无机纳米材料氧化锌材料.docx

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1、无机纳米材料氧化锌纳米材料被誉为是“21世纪最有前途的材料”目前，已成为当今许多科学工作者研究的热点，而氧化锌纳米材料的许多优异性能。本文综述了近年来利用微波法、离子液体法、气液-固法、水/溶剂热法和微生物合成法制备氧化锌纳米材料。及其氧化锌纳米材料在畜牧业中作为抗菌剂和饲料添加剂的潜在应用。1、引言氧化物纳米材料种类繁多，包括二氧化钛(TiO2)、氧化钢(D (In203)、氧化锌(ZnO)氧化锡(IV) (Sn02)和二氧化硅(SiO2),其中氧化锌是仅次于二氧化硅和二氧化钛的大量生产的金属氧化物之一。氧化锌(ZnO)由于其宽禁带，化能,是一种多性能材料适合于高新技术学和热稳定性，电子，光

2、电和压电性诸如发光二极管，光电探测器，光电极管的光调制器的波导，化学和生物传 感器，压敏电阻，传感器等。ZnO由于其宽的带隙为3 37eV的，粘结强度大，和 大的激子束缚能(60meV)因此，它是适用于高效的激子发光在室温和固态蓝紫外光电，包括激光的发展。对ZnO的可见光的光学透明度也提供了机会来取代传统的透明导电ITO(ITO)和开发明电子，透明的能量收集装置，和集成 传感器。目前已经报道有很多生长方法 维ZnO纳米材料的合成法，包括化学和 技术，ZnO可能是未来的研究和应用的最 物理方法，由于上述领域的应用和生长 重要的材料。纳米氧化锌是一种新型高功能精细无机产品，与普通氧化锌相比，具有独

3、特的性能，包括半导体、广泛的辐射吸收、压电、热电性，并具有较高的催化活性。此外，由于其无毒性，这使得在人和动物上使用安全。氧化锌在电子、光学、生物医药和农业的广泛应用。锌是生物体的重要营养素，在许多生理功能发挥至关重要的作用，有证据表明，氧化锌纳米材料颗粒在家禽和畜牧业中显示出潜在的应用，特别是作为饲料中的添加剂和抗菌剂。2、氧化锌纳米材料制备的方法2.1 .微波法微波是频率300MHz300GHz、波长lmmlm的电磁波。1986年，GedyeR等在微波炉内进行了酯化、水解等化学反应。此后，微波技术便逐渐渗透应用于化学的各个领域。近年来，微波技术大量应于材料化学和催化化学领域，日益显示其独特

4、优势。利用微波制备纳米材料，起步虽晚但进展迅速，国内外已有不少这方面的文献报道,Hu H x等应用微波液相合成连接型ZnO晶体棒（包括两脚、三脚、四脚和多脚晶体棒），产率大于90%,合成过程不需要晶种、表面活性剂和模板剂等。该方法具有快速简单、成本低廉、节能高效等特点，适合规模化生产。李轶等召微波加热水解法制得花形结构的ZnO纳米粒子，反应时间短，粒子尺寸均匀，相同条件下常规加热方式只能得到棒状ZnO。余磊等以硫酸锌和碳酸钠为原料，采用微波诱导固相化学反应首先合成前驱体碳酸锌，再经热分解后纯化制得平均粒径5. 6nm的ZnO。该法具有原料来源广、成本低廉、实验设备简单、工艺流程短、反应时间短、

5、操作方便和易于分散等优点，具有实用价值。微波法具有常规方法无法比拟的快速、节能和环保等优点，所制备的材料具有某些特殊的结构和性能。微波作为特殊的电磁复合能量场，在制备ZnO材料的过程中除了均匀、迅速的热效应外，非热效应的作用机理有待于进一步研究和探讨。另外，微波制备ZnO要用于工业化生产还有许多技术问题需要决。2.2 离子液体法离子液体法是采用离子液体作为反应溶剂来制备纳米材料。其已表现出许多其他方法不具备的优点。Wang W W等应用离子液体法（MAIL）在离子液体BM1MBF4中通过控制适当的条件,成功合成形状可控的针状和花状的ZnO材料。合成快速（520）rain,也不需要晶种、表面活性

6、剂和模板剂等。但这种方法还是一个比较新的方法，尚待进一步完善，如：离子液体制备纳米材料时，离子液体的制备时间较长且易受到杂质的污染；此外，离子液体的获得不如水或常用的有机溶剂方便，这也限制了它的广泛使用。2.3 气一液一固(vL6)气一液一固(V-L-S),也被称为金属催化生长，是一种纳米结构生长机制，它最初是由瓦格纳和埃利斯在1964年提出的。他们气化四氯化硅(SiCL)和硅烷(SiH。作为原料，使用金(Au)颗粒作为催化剂合成晶体硅。在一般情况下，纳米结构以金属催化剂作为种子进行区域生长。因此，它们的直径主要是由催化剂的尺寸确定。VLS方法使用纳米金属簇催化剂吸收气相反应物并形成共晶合金液

7、滴,然后液滴反应物成为过饱和析出，形成一维纳米线结构。这种技术通常涉及ZnO纳米线在金属催化剂的存在下，生长在硅(Si)和蓝宝石(AI2O3)基底上。一些常见的催化剂包括：金，银，伯，铜，锡。V-L-S方法的一个主要缺点是由于金属催化剂而造成的的不可避免的污染。金属残留可能对复合过程的效率产生负面影响,也影响其生长方向。2.4 水/溶剂热法水/溶剂热技术是一种简单、通用的合成方法，即在适宜的温度和高压下生长化合物。这两种技术只是反应溶剂不同，在水中反应为水热和在非水溶液中反应为溶剂热。近年来，许多研究人员已经成功地使用水/溶剂热法制备了高密度、高取向的一维纳米阵列。Vayssieres首先报道

8、使用水热法制备出垂直于玻璃基底和硅基底上生长的ZnO纳米棒阵列。在该文章中提出ZnO种子层是ZnO纳米棒定向生长形成阵列的决定性因素。该研究组运用一系列简单的低温(60 70C)水热途径直接合成出高产量、结晶好并且结构各异的氧化锌纳米阵列材料。合成中主要通过调节不同的反应参数来达到控制氧化锌纳米结构的生长。Lupan等人采用溶剂热方法得到氧化锌纳米阵列。控制反应过程中蒸汽压和反应时间，以及改变生长基底都可以控制氧化锌形貌。2.5 化学浴沉积法应条件更简单，反应温度通常都低于100,并且一般可以在常压下进行。这使得该方法对仪器设备几乎没有特殊要求。因此，化学浴沉积法更具普适性，成为近来热门的合成

9、方法之一。Xu与其合作者们使用低温化学浴大面积具有高度向性的氧化锌纳米棒阵列。Tao等使用磁控溅射方法制得了直径300m 400）,长度为4m纳米棒阵列。与CVD方法相比较，水热法不需要金属作为催化剂，减少了杂质进入氧化锌中的几率。2.6 微生物合成法氧化锌纳米材料的生物合成方法是通过使用来自植物和微生物（包括细菌，真菌和酵母菌）的生物活性产物来进行的。这种方法由于其有效性环保技术、廉价、简单和大规模生产而很有前途。使用植物提取物的生物合成是使用从植物的不同部位（例如叶、根、茎、果实和花朵）中提取的化合物进行的。一些植物提取物往往具有复杂的植物化学化合物,它们在合成过程中充当还原剂和封盖剂，例

10、如苯酚、酒精、菇烯、皂甘和蛋白质。值得注意的是，使用植物对金属和金属氧化物进行生物合成已得到了广泛的总结。3、氧化锌纳米材料在畜牧业中的潜在应用锌在人类、动物以及植物的各种生理过程中起着重要的作用。它广泛存在于肌肉、骨骼和皮肤在内的所有机体组织中。止匕外，锌是众多酶结构中不可或缺的组成部分，并且在激素分泌、生长、繁殖、机体免疫系统、抗氧化防御系统和体内许多其他生化过程中起着至关重要的作用。下图5说明了锌在家禽和家畜中的作用。Wound healingHormones productionAntioxidantGrowth performancesmmune systemCofactor for

11、enzymatic processBone formationReproductionsystemEgg quality图5锌在禽畜中的作用。锌是机体生理和生物学功能的重要微量元素。锌在动物体内的利用率很低，因此，在动物饲料中添加ZnO NPs可以增加机体对锌的吸收和生物利用度在畜牧业中作为抗菌剂的潜在作用常规抗生素的连续使用导致了多耐药菌株的产生和扩散。因此,有必要发现和开发替代常规抗生素的新方法。通过生物酶法生产的氧化锌纳米材料颗粒的应用范围很广，最近因其出色的抗菌活性（例如抗菌和抗真菌）而受到了广泛的研究。氧化锌纳米材料颗粒具有相对与大表面积的小尺寸、组成和形态等特点使氧化锌纳米材料颗粒

12、能够与细菌细胞表面相互作用并穿透细胞核心并随后展现出杀菌机制。此外与有机材料相比,氧化锌纳米材料颗粒材料的无机抗菌性能具有承受极端恶劣条件和高温的能力。微生物介导的氧化锌纳米材料颗粒的合成可能成为潜在的抗菌剂因为某些细菌能够产生多种表现出抗菌特性的化合物细菌素。细菌素是一种小的热稳定肽，对病原微具有杀菌作用。源自微生物的细菌素可作为金属离子合成的还原剂。止匕外，先前的研究已经证明，这种小的肽还可以结合离子用作封端剂而这又提高金属离子抗微生物效果的作用。然而,将微生物生物合成的氧化锌纳米材料颗粒用于动物生产的研究还很缺乏这可能是由于微生物生物合成氧化锌纳米材料颗粒的量产和大规模应用受到限制，但其确切的抗菌机制尚不清楚。