A 概述
纳米材料是指颗粒尺度为纳米量级（1～100nm）的超细材料，由于纳米材料具有壳层结构，颗粒的表面占很大的比例，并且是无序的类气状结构，而在颗粒内部则存在有序-无序结构。纳米材料绪构的特性导致了它具有一些原先材料所不具有的四大效应。即：
（1)小尺寸效应；
（2)表面与界面效应；
（3)量子尺寸效应；
（4)宏观量子隧道效应。
由于纳米材料本身所具有的奇特性质，使其在力学、磁性、热力学、光学、催化、生物活性等许多方面表现出许多奇异的物理和化学性能。
B 纳米氧化锌的用途
纳米氧化锌属于纳米级金属氧化物，加压下熔点约1800℃，常压下1720℃升华，呈针状或球状结构，是一种新型高功能精细无机产品。纳米材料的四大效应在纳米氧化锌上同样得到充分表达，使其在众多领域表现出巨大的应用前景。
纳米氧化锌的应用主要是微米级或亚微米级氧化锌的替代市场和根据其纳米特性开发的新兴市场两大类。有如下主要用途：
(1）抗菌添加剂；（2）防晒剂；（3）压电材料；（4）催化剂；（S）橡胶添加剂；（6）气体传感器；
（7）荧光物质与陶瓷电容器；(8)图像记录材料；(9)吸波材料；（10)导电材料等等。
C 纳米氧化锌的制备方法
纳米材料的制备在当前材料科学研究中占据极为重要的位置，新的制备工艺和过程的研究对纳米材料的微观结构和性能具有重要的影响。纳米氧化锌的制造过程必须解决一些关键技术问题，主要有：尺寸、形貌及其分布的控制；团聚体的控制与分散；表面的形态、缺陷、粗糙度、成分的控制（包括表面修饰和包裹）；化学组分和微观结构的均匀性控制；纯度的控制；工艺稳定性、质量可重复性的控制；纳米材料的稳定性及保存、运输技术；环境保护等。
目前，试验室试验制备纳米氧化锌的方法主要分化学法和物理法两大类，如下表所示。
纳米氧化锌的主要制备方法及特点 | |||
方法 | 制备过程 | 特点 | |
化学法 | 溶胶凝胶法 | 先制备出金属化合物，再经溶解、溶胶、凝胶过程而固经，再经低温热处理得到纳米粉体 | 产物颗粒均匀，过程易控制，但需经后处理，产品有一定的团聚 |
水热合成法 | 高温高压在水溶液或水蒸汽中合成，再经分离和后续处理得到纳米粉体 | 不需高温烧结，产物直接为晶态，团聚较少，粒度均匀，形状规则 | |
有机液相合成法 | 采用在有机溶剂中能够稳定存在的金属有机化合物和某些特殊性质的无机物为反应原料，在适当的条件下合成纳米粉体 | 纯度高，性能好，可以制备出具有半导体性质的纳米材料 | |
化学法 | 直接沉淀法 | 在含有一种或多种粒子的可溶性金属盐溶液加入沉淀剂后，在一定的反应条件下形成不溶性的氢氧化物或盐类从溶液中析出，并将溶液中原有阴离子洗去，热分解后得到纳米粉本 | 原料简单、价廉，过程易控制，但也需经后处理，产品有部分团聚现象 |
固相配位化学法 | 以草酸和醋酸盐为原料，在室浊下利用固相配位化学法反应首先制得前驱物，如二水合草酸锌，进而前驱物经热分解制得纳米粉体 | 无需溶剂，产率高，反应条件易掌握 | |
其他化学法 | 如电解法、气溶胶法、化学气相沉淀法 | 能制备质量较高的纳米材料，对设备要求较高，不利于大规模生产 | |
物理法 | 气相冷凝法 | 通过真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体，再经气相聚冷、成核、控制晶体长大，制备纳米材料 | 纯度高，工艺过程无其他杂质污染，反应速度快，结晶组织好，但技术设备要求较高 |
物理粉碎法 | 通入机械粉碎、电火花爆炸等得到纳米粉体 | 操作简单，产品纯度低，粒度分布不均匀 | |
深度塑性变形法 | 原材料在准静压作用下发生严重塑性形变，使材料的尺寸细化到纳米量级 | 材料纯度高，粒度可控，设备要求高 | |
其他物理法 | 物理气相沉积法、低能团聚束沉积法 | 能生产纳米薄膜材料等，但仪器设备要求高，生产成本较高 | |
随着纳米材料科学技术的进一步发展，新的制备合成工艺不断地提出得到利用。德国拜耳公司（Bayer Co.）首先向市场提供纳米氧化锌产品，之后又出现比利时的产品，而目前的主要供货厂家却来自日本和美国。下表给出部分车外有关厂家的产品技术指标。
部分国外企业纳米氧化锌技术指标 | ||||
技术指标 | Nanophase Tech. Co.Ltd. | American Chemet of Zinc | Bayer Co. | Silox Co.Ltd. |
ZnO/% | 99.00（USP） | 96.5 | 95 | 95 |
Pb/% | 0.003 | 0.0025 | 0.003 | 0.003 |
Cd/% | 0.003 | 0.015 | 0.003 | 0.003 |
Fe/% | 0.004 | 0.006 | 0.004 | 0.005 |
As/% | 0.0002 | 0.002 | -- | -- |
Mn/% | -- | 0.001 | 0.001 | 0.001 |
Cu/% | -- | 0.001 | 0.001 | 0.001 |
表面积S.A./（m2·g-1） | 15～35 | 21 | 40～80 | 40 |
P.F.外形 | 瘤状 |
| 球形 | 瘤状 |
目前国内已经工业化应用的纳米氧化锌生产方法，主要有均匀沉淀法和热解-气化-冷凝法。现仅介绍属于湿法冶金的均匀沉淀法如下：
原料：硝酸锌、尿素（沉淀剂）等。
机理：粒径小、粒度分布均匀是高品质超细颗粒必须具备的基本特征之一。为了达到上述目的，在制备粉体过程中，希望晶核的形成及核的生长过程得到很好的控制。通常采用滴加沉淀剂直接与反应物反应生成沉淀的方法，很难防止沉淀剂局部浓度过高而造成溶液中局部过饱和度过大，会使溶液中同时进行均相成核和非均相成核，造成沉淀粒度分散不均匀。在以尿素为均匀沉淀剂制备纳米氧化锌的过程中，沉淀剂不是直接与硝酸锌反应，而是通过尿素水解，生成的构晶离子OH-，CO2与硝酸锌反应。
尿素水解引起的系列反应为：
CO（NH2）2＋3H20 ==== CO2↑＋2NH3·H20 （1）
CO2＋H20 ==== CO32-＋2H+ （2）
NH3·H20 ==== NH4++OH- （3）
因此，由硝酸锌提供的锌离子与碳酸根离子、氢氧根离子和水反应生成碳酸锌沉淀的反应为
3Zn2+＋CO32-＋40H-＋H20 ==== ZnC03·2Zn(OH)2·H20↓ （4）
式（1）、式（2）、式（3）是慢反应，式（4）是快反应。尿素溶液在加热下缓慢水解是整个反应的控制步骤，因而不会造成溶液中反应物浓度的突然增大，构晶离子均匀分布在溶液的各个部分，与反应物硝酸锌可达到分子水平的混合，因而能够确保整个溶液中均匀地反应生成沉淀。
生产工艺均匀沉淀生产纳米氧化锌一般工艺流程如下图所示。
采用类似的均匀沉淀工艺，由西北大学、化工科技总院及其他企业以产学研模式建成了年产loot纳米氧化锌生产线，所产纳米氧化锌各项指标均达到国际先进水平。
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