2.2.2 氧化锌晶须的应用
1）氧化锌晶须的应用领域
氧化锌晶须可用作催化剂载体、传感器及气敏元件、发光材料、压电材料、过滤材料等，也可用于塑料、橡胶、无机、陶瓷、金属、合金等材料的增强，利用氧化锌晶须的诸多优异性能，成功开发出氧化锌晶须系列复合材料，广泛应用于国防、电子、化工、轻工、交通、生活卫生等领域。氧化锌晶须的特性及对应的主要应用领域如下：
（1）高分子材料抗静电剂（利用其白色性、高效性、永久性，兼增强性、耐磨性等性能，用作涂料、塑料、纺织品、橡胶等的抗静电高分子材料）。
（2）耐磨防滑材料，用于高档橡胶轮胎、刹车片、耐磨齿轮、橡胶传送带等。
（3）微波辐射吸收材料，用于吸波隐身、微波热转换、抗电磁干扰、抗微波辐射等。
（4）减振降噪材料，用于结构减振、工业防振、隔音、降噪等。
（5）复合材料增强，用于金属、合金、工艺陶瓷、结构陶瓷、特种陶瓷、塑料等增强，改善基体材料的力学性能、加工性能、强度和弹性模量；此外，由于氧化锌晶须易分散在橡胶和乳胶中，是天然橡胶、合成橡胶补强剂，活化剂和固化剂，也是白色橡胶的着色剂和填充剂，在胶料中加入活性氧化锌晶须，可使橡胶具有良好的耐磨性、撕裂性和弹性，用于涂料、油墨、漆布、印染行业的染色，中和火柴工业中牛皮脂的酸度，提高胶黏剂的粘接效果，还可作为橡胶浆料的原料，还可用于颜料锌铬黄、醋酸锌、碳酸锌的生产。
（6）抗菌和防藻复合材料，用于家电、日用品、纺织品、涂料。
（7）甲醛及多种有机物分解材料，用于装饰材料、室内空气治理。
（8）复合抗菌、生物医用材料，用于氧化锌抗菌、复合树脂和热凝牙托粉、义齿基托树脂填料。
（9）用作电子领域的压敏、光催化、光电电极材料。(https://www.daowen.com)
2）纳米氧化锌晶须的应用领域
纳米氧化锌晶须的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和界面效应，使其具有优异的电学、光学、力学、光催化、传感性能，是一种具有重要应用价值的半导体材料（图2.5）。纳米氧化锌晶须可以广泛应作为橡胶添加剂、紫外线遮蔽材料等。由于氧化锌纳米晶须在室温下具有高达60 meV的激子结合能，低电压磷光性，更高的光增益，以及在大幅度提高光存储密度方面具有巨大的潜在应用价值，因此常用于制作短波长的光电器件，如发光二极管、紫外光探测器、高频滤波器、紫外激光器、气体传感器、变压器光电子器件，制作发光器件，使氧化锌用作为低电压平板显示器的发光材料。
图2.5 纳米氧化锌晶须
纳米氧化锌晶须主要应用领域如下：
（1）在橡胶工业中的应用。纳米氧化锌是橡胶工业中最有效的无机活性剂和硫化促进剂，纳米氧化锌具有颗粒微小，比表面积大，分散性好，疏松多孔，流动性好等物理化学特性，因此，与橡胶的亲和性好，熔炼时易分散，胶料生热低，扯断变形小，弹性好，可用于改善材料的工艺性能和物理性能。用于制造高速耐磨的橡胶制品，如飞机轮胎、高级轿车用的子午线轮胎等，具有防止老化、抗摩擦着火、使用寿命长等优点，可大幅度提高橡胶制品的光洁度、机械强度、耐温和耐老化性能，特别是耐磨性能。另外，氧化锌作为橡胶制品中硫化体系的必用助剂，其填充量较高，一般为5份左右。由于氧化锌密度大，填充量大，其对胶料密度的影响非常大，对制品使用寿命和能源消耗都不利。而使用纳米氧化锌，其用量仅为等级氧化锌用量的30%～50%，这样不仅降低了生产成本，而且在强伸性能、生热、老化等方面的性能远优于普通氧化锌。
（2）在陶瓷行业中的应用。纳米氧化锌极小的粒径，大的比表面积和高的化学性能，可以显著降低材料的烧结致密化程度，节约能源，使陶瓷材料的组成结构致密化、均匀化，改善了陶瓷材料的性能，提高了其使用的可靠性。可以从纳米材料的结构层次上控制材料的成分和结构，有利于充分发挥陶瓷材料的潜在性能。另外，由于陶瓷粉料的颗粒大小决定了陶瓷材料的微观结构和宏观性能，如果粉料的颗粒堆积均匀，烧成收缩一致且晶粒均匀长大，那么颗粒越小，产生的缺陷越小，所制备的材料的强度就相应越强，因此采用纳米氧化锌就可产生一些大颗粒材料所不具备的独特性能。
（3）在日用化工方面的应用。纳米氧化锌在阳光，尤其是在紫外线照射下，在水和空气中，能自行分解出自由移动的带负电的电子，同时留下带正电荷的空穴。这种空穴可以将空气中的氧变成活性氧，有极强的化学活性，能与大多数有机物发生氧化反应（包括细菌类的有机物），从而把大多数的病菌和病毒杀死。对纳米氧化锌的定量杀菌试验表明，在5 min内，纳米氧化锌的浓度为1%时，金黄色葡萄球菌的杀菌率为98.68%，大肠杆菌的杀菌率为99.93%。纳米氧化锌吸收紫外线的能力强，对长波紫外线（UVA）波长（320～400 nm）和中波紫外线（UVB）波长（280～320 nm）均有屏蔽作用。纳米氧化锌是皮肤的外用药物，对皮肤有收敛、消炎、防皱和保护等功能，可以用于化妆品的防晒剂以及防止紫外线的伤害并能抗菌除臭，可用于生产防臭、抗菌、抗紫外线的纤维。利用纳米氧化锌和二氧化硅混合消毒剂制备的除臭纤维能吸收臭味，净化空气，并可用于制造医院长期卧床患者的消臭辅料、绷带、尿布等纺织品。加有纳米氧化锌的陶瓷制品有抗菌除臭和分解有机物的自洁作用，可制作浴缸、地板砖、卫生间和桌台等。在石膏中掺入纳米氧化锌及金属过氧化物粒子后，可制得色彩鲜艳、不易褪色的石膏产品，具有优异的抗菌性能，适用于建筑材料和装饰材料。将一定量的超细氧化锌、氢氧化钙以及硝酸银等物质加入质量分数为25%的磷酸盐溶液中，经混合、干燥、粉碎等再制成涂料涂于电话机、微机表层，有很好的抗菌性能。
（4）在涂料方面的应用。纳米氧化锌与其他纳米材料配合用于建筑内外墙乳液涂料及其他涂料中，可使涂层具有屏蔽紫外线、吸收红外线及抗菌防霉的作用，同时还具有增稠作用，以及便于颜料分散的稳定性。在乳胶漆中使用纳米氧化锌可以增大乳胶漆对紫外线辐射的抵抗力，减弱乳胶漆对潮湿环境条件下的敏感性，提高耐老化性。纳米氧化锌能够散射光线，使乳胶漆的遮盖力得到一定程度的改善。采用纳米氧化锌作为原料制成的船舶专用涂料，不仅可以起到屏蔽紫外线的作用，而且可以杀死各种微生物，从而提高航行速度并延长检修期限。此外，用纳米氧化锌制造的汽车专用变色颜料，添加在金属闪光的面漆中，随着角度的变化，能使涂层产生丰富而神秘的“颜色效应”，使车身表面产生较好的成像效果，增辉闪光，深受汽车配色专家的偏爱。
（5）用于制作表面波器件。纳米氧化锌作为一种压电材料，具有较强的机电耦合系数，使其在超声换能器、Bragg偏转器、频谱分析器、高频滤波器、高速光开关及微机械上有广泛的用途。这些器件在大容量、高速率光纤通信的波分复用，光纤相位调制，反雷达动态测频，电子侦听，卫星移动通信，并行光信息处理等民用和军事领域具有广泛的应用，比如在高于1.5 GHz的频率范围内具有低损耗的高频滤波器正成为移动通信系统的最关键部件之一，ZnO是制作这种高频滤波器的首选材料。纳米氧化锌不仅对电磁波具有吸收能力，还能吸收可见光和红外线，用它作为隐身材料，不但能在很宽的频带范围内逃避雷达的侦察，而且能起到红外隐身作用。这种“隐身材料”的发展和应用，是提高武器系统生存和突防能力的有效手段之一，在国防建设中具有十分重要的意义。
（6）用作抗静电复合材料。传统抗静电添加剂主要为炭黑、金属粉和表面活性剂。炭黑作为静电添加剂只能得到黑色产品，用量大时还会破坏材料的某些力学性能。金属抗静电添加剂一般用量较大，约占复合材料质量的40%，并且加工过程中易被氧化，不易氧化的金、银、铜等又较贵重。表面活性剂抗静电添加剂要求环境的湿度较高且不耐久。而纳米氧化锌则具有较好的抗静电效果。纳米氧化锌晶须添加剂外观为白色疏松状物质，微观结构则为立体四针状单晶体，任意两个针间夹角均约为109°，其优点是四针状立体结构易形成有效三维网状导电通道，通过晶须尖端放电和隧道效应达到抗静电的目的，并且用量少；纳米氧化锌稳定，1720℃直接升华，不易与其他材料发生化学反应，抗静电耐久性好。另外，纳米氧化锌晶须为白色，能满足各种复合材料的色彩要求。