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(dú)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(jí)時(shí)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(dú)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(jī)材料因具有特殊的電、光、機(jī)械和熱性質(zhì)而受到人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾暋Ｃ绹?991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(xiàng)目和研究機(jī)構(gòu)都把納米材料和納米技術(shù)列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目。由于納米材料的形貌和尺寸對(duì)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(jí)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(duì)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(kuò)散途徑，導(dǎo)致了高擴(kuò)散率，它對(duì)蠕變，超塑性有顯著影響，并使有限固溶體的固溶性增強(qiáng)、燒結(jié)溫度降低、化學(xué)活性增大、耐腐蝕性增強(qiáng)。

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(shí)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(qiáng)度——硬度、高擴(kuò)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(qiáng)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(hù)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(jí)。有文獻(xiàn)報(bào)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(shí)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(dòng)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(shí)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(diǎn)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(jī)溶劑具有獨(dú)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(dòng)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(shí)間等條件對(duì)納米花的形貌和晶相結(jié)構(gòu)有很重要的影響。他們證實(shí)這些納米花由直徑60nm—80nm的納米線構(gòu)成隨老化時(shí)間的增加這些納米線會(huì)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(duì)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(gè)高溫高壓的環(huán)境從而進(jìn)行實(shí)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