微波固相反应制备纳米氧化锌及其过程动力学研究

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纳米氧化锌作为一种新型无机多功能材料,在磁性、光学、电、敏感性等方面具有一般氧化锌无法比拟的特殊性能。因此,在陶瓷、化工、生物、医药等方面备受关注。近些年,纳米氧化锌的制备已成为国内外研究的热点。本文以二水合乙酸锌和草酸为原料,首先采用室温固-固相化学反应制备纳米氧化锌的前驱体,然后分别利用传统焙烧和微波焙烧两种方式制备纳米氧化锌,考察了焙烧时间和焙烧温度对氧化锌粒径的影响,并对前驱体的热分解过程和氧化锌的晶粒生长动力学进行了研究。利用XRD、 TG-DTA、FT-IR和TEM等表征手段对前驱体草酸锌和产物氧化锌的物性进行分析。得出结论如下:1.以乙酸锌和草酸为原料,采用室温固相反应制得纳米氧化锌前驱体,产物纯净,过程简单。最佳条件为研磨时间:2h;反应物摩尔配比:1:1。并且确定了前驱体的热分解温度为450℃。比较传统焙烧和微波焙烧方式下制备的纳米氧化锌,发现粒径均随温度的升高和焙烧时间的延长而增大。其中,晶粒生长速度受温度变化的影响较为显著。相同条件下,微波焙烧得到的纳米氧化锌粒径较大,说明微波的“非热效应”促进了晶粒的生长。2.采用Ozawa法和Coats-Redfern法,获得了前驱体草酸锌的热分解反应机理函数,并计算得到热分解过程的表观活化能E。前驱物的热分解反应机理函数为:G(α)=[-1n(1-α)]1/2f(α)=2(1-α)[-1n(1-α)]1/2确定了前驱体热分解的机理是成核和生长的机理,并计算得该过程的表观活化能为119.7kJ/mol。3.在450~600℃范围内,两种焙烧方式下的晶粒生长动力学指数及其生长激活能。即:传统焙烧方式下,纳米ZnO晶粒的生长动力学指数n为6.87,晶粒生长激活能为74.3KJ/mol。
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