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目前，研究人员对ZnO纳米结构的制备和生长机理的研究有很多，已经采用了各种不同技术制备了各种形貌的ZnO纳米结构，如纳米线、纳米棒、纳米带、纳米环等。在诸多研究中采用最多的是化学合成、MOCVD类似方法，而采用磁控溅射生长纳米结构的报道相对较少[6]。在ZnO微纳结构材料研究中有关结构、形态以及尺度的控制，仍然是个很大的难题。因此，实现可控定向生长高质量的一维ZnO纳米材料是实现蓝紫外发光的一个有效途径，如何实现一维ZnO纳米材料的可控生长越来受人们的广泛关注[7]。 纳米ZnO的应用
纳米氧化锌由于其尺寸介于分子、原子和宏观微粒之间，具有纳米材料的体积效应、 表面效应等许多宏观材料所不具有的特殊性质。综述了纳米氧化锌作为一种新型功能材料在橡胶、涂料、陶瓷、防晒化妆品等领域展示出的引人注目的广泛应用及发展前景[8]。 纳米氧化锌在橡胶轮胎中的应用
橡胶工业是氧化锌的最大用户。作为普通氧化锌的代换材料，纳米氧化锌在橡胶工业中的应用已越来越受到重视。纳米氧化锌与普通氧化锌对橡胶性能的影响对比见表 1。
表1 纳米氧化锌比表面积对胶料性能的影响
项目
间接法 纳米氧化锌比表面积（m2·g-1） 氧化锌 40 60 80
拉伸强度（MPa） 19.4 19.8 19.7 19.8 拉断伸长率（%） 532 530 518 520 压缩疲劳温升（℃） 48 44 38 36 疲劳永久变形（%） 16.1 13.4 9.8 9.8
纳米氧化锌对橡胶性能的影响
纳米氧化锌的核心指标是比表面积。胶料的物理性能与氧化锌的比表面积存在着相关关系。 根据于泳等人所做的纳米氧化锌比表面积对胶料性能的影响实验可以看出，一般纳米氧化锌在比表面积达到80 m2·g-1以上时，可表现出优良的普通氧化锌所不具备的综合性能。提高胶料的交联密度。
由于纳米材料的小尺寸效应使胶料变形降低，比表面积为80 m2·g-1的纳米氧化锌胎面胶料的压缩疲劳温升是36，普通胶料的压缩疲劳温升是48，降低生热25%。
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纳米氧化锌胶料的拉伸强度及扯断伸长率在热空， 这与纳米氧化锌的小尺寸效应增大了交联网络密度、与高分子材料实现了分子水平的结合有关。 新型橡胶及制品
纳米氧化锌是制造高速耐磨橡胶制品的原料，如飞机轮胎、高级轿车用的子午线胎等，具有防止老化、抗摩擦着火、使用寿命长、用量少等优点。轮胎侧面胶的抗折化锌的30% -50%。将纳米氧化锌作为导电的白色颜料填充于橡胶中，可研制出导电性橡胶，用来制造静电屏蔽橡胶及制品。在高聚物表面上涂一层含纳米氧化锌颗粒的透明涂层，可防高聚物日光老化。聚氨酯跑道等地面铺装材料也有掺用纳米材料防霉的，并提高了回弹性以及耐磨、耐水、耐溶剂、阻燃等性能。纳米氧化锌作为一种光致发光材料应用于橡胶中，可以制得蓄光性橡胶制品。如开关、路道出入口和梯级等的标志及车牌、扶手等。蓄光性橡胶的主体材料宜用 BR、EPR（乙丙胶）和硅酸胶及其并用胶等。制品的蓄光耐久性长（3~4 年），稳定性好。纳米氧化锌的抗菌特性已用于生产防臭、抗菌、抗紫外线的纤维，同时也可用来提高橡胶的档次，研制出抗菌橡胶及制品，此方面的应用极具发展潜力。 纳米氧化锌在陶瓷中的应用
陶瓷材料是材料的三大支柱之一，传统陶瓷材料的应用有较大的限制，随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生。纳米陶瓷被誉为―万能材料‖或―面向 21世纪的新材料‖。所谓纳米陶瓷，是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料，也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。
加有纳米 ZnO的陶瓷制品具有抗菌除臭和分解有机物的自洁作用，大大提高了产品质量。经过纳米氧化锌抗菌处理过的产品可制浴缸、地板砖、墙壁、卫生间及桌石。添加纳米 ZnO的玻璃可抗紫外线、耐磨、抗菌和除臭，可用作汽车玻璃和建筑用玻璃。该玻璃的紫外线屏蔽涂层由纳米 ZnO组成。如由湖南株洲冶炼集团技术中心研制成功的火炬牌活性纳米氧化锌粉体，这种粉体其粒径仅有25~40 nm，呈球状的淡黄粉末。由于颗粒径的细微化，比表面积急剧增加，使纳米氧化锌产生了目前普遍使用微米、亚微米氧化锌所不具备的表面效应、小尺寸效应和量子隧道效应等。可以降低陶瓷烧成温度、覆盖力强，使陶瓷制品光亮如镜，具有抗菌除臭、防污自洁等优异性能，使纳米氧化锌在陶瓷产业推广应用中取得了突破性的进展。 纳米氧化锌在防晒化妆品中的应用
大多数有机防晒剂活性较高，对皮肤产生刺激，在紫外光照射后亦分解，防晒效果不长久，
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因而人们又开发了无机防晒剂，如纳米二氧化钛、氧化锌等。 纳米氧化锌的紫外线屏蔽性、 透明性及灭菌性
米 ZnO是一种广谱的无机紫外线屏蔽剂，由于其对UVA的有效屏蔽性、安全性和抗菌性而得到越来越广泛的运用。其屏蔽紫外线的原理是吸收和散射紫外线。它属于N型半导体， ZnO的禁带宽度为3.2 eV。当受到紫外线的照射时，价带上的电子可吸收紫外线而被激发到导带上，同时产生空穴-电子对，因此具有吸收紫外线的功能。另外，纳米ZnO的颗粒尺寸远小于紫外线的波长，纳米粒子可将作用于其上的紫外线向各个方向散射，从而减少照射方向的紫外线强度，这种散射紫外线的规律符合 Raylieigh光散射定律。同时通过对纳米ZnO的紫外可见光特性的研究表明，在可见光区，纳米ZnO比普通ZnO对可见光的吸收弱得多，有很好的透过率，因此具有高度的透明性。纳米 ZnO应用于防晒化妆品中，不但使体系拥有收敛性和抗炎性，而且具有吸收人体皮肤油脂的功效。
纳米 ZnO在阳光尤其在紫外线照射下，在水和空气（氧气）中，能自行分解出自由移动的带负电的电子（e-），同时留下带正电的空穴（h+）。这种空穴可以激活空气中的氧变为活性氧， 有极强的化学活性，能与多种有机物发生氧化反应（包括细菌内的有机物），从而把大多数病菌和病毒杀死。祖庸等人所做的定量试验表明：纳米氧化锌的质量分数为 1%时，在5 min内对金黄色葡萄球菌的杀菌率为98.86%，对大肠杆菌的杀菌率为99.93%。 纳米氧化锌在防晒化妆品中的发展趋势 双亲性纳米氧化锌粉体
目前，将纳米 ZnO粉体表面包覆具有多个亲水基团和亲油基团的表面处理剂，使其具有亲水和亲油的双亲性，这样所得的纳米ZnO粉体可适用极性和非极性体系，具有很强的通用性，这是纳米ZnO表面处理的一个发展方向。 纳米氧化锌的分散体
纳米ZnO分散体是纳米ZnO粉体在分散剂作用下，经高剪切混合、球磨或砂磨等方法制备出的一种浆体。分散体总体分为油性分散体和水性分散体两种。把纳米 ZnO制备成容易分散、透明性好、紫外线屏蔽性效率高的分散体形式，不但便于用户使用而且可降低成本、提高单位质量纳米ZnO的屏蔽紫外线效果，还可减少纳米ZnO运输和使用过程的粉尘污染，是纳米ZnO在防晒化妆品中应用的另一个发展方向。 核壳结构的纳米氧化锌
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选用白云母、绢云母、滑石粉、高岭土、硅藻土、二氧化钛和氧化铁等为核体，经表面活化处理后，再在核体表面沉积一层或几层透明致密的纳米ZnO，用于化妆品中易分散且白化现象小。这种核壳结构的纳米ZnO复合体具有极好的分散性，对屏蔽紫外线特别是对长波紫外线的屏蔽性能优异，在防晒化妆品中还具有很好的延展性、黏合性和抗变色作用。 纳米氧化锌在油漆涂料中的应用
借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可进一步提高涂料防护能力，实现防紫外线照射、 耐大气侵害和抗降解、变色等。在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用；在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的；在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。
在涂料应用中，纳米氧化锌的紫外屏蔽性能是其中最大的开发点之一。金属氧化物粉末对光线的遮蔽能力，在其粒径为光波长的1/ 2时最大。在整个紫外光区，氧化锌对光的吸收能力比氧化钛强。纳米氧化锌的有效作用时间长，对紫外屏蔽的波段长，对长波紫外线 UVA和中波紫外线 UVB均有屏蔽作用，能透过可见光，有很高的化学稳定性和热稳定性。AAmmala等将纳米氧化锌分别添加到聚乙烯、聚丙烯中，结果表明，与有机胺光干扰剂比较，纳米氧化锌在防光降解方面具有明显的优越性。
纳米氧化锌可以明显地提高涂料的耐老化性能，可作为涂料的抗老化添加剂。近藤刚等人利用纳米ZnO作为添加剂研制成功了紫外线屏蔽玻璃用涂层。美国FOSLERPRODUCTS公司 使用纳米级的ZnO（1080 nm），以羟乙基纤维素（FGH）为增稠剂，加入其他助剂，在水中充分分散后，再与丙烯酸乳液搅拌混合，制成了抗紫外老化的水性涂料。另外美国 ELEMENTIS公司用该公司所生产的粒径为80 nm左右的纳米ZnO（商品名 KNO）与一定的溶剂、树脂、 助剂及有机抗紫外线剂复配制成抗紫外线的预混合物，可作为涂料和塑料配方的一部分。陈国新等人所做实验表明，当粒径足够小时，ZnO可在分散体中呈透明状态，而且由于无机和有机抗紫外线剂的协同作用，效果比使用单一的无机ZnO抗紫外线剂好得多。
纳米氧化锌还可用来制造汽车尤其是高级轿车专用的变色颜料，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成像效果，增辉闪光。
纳米氧化锌在纺织中的应用
纳米氧化锌在纺织领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。将金
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属氧化锌粉末制成纳米级时，由于微粒尺寸与光波相当或更小，尺寸效应使导带及价带的间隔增加，故光吸收显著增强。在350~400 nm（UVA）时，氧化锌的遮蔽效率高，同时氧化锌（n=1.9）的折射率小，对光的漫反射率较低，使得纤维透明度较高且利于纺织品染整。 远红外线反射纤维的材料
纳米氧化锌还可用来制造远红外线反射纤维的材料，俗称远红外陶瓷粉。这种远红外线反射功能纤维是通过吸收人体发射出的热量，并且再向人体辐射一定波长范围的远红外线，除了可使人体皮下组织中血液流量增加，促进血液循环外，还可遮蔽红外线，减少热量损失，故此纤维较一般纤维蓄热保温。如日本仓螺公司将氧化锌微粉掺入异形截面的聚酯纤维或长丝中， 开发出抗紫外光纤维，除了具有遮蔽紫外光的功能外，还有抗菌、消毒、除臭等功能。 光致发光材料
氧化锌是很好的光致发光材料，可利用紫外光、可见光或红外光作为激发光源而诱导其发光。氧化锌在室温下拥有较强的激发束缚能，可以在较低激发能量下产生有效率的放光。另外， 纳米 ZnO可用于生产混合消臭剂的除臭纤维及各种布料和服饰中，能吸收臭味，净化空气，如开发出的防紫外线纤维，用此纤维制作的夏装不但不会感到日晒，反而会有凉爽感。 纳米氧化锌在催化剂和光催化剂中的应用
催化在许剂多化学领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、反应效率和反应速度。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10~15倍。主要是因为纳米氧化锌的尺寸小、比表面积大、表面键性和颗粒内部的不同、表面原子配位不全等，导致表面的活性位置增多，形成了凸凹不平的原子台阶， 加大了反应接触面，纳米氧化锌的催化活性和选择性远远大于其传统催化剂。
纳米氧化锌具有优异的光催化活性。当氧化锌纳米粒子受到大于禁带宽度能量的光子照射后，电子从价带跃迁到导带，产生了电子-空穴对，空穴能使 OH-生成氧化性很高的·OH自由基，可以把许多难降解的有机物氧化成CO2和H2O等无机物。随着对纳米材料的深入研究及纳米颗粒制备工艺的日臻成熟，由于量子尺寸等效应，人们发现纳米氧化锌与体相材料的物理化学性质有显著的不同。纳米氧化锌是一种自激活的半导体材料，室温下禁带宽度为3.27 eV，激电子束缚能力为60 meV。这就使得纳米氧化锌材料从理论上具备了从紫外光至可见光稳定发射的本领。同时，氧化锌又具有很高的导电、导热性能和很高的化学稳定性，这些都使得纳米氧化锌材料在光电转化、光催化等领域有广阔的应用前景。
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