[发明专利]用于生产具有大小和形态受控的氧化锌薄片的方法

说明书

本发明提出一种用于生产具有平均比表面积大于25平方米每克、大小和形态受控的多边形氧化锌薄片的方法，该方法包括：在适于通过释放游离质子来取代Zn离子从而形成包含Zn的复合结构的介质中制备包含Zn或其化合物的介质，其浓度在1.55至7.75摩尔Zn/L之间范围内；在50℃至320℃之间的范围内的温度下于容器中搅拌该介质持续最长达10小时以获得悬浮液；过滤该悬浮液以获得包含固体颗粒的过滤物；干燥然后煅烧干燥后的过滤物；其中，使用一个或多个径向流叶轮进行搅拌，使得容器中的雷诺数大于2500且小于10000。本发明还提出了一种包括这种薄片的产品。

技术领域

本发明涉及获取大小和形态受控的氧化锌颗粒。特别地，本发明涉及获取具有高平均比表面积的多边形氧化锌薄片。

背景技术

对纳米结构的研究使人们能够生产出有利于人类生活的设备，例如防污涂料、抗菌结构、防水表面、活性UV(紫外光)防护器、小型电子仪器等等。

然而，纳米结构由于其极小的尺寸可能会呈现一些缺陷。其中一个缺陷就是由于其尺寸导致其表面能非常高。为了减少其表面能程度，纳米结构呈现出以不受控制的方式形成团聚物的趋势。结果，结构出现微米级团聚物的形式。表面能的降低使其结构的使用复杂化，同时也导致在纳米级别上观察到的独特特征消失。

纳米结构可以穿过用于防止空气中颗粒的微过滤器。此外，Vogt等人(2006年)进行的一项研究发现直径为40nm的颗粒可以穿过皮肤，是因为“角质层”(皮肤的最上层)的孔径约为80nm。因此，为了防止经皮穿透从而威胁人类健康，纳米结构的尺寸应最小为80nm。可见，纳米结构也可以通过经皮方式穿透到人体皮肤中，从而污染血流并且因此很容易到达肺部或消化系统，在那里它们可能会诱导自由基的产生，这损伤细胞及DNA结构。纳米结构还可以进入血细胞并容易地穿透其中，从而渗入免疫系统，以诱导神经细胞处以及甚至大脑处的永久性损伤。

纳米结构也因为对环境和自然有害而广为人知，例如在它们污染土壤时的情况中。因此，为了在受益于其独特和卓越的性能的同时，确保纳米结构的安全使用，需要开发新的解决方案。

氧化锌可以以纳米结构的形式可用，具有抗组胺、抗红斑的特性，并且已知其具有抗紫外光的能力。氧化锌也可用于净化领域(通过化学反应来中和危险化学品)。因此，氧化锌(ZnO)可以被用于很多领域，诸如净化污染水体，中和化学战剂和施肥后残留在土壤中的化学残留物，以及去除土壤和植物中的化学物质。氧化锌还具有半导体特性，在技术应用和研究目的上具有巨大潜力。

氧化锌被广泛应用于各种技术中，涉及可以直接穿透人类皮肤或间接影响人类的材料，例如在水处理中，从而对人类健康构成潜在威胁。同样，如果以纳米颗粒形式以期用于净化土壤，则其有可能聚集在根尖和/或穿透进入相应的植物细胞并损伤相应的植物细胞。

与微米级的氧化锌结构相比，氧化锌纳米结构的光学和化学性质更好。然而，这种类型的纳米结构直接应用于人体皮肤，特别是考虑到当其用于防晒剂、医用粉末、保健软膏和净化有害战剂气体的用途时。尽管因其光学和化学特性，氧化锌(ZnO)被认为是用于此类应用非常重要的材料，但基于纳米级氧化锌(ZnO)也是一种具有毒性的结构这一事实反而不适合此类用途，因为其可能会穿透人体皮肤并混入血流中。此外，该结构可能会通过强烈且不受控制的随机团聚而达到微米尺寸，从而失去其在纳米级别中展示出的独特表现。

为了防止上述提到的在人体健康上的潜在有害影响，通常将有机或聚合物涂层应用到纳米结构上，从而增加其大小，以防止其穿透到细胞结构中。然而，这种方法覆盖了基础的纳米结构表面，也阻碍了从纳米颗粒中期望得到的活性特征。

防止纳米结构毒性的另一种做法是尽力将颗粒大小保持在一定水平。在这种方法中，纳米结构必须足够大才能避免真皮穿透，从而无法进入细胞结构和血液，消除其毒性。

无机结构如氧化锌(ZnO)颗粒经历的另一个问题是其不透明性，随着颗粒尺寸减小到纳米级别，这种不透明性开始消失。这一事实对于产品如防晒剂，保湿剂等可能很重要，其在化妆品领域尤为显著。