙酸為原料,分別與醋酸鋅進(jìn)行固相反應(yīng)制得前驅(qū)化合物,進(jìn)而熱分解得到氣敏材料氧化鋅。測試了材料在不同工作溫度下對乙醇、氨氣、液化石油氣的靈敏度。實驗結(jié)果表明,用這種方法合成的氧化鋅具有粒徑小、工作溫度低及對乙醇?xì)怏w靈敏度高的特點。沈茹娟,賈殿贈,梁凱.無機(jī)化學(xué)學(xué)報[J],2000;16(6):906～910物理方法制備的納米顆粒具有潔凈無污染、無團(tuán)聚等優(yōu)點TakeluchiM等研究了氣體蒸發(fā)技術(shù)制備的超細(xì)ZnO顆粒層的電導(dǎo)和氣敏性能。發(fā)現(xiàn)氣敏性能隨顆粒尺寸的減小而增加。TakeluchiM,KashimuraS,Ozawa,S.Vacuum[J],1989;41(7-9):1636-1637董立峰、崔作林等用H2+Ar電弧等離子體法制成納米ZnO,ZnO-Fe,并研究了其氣敏特性及機(jī)理。結(jié)果表明:與其它制備方法相比,該方法制成的納米ZnO氣敏元件在沒有貴金屬摻雜的情況下具有較高的的靈敏度,工作溫度為200℃～250℃董立峰,崔作林。材料研究學(xué)報[J],1998;12(4):407～410元素?fù)诫s對氣敏性能的影響單純的ZnO粉末具有性能不穩(wěn)定、敏感度低、工作溫度高和選擇性差等缺點,為了提高其性能需要添加各種元素。貴金屬敏化貴金屬由于其極強(qiáng)的催化作用,是最早開展研究的催化劑。目前貴金屬的摻雜及氣敏機(jī)理研究主要集中在Pd、Pt、Ru上,摻入Pt可提高對乙烷,丙烷,異丁烷等碳?xì)浠衔锏撵`敏度。AslamM.等描述了一種對微量氨氣有高的選擇性的表面釕酸鹽化氧化鋅傳感器的制備和特征。RuO連接到ZnO表面導(dǎo)致了敏感性的顯著提高,對1000×10-6的氨氣在300℃時敏感度S=440,純ZnO對相似的反應(yīng)S=1.5AslamM,ChaudharyVA,MullaIS,etal.SensorsandActuatorsA,Physical[J],1999;75(2):162-167TrivikramaRaoG.S.等使用粉末ZnO、Pd-ZnO、Fe-ZnO和Ru-ZnO制備了厚膜氣敏元件,并在室溫下測試對氨氣的相對敏感性。Pd-ZnO對空氣中50～90×10-6氨氣有較高的靈敏度并且在30×10-6氨氣響應(yīng)時間約為4sTrivikramaRaoGS,TarakaramaRaoD.SensorsandActuatorsB;Chemical[J],1999;55(2):166-169董立峰、崔作林的實驗發(fā)現(xiàn)納米ZnO-Fe-Pd對液化石油氣(LPG)的選擇性比納米ZnO好,具有快速響應(yīng)(<15s)和恢復(fù)特性,能穩(wěn)定連續(xù)工作70h以上,可制作低功耗LPG氣敏元件。董立峰,崔作林。材料研究學(xué)報[J],1998;12(4):407～410徐甲強(qiáng)等首先用化學(xué)沉淀法合成了純ZnO納米粉,用浸漬法合成了Ru-ZnO氣敏材料及Au、Ag、Ru、Rh、Pd、Pt等Al2O3基催化劑。采用靜態(tài)配氣法測試了ZnO單層膜及雙層膜旁熱式氣敏元件的敏感特性。徐甲強(qiáng),胡平,秦建華。功能材料[J],1998;29(3):281-283實驗結(jié)果表明,Ru的摻雜可提高ZnO的氣體靈敏度,催化劑涂層的施加可改善Ru-ZnO對汽油、乙醇、丁烷的氣敏選擇性。并適當(dāng)降低ZnO的工作溫度。徐甲強(qiáng),胡平,秦建華。功能材料[J],1998;29(3):281-283稀土氧化物摻雜沈茹娟等發(fā)現(xiàn)通過固相反應(yīng)摻雜氧化鑭、氧化釹對元件的氣敏性能有很好的改善。所制的ZnO氣敏材料對乙醇?xì)怏w具有較好的靈敏度和選擇性,而且降低了元件的工作溫度沈茹娟,賈殿贈,喬永民,王疆瑛。無機(jī)材料學(xué)報[J],2001;16(4):625-629BhoolokaRaoB.等研究了La2O3和Pd摻雜的ZnO基氣敏傳感器對乙醇蒸氣的敏感特征。添加La2O3和Pd提高了元件的敏感性能。元件的工作溫度隨貴金屬的添加進(jìn)一步降低。測試了元件對各種不同氣體的敏感性,證明在175℃時對空氣中乙醇有較高的敏感性和選擇性。La2O3摻雜的元件的敏感性能與乙醇蒸氣的選擇性氧化相關(guān)BhoolokaRaoB.MaterialsChemistryandPhysics[J],2000;64:62-65CuO摻雜ZnO是N型半導(dǎo)體,而CuO是P型半導(dǎo)體。當(dāng)用CuO對ZnO進(jìn)行摻雜時,可以利用它們之間形成的PN結(jié)調(diào)整氣敏材料的電導(dǎo)、氣敏性能以及研究PN結(jié)界面的作用機(jī)理。胡英試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)CuO與ZnO的摩爾比為2∶8時,對CH3CH2OH有較高的靈敏度。而對不同濃度段的H2S氣體要有較高的靈敏度,CuO與ZnO的摩爾比應(yīng)有相應(yīng)的不同值胡英,周曉華,魏紅軍。功能材料與器件學(xué)報[J],2000;6(4):408-412Raju,A.R研究了ZnO和Cu浸漬的ZnO的氣敏特性。ZnO浸漬1%Cu在650K對CO(1×10-6)表現(xiàn)出較高的敏感性,而浸漬0.1%Cu的ZnO在600K對乙醚(約為1×10-6)表現(xiàn)出敏感性。RajuAR,RaoCNR.SensorsandActuatorsB:Chemical[J],1991;B3(4):305-310SnO2摻雜JiHaengYu等在900℃下燒結(jié)ZnO-SnO2(0%～100%mol)化合物,并在70～500℃下測試了對CO的敏感性。富積SnO2的化合物比純SnO2表現(xiàn)出更高的敏感性。富積ZnO的化合物有更多的孔顯微結(jié)構(gòu),因此比純ZnO在所有溫度下對CO有更高的敏感性。討論了顯微結(jié)構(gòu)和成分對氣敏性的影響,發(fā)現(xiàn)SnO2-ZnO的晶界對氣敏性有較大影響。YuJH,ChoiGM.SensorsandActuatorsB:Chemical[J],1998;B52(3):251-256徐甲強(qiáng)等在ZnO中摻入0.5%SnO2后,得到ZnO、Zn2SnO4和ZnSnO3的混合物,材料對酒精的靈敏度大大增加,選擇性也有所提高。而SnO2摻雜量增加,導(dǎo)致Zn2SnO4含量增加,材料的靈敏度反而降低。通過某些貴金屬摻雜可提高Zn2SnO4對乙醇?xì)怏w的選擇性,而SiO2的摻雜可大幅度提高Zn2SnO4對氫氣的靈敏度。徐甲強(qiáng),朱文會,陳源.ZnO氣敏陶瓷的制備與氣敏性能研究[J].功能材料,1993,24(1):30-33結(jié)語ZnO的工作溫度高、選擇性低,添加不同的摻雜劑以降低溫度、提高選擇性和穩(wěn)定性仍將是今后的研究課題。以上僅介紹了ZnO基氣敏材料,在材料制備成氣敏元件過程中,選擇合適的敏感材料的燒結(jié)工藝和適當(dāng)?shù)奶砑游?控制氣敏材料的顯微結(jié)構(gòu),也是氣敏元件制備的關(guān)鍵所在,當(dāng)然顯微結(jié)構(gòu)與所選的摻雜元素緊密相關(guān)。這方面已有一些研究者進(jìn)行了報道謝謝！參考文獻(xiàn)黃家明納米材料在橡膠制品中的應(yīng)用.[J].橡膠工業(yè),2003(3)于泳納米氧化鋅在橡膠制品中的應(yīng)用研究.[EBOL]http:///xiangjiao.htm孫堯,周剛

納米陶瓷及其應(yīng)用前景.[EBOL]http:///nmkg/pi/tcqj.htm龔文琪,張曉輝

納米材料在環(huán)保中的應(yīng)用.[J].新疆環(huán)境保護(hù),2002(4)龔文琪,張曉輝

納米材料在環(huán)保中的應(yīng)用.[J]新疆環(huán)境保護(hù),2002(4)程敬泉

納米氧化鋅的性質(zhì)和用途.[J]衡水師專學(xué)報,2001,6(2):42～43朱毅青，馬延風(fēng)，林西平，王占華.[J]催化學(xué)報，1998,19(5):397XuJQ,PanQY,ShunYu’an,TianZZ.SensorsandActuatorsB[J],2000;66:277-279Hossein-BabaeiF,TaghibakhshF.ElectronicsLetters[J],2000;36(21):1815-1816沈茹娟,賈殿贈,梁凱.無機(jī)化學(xué)學(xué)報[J],2000;16(6):906～910TakeluchiM,KashimuraS,Ozawa,S.Vacuum[J],1989;41(7-9):1636-1637董立峰,崔作林。材料研究學(xué)報[J],1998;12(4):407～410AslamM,ChaudharyVA,MullaIS,etal.SensorsandActuatorsA,Physical[J],1999;75(2