據(jù)外媒報(bào)道，近日在《材料》（Materials）雜志上發(fā)表的一篇綜述中，研究人員討論了利用廢舊堿性電池中的氧化鋅來(lái)增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。

陶瓷顆粒的FEG-SEM顯微圖：（a）商用TiO2；（b）商用ZnO和（c）回收Z(yǔ)nO。（圖片來(lái)源：MDPI）

背景

在當(dāng)今社會(huì)，電池回收利用是一項(xiàng)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。除了進(jìn)一步探討更有效的廢舊電池回收方法，應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)將回收材料用于制造電池或其他用途。
ZnO是一種有吸引力的材料，具有廣泛的應(yīng)用。然而，由于資源有限，原始合成方法不多且有毒，生產(chǎn)ZnO顆粒的成本很高。因此，利用廢棄物來(lái)制備ZnO微粒，是值得探究的長(zhǎng)期方案。
使用填料存在諸多缺陷，其中***重要的是難以使其分散。***近有人對(duì)原位（in situ）生產(chǎn)納米顆粒的概念進(jìn)行研究，并取得了良好的分散效果。通過(guò)在熱固性基質(zhì)中加入ZnO填料，可以制備具有適當(dāng)性能的納米復(fù)合材料。陶瓷顆粒/環(huán)氧復(fù)合材料可用作純環(huán)氧熱固性復(fù)合材料的表面涂層，以減少吸水率，提高建筑表面的力學(xué)性能。

關(guān)于這項(xiàng)研究

在此項(xiàng)研究中，研究人員提出，利用從廢舊電池中獲得的ZnO微粒，作為環(huán)氧樹(shù)脂填料。這些納米復(fù)合材料可用作顏料、防護(hù)涂層和熱穩(wěn)定結(jié)構(gòu)復(fù)合材料?；诓煌募{米填充物比例，制備了幾種填充回收Z(yǔ)nO和商用ZnO、TiO2納米顆粒的復(fù)合材料。

研究人員展示，通過(guò)回收廢舊堿性電池來(lái)開(kāi)發(fā)ZnO顆粒，及其在環(huán)氧涂層中作為填料的應(yīng)用。將所得結(jié)果與另外兩種商用陶瓷氧化物納米顆粒（即TiO2和ZnO）進(jìn)行比較，以評(píng)估其有效性，并研究ZnO顆粒的幾何形狀和尺寸。將ZnO顆?；旌系江h(huán)氧熱固性樹(shù)脂中，以獲得良好的熱性能和力學(xué)性能。

該團(tuán)隊(duì)將各種陶瓷微納米顆粒（基于ZnO和TiO2）填充到一種航空環(huán)氧熱固性樹(shù)脂中。其中一種ZnO顆粒是從耗盡的堿性電池中回收的。采用場(chǎng)發(fā)射槍掃描電子顯微鏡（FEG-SEM）和傅里葉變換紅外光譜（FTIR），對(duì)所制備的納米顆粒進(jìn)行表征，從而確定回收Z(yǔ)nO作為環(huán)氧熱固性樹(shù)脂填料的潛在優(yōu)勢(shì)。這些樹(shù)脂被用作通過(guò)樹(shù)脂灌注技術(shù)制造的復(fù)合材料的基質(zhì)，以用于航空結(jié)構(gòu)，或作為保護(hù)涂層。研究人員還對(duì)回收Z(yǔ)nO的性能與其他昂貴的工業(yè)陶瓷納米顆粒進(jìn)行了比較。

觀察結(jié)果

未處理的環(huán)氧熱固性材料的平均粗糙度為1.30 ± 0.16 ?m。在1.4–1.6 ?m區(qū)間內(nèi)，隨著陶瓷顆粒的加入，粗糙度略有增加。當(dāng)對(duì)復(fù)合材料表面進(jìn)行化學(xué)腐蝕處理時(shí)，其粗糙度急劇增加，約在3.2-4.2?m范圍內(nèi)。由于掃描熱固化效率的提高，純環(huán)氧樹(shù)脂的初始Tg溫度為139℃，隨后的掃描溫度逐漸攀升至142℃。商用ZnO納米顆粒呈長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，正方形的底邊小于100 nm，高度高達(dá)500 nm。

在環(huán)氧樹(shù)脂中加入陶瓷納米填料，如ZnO或/和TiO2，可以改善力學(xué)性能和熱性能，以及疏水性和硬度，當(dāng)然這也取決于各種環(huán)境。除了陶瓷氧化物不同，填料的具體形態(tài)和尺寸也不同。

商用TiO2納米顆粒，是較小的球形納米顆粒?；厥盏腪nO是“沙漠玫瑰”狀的微粒等。使用陶瓷填料后，玻璃軟化溫度（Tg）略有升高（結(jié)論）

綜上所述，此項(xiàng)研究表明，根據(jù)Tg和儲(chǔ)能模量評(píng)估，使用所提出的陶瓷填料，對(duì)熱固性材料的熱強(qiáng)度和機(jī)械剛度的影響可以忽略不計(jì)。此外，還發(fā)現(xiàn)環(huán)氧復(fù)合材料具有與純環(huán)氧熱固性材料相同的水熱彈性。

加入陶瓷氧化物顆粒，使水?dāng)U散系數(shù)略有降低。氧化物陶瓷顆?？商岣咚蔚慕佑|角，從而能夠檢測(cè)表面疏水性。當(dāng)用硬脂酸和醋酸對(duì)表面進(jìn)行化學(xué)處理時(shí)，這種增強(qiáng)效果更加明顯。由于其***大粗糙度是通過(guò)荷葉效應(yīng)和與沙漠玫瑰狀形態(tài)相關(guān)的酸氧化產(chǎn)生的，這種通過(guò)回收Z(yǔ)nO顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料具有***的WCA及疏水性。