氧化锌的主要应用

背景及概述^[1]

氧化锌化学式ZnO，俗称锌氧粉或锌白。白色粉末，相对密度为5.606，难溶于水，是一种两性氧化物。溶于酸，生成盐和水，溶于碱生成锌酸盐和水，溶于氯化铵溶液中生成锌氨配合物。高温时呈黄色，冷却后变为白色，1800℃升华。氧化锌晶格属ZnS型，氧居于锌构成的四面体中，锌也在氧的四面体中，配位数都是4。为强紫外线吸收剂，工业上用做橡胶制品增强剂和白色颜料、塑料填料、油漆色料以及为润肤剂和软膏、锌糊的主要成分。具有活化橡胶促进剂的独特性能，可用来制造应用广泛的橡胶硫化产品。治疗皮肤伤口时，氧化锌可起止血收敛作用，常用做橡皮膏等。还可做复印机中光导体、甲醇合成反应的催化剂等。氧化锌有几种制法，主要是用锌块加热生成锌蒸气与氧直接化合以及通过灼烧碳酸锌的方法来制取。

应用^[2-3]

1）涂料：氧化锌产量的50%以上用于橡胶制品作补强剂和加硫助促进剂。涂料用氧化锌可以使涂膜增强、坚硬、防霉、抗粉化、防锈等。氧化锌还是制造锌钡白、磷酸锌、硫化锌基发光颜料、锌铬黄、七水合硫酸锌、锌皂等的化工原料。

2）陶瓷：氧化锌其他主要的用途是作为氧化锌系陶瓷半导体原料，其用法是以氧化锌粉体为主成份，加入必要的几种其他氧化物添加剂，添加剂总含量约在5%mol左右，经一般电子陶瓷工艺处理后便可制成致密的陶瓷体。视添加剂成份和含量的不同，氧化锌陶瓷可有多种不同功能：①加入Bi₂O₃或Pr₂O₃和非饱和过渡金属氧化物Co₂O₃、MnO2等添加剂的氧化锌半导体陶瓷具有优异的非线性伏安特性，低电压下具有高电阻，电压增高至一定值后，瓷体变成可通过瞬态电流密度为10²～10³A/cm²的良导体，其伏安特性一般用I∝Uα表示，非线性指数α可大于30；称这种陶瓷为压敏氧化锌陶瓷。常用压敏氧化锌陶瓷的伏安特性曲线如图所示。其电压范围和电流承受能力可分别通过改变瓷体厚度和面积来调整，与添加剂成份及工艺亦有关。用压敏氧化锌陶瓷制造的压敏电阻是电气技术领域中过电压保护的重要器件。1968年首次制成这种材料与器件，1972年被广泛应用。②加入SnO、ZrO₂、Ga₂O₃等制成多孔陶瓷，其气孔相当于开放的毛细管结构，比表面积很大，可以吸附或凝结水蒸气及其他气体，视添加成份不同，可制成湿敏或对H₂、CO等敏感的陶瓷敏感器件。③用作化学反应的催化剂。氧化锌陶瓷工艺简单、性能稳定、原料丰富，是一种有重要发展前景的工业材料。

3）医药。作为一种最早用于抗菌的金属氧化物，氧化锌具有良好的安全性和稳定性，被美国食品药物监督管理局认为是5种安全的锌化合物之一，且氧化锌系列抗菌材料成本低廉，应用也越来越广，而纳米级别的氧化锌也具有很好的应用前景。目前，微米和纳米级别的氧化锌均得以推广，纳米级别微粒更已作为抗菌剂，与墙纸结合在医院使用；由于氧化锌具有很好的紫外吸收能力，它也在防晒霜中有所应用；而因其较好的抗菌效果还被应用于人工牙齿表面覆膜、纺织等领域；或被作为试验药物用来治疗中枢神经系统疾病。氧化锌是一种宽禁带半导体氧化物，具有和TiO2相近的禁带宽度，具有较强的光催化作用，光照条件可影响其抗菌性能。研究表明，无光条件下纳米氧化锌对枯草芽孢杆菌的抑菌率达到98%，比光照条件下好；而光照条件下纳米氧化锌对大肠杆菌(Escherichiacoli)的抗菌效果比无光条件下好，且氧化锌的抗菌效果优于TiO2和SiO2；用抑菌环法检测普通氧化锌、纳米氧化锌、四针状氧化锌晶须3种氧化锌的抗菌能力，结果表明：四针状氧化锌晶须对大肠杆菌的抗菌效果，其次为普通氧化锌，抗菌活性最低的是普通氧化锌，而四针状氧化锌晶须独特的结构和形貌是其具有优异抗菌效果的原因之一；光照条件对氧化锌的抗菌性能也有一定的影响，3种氧化锌在模拟日光下的抗菌效果均比无光条件下好；此外，同种氧化锌对不同菌种的抗菌效果也有差异，3种氧化锌对大肠杆菌的抗菌效果均优于金黄色葡萄球菌，这些说明光照条件影响氧化锌的抗菌种类和性能。

4）其他。还可用于照相复制、硬质和光学玻璃、催化剂、纺织品、润滑油脂、缺锌土壤改良剂、水果增锌喷洒剂、动物饲料、化妆品等。超细氧化锌可用作紫外线吸收剂。

制备^[4]

一种纳米氧化锌粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将一定质量的水溶性高聚物溶于去离子水中，得到一定质量浓度的聚合物水溶液；

(2)按一定聚合物和锌源质量比向步骤(1)所述水溶液中加入可溶性锌盐，得到聚合物-锌盐的混合物水溶液；

(3)将步骤(2)中所述的水溶液充分预冻后放入真空冷冻干燥机中进行冷冻干燥，得到聚合物-锌盐混合物的白色泡沫状固体；

(4)将步骤(3)中所述固体放入马弗炉中进行煅烧，得到纳米氧化锌粉体。

主要参考资料

[1] 中国中学教学百科全书·化学卷

[2] 精细化工辞典--中国电力百科全书·电工技术基础卷

[3] 氧化锌的抗菌机制及其安全性研究进展

[4] CN201610274054.6一种纳米氧化锌粉体的制备方法