2.3.1　四针状氧化锌晶须的性能

四针状氧化锌晶须（tetra-needle like ZnO whiskers，T-ZnOw）于20世纪40年代被发现，最早由日本松下产业于1989年研制成功。四针状氧化锌晶须（图2.6、图2.7）为白色疏松状粉体，是迄今为止被发现的唯一具有三维空间结构的晶体，呈立体四针状，从晶须核心径向方向伸展出四根针状晶体，每根针状体为单晶体或纳米晶微纤维，任两个针状体的夹角为109°，晶须的体直径为0.7～1.4μm，针状体根部的直径为0.5～14μm，针状体长度为3～200μm，可耐1 720℃的高温（高于此温度可能升华）。其主要性能参数：比热5.52 J/g·k，真实密度5 g/cm3，表观密度0.01～0.5 g/cm3，粉体电阻率1×104～1×109Ω/cm，介电常数（实部）4.5～30，介电常数（虚部）20～135，拉伸强度1.2×104 MPa，弹性模量3.5×105 MPa；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化合物。高温时呈黄色，冷却后变为白色。由于ZnOw独特的空间三维立体构型和良好的单晶性，它组成的复合材料呈各向同性，性能远优于由单一纤维状晶须组成的复合材料。由于其独特的三维空间结构，针状体及尖端纳米效应，很容易实现在基体材料中的三维均匀分布，从而各向同性地改善材料的物理性能，同时赋予材料多种独特的功能特性，如超高强度（单晶体纤维的强度达到或接近化学键的理论计算值）、导热、半导体、压电、压敏、吸波、吸声、减振、抗菌、防噪、催化等，可用于复合材料增强剂、涂料、导电材料、吸波材料、光电材料等领域，被称为21世纪的重要新材料。四针状氧化锌晶须其他性能如下：

（1）超高强度：四针状氧化锌晶须为单晶体纤锌矿结构，几乎没有结构缺陷，属于理想的结晶体，具有极高的力学强度和弹性模量：拉伸强度和弹性模量分别达到1.0×104 MPa和3.5×105 MPa，接近理论强度值。

图2.6　四针状氧化锌晶须SEM图

（2）各向同性：特殊的立体四针状结构，使其在具有完全各向同性的增强、改性作用，保证了材料和制品在力学性能、尺寸均匀性、热收缩、热变形和其他使用性能等方面的各向同性。(https://www.daowen.com)

（3）优异的耐热性：氧化锌的熔点高于1800℃，四针状氧化锌晶须可耐1 720℃的高温（高于此温度可能升华），常压下空气中1000℃以上可能导致部分尖端纳米结构受损。

（4）可调的电学性能：氧化锌属于N-型半导体，可以通过掺杂等手段控制其导电、压电、压敏等电学性能。

（5）纳米半导体活性：由于结构的特殊性，使其表现出特殊的尖端纳米活性；由于非严格化学配比的半导体特性，使其具有释放活性氧的作用；宏观表现为高效、广谱、持久的抗菌和环境净化作用。

图2.7　四针状氧化锌晶须细微结构