纳米氧化锌的应用

纳米氧化锌的应用,第1张

纳米氧化锌具有很强的吸收红外线的能力,吸收率和热容的比值大,可应用于红外线检测器和红外线传感器;纳米氧化锌还具有质量轻、颜色浅、吸波能力强等特点,能有效的吸收雷达波,并进行衰减,应用于新型的吸波隐身材料;

自1991年发现碳纳米管以来,低维纳米材料(如线状、带状、棒状和管状等)由于其本身的独特性质和在纳米器件中的潜在应用而倍受人们的关注。氧化锌(ZnO)是一种重要的光电半导体材料在室温下具有较宽的禁带宽度(3137eV)和较大的激子束缚能(60meV),被广泛的应用于光电二极管, 传感器,压敏电阻和光电探测器,特别是ZnO纳米结构的室温紫外光发射现象的发现,使ZnO再次成为短波半导体激光器件材料研究的点。 金属氧化物粉末如氧化锌、二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铝及氧化镁等,将这些粉末制成纳米级时,由于微粒之尺寸与光波相当或更小时,由于尺寸效应导致使导带及价带的间隔增加,故光吸收显著增强。各种粉末对光线的遮蔽及反射效率有不同的差异。以氧化锌及二氧化钛比较时,波长小于350纳米(UVB)时,两者遮蔽效率相近,但是在350~400nm(UVA)时,氧化锌的遮蔽效率明显高于二氧化钛。同时氧化锌(n=1.9)的折射率小于二氧化钛(n=2.6),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。

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。而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。

氧化锌是一种重要而且使用广泛的物理防晒剂,屏蔽紫外线的原理为吸收和散射。氧化锌属于N型半导体,价带上的电子可以接受紫外线中的能量发生跃迁,这也是它们吸收紫外线的原理。而散射紫外线的功能就和材料的粒径相关,当尺寸远小于紫外线的波长时,粒子就可以将作用在其上的紫外线向各个方向散射,从而减小照射方向的紫外线强度。此外,如果这原料的粒径过大,涂在皮肤上会出现不自然的白化现象。因此纳米级微粒与通常尺寸相比有着显着的优势。

纳米氧化锌是稳定的化合物,可以提供广谱的紫外保护(UVA和UVB),同时还有抗菌和抗炎的作用,几乎在各国对防晒剂的评价中都是目前为止最安全有效的成分。但它们特别小的尺寸,使得它们有更高的化学活性,也可能被人体吸收,从而对人体和环境有着潜在的危害,因此对于纳米级氧化锌的使用还存在着很大的争议。比如欧盟在2004年的时候说纳米氧化锌会被吸收,而且可能会引起DNA损伤。澳大利亚在2006年一份综述中称不认为纳米粒子在皮肤中有吸收。而美国DNA1999年批准氧化锌的使用,但认为纳米氧化锌存在安全问题而不允许使用,而在2006年批准纳米氧化锌作为一个新的有效成分。

纳米微粒最令人担忧的地方就是它会释放出自由基,这会增加氧化压力,从而损伤体内的蛋白、酯类和DNA。钛产生的氢氧自由基可能会对DNA和细胞产生损伤,锌产生氢氧自由基可能会损害皮肤中的DNA和细胞结构。另外,当你抹了防晒霜洗脸或是游泳,又或者是使用带防晒系数的唇膏,就存在着很大的可能将其中含有的纳米级的防晒剂直接通过吃下去,这样人体是可以直接吸收的。有研究表明肠子能够吸收二氧化钛粒子的直径在150-500nm(略高于纳米水平,相当于微米粒子,这种尺寸的粒子防晒剂中也有使用),随后这些粒子还可以到达肝脏和脾脏。关于纳米粒子是否能通过皮肤直接进入血液还存在争议。通过在动物和人手上的实验表明,纳米氧化锌有1.5-2.3%的吸收。但也有人认为人手上的皮肤远比嘴唇、眼睑、大腿内侧、腋下等地方要厚实的多,而且如果皮肤破损处的吸收状况也会不同,很快下结论这种粒子几乎零吸收是过于草率的,缺乏更多的实验证据。


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