納米材料合成制備及應(yīng)用的進(jìn)展

1、納米材料合成制備及應(yīng)用的進(jìn)展納米材料合成制備及應(yīng)用的進(jìn)展（學(xué)院（學(xué)院四川四川攀枝花攀枝花617000）摘要摘要:本文介紹了納米材料的性質(zhì)及幾種納米材料的物理和化學(xué)制備方法納米材料的應(yīng)用和前景展望。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:納米材料物理方法化學(xué)方法納米技術(shù)應(yīng)用Nanomaterialssynthesizedpreparationapplicationprogress（UniversityPanzhihuaSichuan617000）Abstract：

2、ThispaperintroducesthepropertiesofnanomaterialsofnanomaterialsseveralphysicalchemicalpreparationmethodsTheapplicationofnanomaterialsperspectives.KeyWds：NanomaterialsPhysicalmethodsChemicalmethodsNanotechnologyapplication

3、引言引言納米材料和納米科技被廣泛認(rèn)為是二十一世紀(jì)最重要的新型材料和科技領(lǐng)域之一。早在二十世紀(jì)60年代英國化學(xué)家Thomas就使用“膠體”來描述懸浮液中直徑為1nm100nm的顆粒物。1992年《NanostructuredMaterials》正式出版標(biāo)志著納米材料學(xué)成為一門獨立的科學(xué)。納米材料是指任意一維的尺度小于100nm的晶體、非晶體、準(zhǔn)晶體以及界面層結(jié)構(gòu)的材料。當(dāng)粒子尺寸小至納米級時其本身將具有表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、小尺寸

4、效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)這些效應(yīng)使得納米材料具有很多奇特的性能。自1991年Iijima首次制備了碳納米管以來一維納米材料由于具有許多獨特的性質(zhì)和廣闊的應(yīng)用前景而引起了人們的廣泛關(guān)注。納米結(jié)構(gòu)無機材料因具有特殊的電、光、機械和熱性質(zhì)而受到人們越來越多的重視。美國自1991年開始把納米技術(shù)列入“政府關(guān)鍵技術(shù)”我國的自然科學(xué)基金等各種項目和研究機構(gòu)都把納米材料和納米技術(shù)列為重點研究項目。由于納米材料的形貌和尺寸對其性能有著重要的影響因此納米材

5、料形貌和尺寸的控制合成是非常重要的。作為高級納米結(jié)構(gòu)材料和納米器件的基本構(gòu)成單元(Bui1dingBlocks)納米顆粒的合成與組裝是納米科技的重要組成部分和基礎(chǔ)。本文簡單綜述了納米材料合成與制備中常用的幾種方法并對其優(yōu)劣進(jìn)行了比較。一、納米材料的性質(zhì)、納米材料的性質(zhì)納米材料高度的彌散性和大量的界面為原子提供了短程擴散途徑，導(dǎo)致了高擴散率，它對蠕變，超塑性有顯著影響，并使有限固溶體的固溶性增強、燒結(jié)溫度降低、化學(xué)活性增大、耐腐蝕性增強。

6、因此納米材料所表現(xiàn)的力、熱、聲、光、電磁等性質(zhì)，往往不同于該物質(zhì)在粗晶狀態(tài)時表現(xiàn)出的性質(zhì)。與傳統(tǒng)晶體材料相比，納米材料具有高強度——硬度、高擴散性、高塑性——韌性、低密度、低彈性模量、高電阻、高比熱、高熱膨脹系數(shù)、低熱導(dǎo)率、強軟磁性能。這些特殊性能使納米材料可廣泛地用于高力學(xué)性能環(huán)境、光熱吸收、非線性光學(xué)、磁記錄、特殊導(dǎo)體、分子篩、超微復(fù)合材料、催化劑、熱交換材料、敏感元件、燒結(jié)助劑、潤滑劑等領(lǐng)域。氣相法包括蒸發(fā)冷凝法、溶液蒸發(fā)法、深度

7、塑性變形法等。蒸發(fā)冷凝法是在真空或惰性氣體中通過電阻加熱、高頻感應(yīng)、等離子體、激光、電子束、電弧感應(yīng)等方法使原料氣化或形成等離子體并使其達(dá)到過飽和狀態(tài)然后在氣體介質(zhì)中冷凝形成高純度的納米材料。Takaki等在惰性氣體保護下利用氣相冷凝法制備了懸浮的納米銀粉。杜芳林等制備出了銅、鉻、錳、鐵、鎳等納米粉體粒徑在30nm—50nm范圍內(nèi)可控。魏勝用蒸發(fā)冷凝法制備了納米鋁粉。溶液蒸發(fā)法是將溶劑制成小滴后進(jìn)行快速蒸發(fā)使組分偏析最小一般可通過噴霧干

8、燥法、噴霧熱分解法或冷凍干燥法加以處理。深度塑性變形法是在準(zhǔn)靜態(tài)壓力的作用下材料極大程度地發(fā)生塑性變形而使尺寸細(xì)化到納米量級。有文獻(xiàn)報道Φ82mm的Ge在6GPa準(zhǔn)靜壓力作用后再經(jīng)850℃熱處理納米結(jié)構(gòu)開始形成材料由粒徑100nm的等軸晶組成而溫度升至900℃時晶粒尺寸迅速增大至400nm。2.1.3磁控濺射法與等離子體法濺射技術(shù)是采用高能粒子撞擊靶材料表面的原子或分子交換能量或動量使得靶材料表面的原子或分子從靶材料表面飛出后沉積到基

9、片上形成納米材料。在該法中靶材料無相變化合物的成分不易發(fā)生變化。目前濺射技術(shù)已經(jīng)得到了較大的發(fā)展常用的有陰極濺射、直流磁控濺射、射頻磁控濺射、離子束濺射以及電子回旋共振輔助反應(yīng)磁控濺射等技術(shù)。等離子體法是利用在惰性氣氛或反應(yīng)性氣氛中通過直流放電使氣體電離產(chǎn)生高溫等離子體從而使原料溶液化合蒸發(fā)蒸汽達(dá)到周圍冷卻形成超微粒。等離子體溫度高能制備難熔的金屬或化合物產(chǎn)物純度高在惰性氣氛中等離子法幾乎可制備所有的金屬納米材料。以上介紹了幾種常用的納

10、米材料物理制備方法這些制備方法基本不涉及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)因此在控制合成不同形貌結(jié)構(gòu)的納米材料時具有一定的局限性。2.2化學(xué)制備方法2.2.1溶膠—凝膠法溶膠—凝膠法的化學(xué)過程首先是將原料分散在溶劑中然后經(jīng)過水解反應(yīng)生成活性單體活性單體進(jìn)行聚合開始成為溶膠進(jìn)而生成具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠。Stephen等利用高分子加成物(由烷基金屬和含N聚合物組成)在溶液中與H2S反應(yīng)生成的ZnS顆粒粒度分布窄且被均勻包覆于聚合物基體中粒徑范圍可控制在2

11、nm5nm之間。MarcusJones等以CdO為原料通過加入Zn(CH3)2和S[Si(CH3)3]2制得了ZnS包裹的CdSe量子點顆粒平均粒徑為3.3nm量子產(chǎn)率(quantumyieldQY)為13.8%。2.2.2離子液法離子液作為一種特殊的有機溶劑具有獨特的物理化學(xué)性質(zhì)如粘度較大、離子傳導(dǎo)性較高、熱穩(wěn)定性高、低毒、流動性好以及具有較寬的液態(tài)溫度范圍等。即使在較高的溫度下離子液仍具有低揮發(fā)性不易造成環(huán)境污染是一類綠

12、色溶劑。因此離子液是合成不同形貌納米結(jié)構(gòu)的一種良好介質(zhì)。Jiang等以BiCl3和硫代乙酰胺為原料在室溫下于離子液介質(zhì)中合成出了大小均勻的、尺寸為3μm—5μm的Bi2S3納米花。他們認(rèn)為溶液的pH值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等條件對納米花的形貌和晶相結(jié)構(gòu)有很重要的影響。他們證實這些納米花由直徑60nm—80nm的納米線構(gòu)成隨老化時間的增加這些納米線會從母花上坍塌最終形成單根的納米線。趙榮祥等采用硝酸鉍和硫脲為先驅(qū)原料以離子液為反應(yīng)介質(zhì)合成了

13、單晶Bi2S3納米棒。2.2.3溶劑熱法溶劑熱法是指在密閉反應(yīng)器(如高壓釜)中通過對各種溶劑組成相應(yīng)的反應(yīng)體系加熱使反應(yīng)體系形成一個高溫高壓的環(huán)境從而進(jìn)行實現(xiàn)納米材料的可控合成與制備的一種有效方法。Lou等采用單源前驅(qū)體Bi[S2P(OC8H17)2]3作反應(yīng)物用溶劑熱法制得了高度均勻的正交晶系Bi2S3納米棒且該方法適于大規(guī)模生產(chǎn)。Liu等用Bi(NO3)3?5H2O、NaOH及硫的化合物為原料甘油和水為溶劑采用溶劑熱法