2.6.1.1　纳米ZnO的结构和主要特性

纳米ZnO是由日本科学家Kanata在20世纪80年代首次通过气相法制备而成的。它是一种颗粒尺寸在1～100nm的宽带隙（3.37eV）半导体化合物。由于其晶粒的细微化，其表面电子结构和晶体结构发生显著变化，产生了宏观物体所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应，同时具有高透明度和高分散性等特点。纳米ZnO在催化、光学和磁学等方面显示出独特的性能，使其在化工、纺织和生物医药等许多领域有重要的应用价值，具有普通ZnO所无法比较的特殊性和用途。纳米ZnO晶体在不同条件下会呈现出三种不同晶体结构，即纤锌矿结构、岩盐型结构和闪锌矿结构。其中纤锌矿结构的纳米ZnO在常温常压条件下稳定性最高，通常表现为呈四面体形式，Zn原子层与O原子层交互堆叠。Zn—O键在晶体结构中形成四面体配位，不具有对称中心，而具有两个极性端面（即富氧面和富锌面）。依据不同的制备方法，纳米ZnO能够以一维（1D）、二维（2D）或三维（3D）结构的形式存在。其中一维结构纳米ZnO主要表现为针、棒、带、管、梳子和线状等。2D结构纳米ZnO的主要存在形式为纳米层和纳米片。3D结构纳米ZnO包括花状、针叶树状、雪花状、海胆状及蒲公英状等。图2-4给出了不同维度纳米ZnO的SEM照片。

2.6.1.2　纳米ZnO的主要合成方法

（1）气相沉积法

主要包括化学气相沉积法、激光诱导化学气相沉积法和喷雾热解法等。这些方法的基本合成原理是利用高温气体作为载体，将锌盐或单质锌气化并发生反应，然后经过冷却处理而生成纳米ZnO晶体。其中化学气相沉积法所得纳米ZnO具有纯度高、分散性好和原料成本低等优点，但是难以实现工业化生产。而喷雾热解法工艺流程简单，产物纯度高，晶粒分布均匀，但也存在耗能高且大规模制备困难等不足。

（2）沉淀法(www.daowen.com)

分为直接沉淀法和均匀沉淀法。通常是将碳酸铵等沉淀剂加入含有锌盐（硫酸锌、硝酸锌或醋酸锌等）的溶液中，反应生成的产物形成相应沉淀后经过滤、洗涤和干燥等过程得到纳米ZnO。其中直接沉淀法所需设备简单且易于操作，产物纯度高，但是分散性较差，晶粒尺寸分布宽。均匀沉淀法所得产物晶粒分布均匀，分布范围窄且不易团聚。但是时常出现共沉淀现象和去除阴离子困难等问题。

图2-4　不同维度纳米ZnO的SEM照片

（3）溶胶—凝胶法

首先通过控制锌盐水解和缩聚反应得到稳定透明的溶胶，然后再使之变成凝胶，并经热处理等制得纳米ZnO的过程称为溶胶—凝胶法。此法所需反应条件较低，产物纯度高且分散性好。但原料成本高且部分对人体有害，如能使用无毒害且廉价的原料则有望实现商品化生产。