納米材料的制備方法

1、納米材料的制備方法納米材料納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度圍或由它們作為根本單元構(gòu)成的晶體，非晶體、準晶體以及界面層構(gòu)造的材料，這大約相當于10-100個原子嚴密排列在一起的尺度1。納米材料大致可分為納米粉末零維，納米纖維一維，納米膜二維，納米塊體三維，納米復(fù)合材料，納米構(gòu)造等六類。2納米材料的物理化學(xué)性質(zhì)不同于微觀原子、分子，也不同于宏觀物體，納米介于宏觀世界與微觀世界之間。納米材料的特殊構(gòu)造使得它具有特殊的力學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等特殊的性能。這些有益的性能讓納米材料的研究空前熾熱?，F(xiàn)在，納米材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用領(lǐng)域。比方納米疏水涂料可以用來制成衣服、汽車玻璃膜等，這樣衣服不

2、會濕，汽車玻璃也不會在下雨天模糊了；再如納米吸波材料，可以作為隱身戰(zhàn)機的涂層，配合特殊的氣動布局能使戰(zhàn)機的雷達反射面積減小到幾平方厘米。納米材料的制備方法溶膠凝膠法溶膠-凝膠法是以無機物或金屬醇鹽做前驅(qū)體，在液相將這些原料均勻混合，并進展水解、縮合化學(xué)反響，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經(jīng)化，膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的凝膠，凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿了失去流動性的溶劑，形成凝膠。凝膠經(jīng)過枯燥、燒結(jié)固化制備出分子乃至納米亞構(gòu)造的材料可在低溫下制備純度高、粒度尺寸均勻的納米材料。在制備過程中無需機械混合，不易摻入雜質(zhì)，產(chǎn)品純度高。由于在溶膠-凝膠過程中，溶膠由溶液制得，化合物在分子級水平混合

3、，因此膠粒及膠粒間的化學(xué)成分完全一致，化學(xué)均勻性好；顆粒細，膠粒尺寸小于0.1叩；工藝、設(shè)備簡單。余家國等3用該法制備了銳鈦礦型TiO2納米粉體，甲基橙水溶液的光催化降解實驗說明，TiO2納米粉體的光催化活性明顯高于普通TiO2粉體。水解溶質(zhì)溶劑溶膠濕凝膠熱處理成品j干凝膠圖1溶膠-凝膠法的過程圖水熱合成法水熱合成法是通過高溫高壓在水溶液或蒸汽等流體中合成物質(zhì)，再經(jīng)別離和熱處理得到納米微粒。水熱條件下離子反響和水解反響可以得到加速和促進，使一些在常溫下反響速度很慢的熱力學(xué)反響，在水熱條件下可以實現(xiàn)快速反響。依據(jù)反響類型不同分為：水熱氧化、復(fù)原、沉淀、合成、水解、結(jié)晶等。該法制得的納米粒子純度高

4、、分散性好、晶形好且大小可控。2001年,亞棟等4以MnSO4和(NH4)25O8為原料，經(jīng)120c水熱處理10h,成功地合成出直徑40100nm長2.54.0叩的&MnO2納米線參加(NH4)O4那么合成了直徑520nm、長達510叩的o-MnO2納米線。分子束外延技術(shù)分子束外延是一種新的晶體生長技術(shù)，簡記為MBE。其方法是將半導(dǎo)體襯底放置在超高真空腔體中，和將需要生長的單晶物質(zhì)按元素的不同分別放在噴射爐中也在腔體。由分別加熱到相應(yīng)溫度的各元素噴射出的分子流能在上述襯底上生長出極薄的可薄至單原子層水平單晶體和幾種物質(zhì)交替的超晶格構(gòu)造。分子束外延主要研究的是不同構(gòu)造或不同材料的晶體和超晶格的生

5、長。該法生長溫度低，能嚴格控制外延層的層厚組分和摻雜濃度，但系統(tǒng)復(fù)雜，生長速度慢，生長面積也受到一定限制。它推動了以半導(dǎo)體超薄層微構(gòu)造材料為根底的新一代半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)的開展。圖2MBEGaAs-AlxGa-xAs原理圖5反相膠束法反相膠束是依靠外表活性劑使水在油滴中穩(wěn)定存在，液滴的直徑由水的體積控制。存在少量水時，外表活性劑在有機溶劑中形成了大量的聚集體，聚集體的形狀和大小與外表活性劑的類型、濃度、溶劑和水量等密切相關(guān)。一般來說，聚集體大都呈球形或橢球形。LinSongLi等在水溶液體系，采用反相膠束法制備了PMAO包裹的CdS納米粒子，5X10-4M的PMAO氯仿溶液40ml和1X10-3M

6、的CdC2水溶液40ml混合，超聲振蕩5min,室溫靜置半小時，發(fā)生相別離，有機相變?yōu)槿榘咨?，水相變?yōu)闊o色，將有機相轉(zhuǎn)到燒瓶中，向燒瓶中逐滴參加CH3CSNH2氯仿溶液，強烈攪拌45h,乳白色的反相膠束變成無色，由于CH3CSNH2逐漸水解產(chǎn)生H2s氣體，生成被PMAO包裹的CdS納米粒子氯仿溶液。反相膠束法制備納米粒子具有粒徑小且可控，粒徑分布窄且呈單分散狀態(tài)等優(yōu)點;但是，也存在著粒子難與溶液別離，且別離后易聚結(jié)的缺點。機械球磨法在眾多的制備方法中,機械球磨的方法具有工藝過程簡單,易于大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點。這一方法在制備普通金屬基復(fù)合材料時已得到了廣泛應(yīng)用,其制備工藝已十分成熟6。機械合金化是指

7、金屬或合金粉末在高能球磨機過粉末顆粒與磨球之間長時間劇烈地沖擊、碰撞，使粉末顆粒反復(fù)產(chǎn)生冷焊、斷裂，導(dǎo)致粉末顆粒中原子擴散，從而獲得合金化粉末的一種粉末制備技術(shù)。球磨過程中，大量的碰撞現(xiàn)象發(fā)生在球粉末球之間，被捕獲的粉末在碰撞作用下發(fā)生嚴重的塑性變形，使粉末受到兩個碰撞球的“微型鍛造作用。球磨產(chǎn)生的高密度缺陷和納米界面大大促進了SHS反響的進展，且起了主導(dǎo)作用。反響完成后，繼續(xù)機械球磨，強制反復(fù)進展粉末的冷焊-斷裂-冷焊過程，細化粉末，得到納米品。激光加熱蒸發(fā)法激光加熱蒸發(fā)法的原理是以激光為快速加熱源，使氣相反響物分子部很快地吸收和傳遞能最，在瞬間完成氣相反響的成核和長大，從而制備出人們所需要

8、的納米材料。7化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積是一種制備材料的氣相生長方法，它是把一種或幾種含有構(gòu)成薄膜元素的化合物、單質(zhì)氣體通入放置有基材的反響室，借助空間氣相化學(xué)反響在基體外表上沉積固態(tài)薄膜的工藝技術(shù)。根本過程如下:反應(yīng)氣體到達基材表面反應(yīng)氣體被基材表面吸附在基材表面產(chǎn)生化 * *. 一-r-形核生成物從其材本面脫離生成物從基 材表面擴散圖3化學(xué)氣相沉積的根本過程用化學(xué)氣相沉積法制備的納米微粒具有反響活性高、工藝可控和過程連續(xù)等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于特殊復(fù)合材料、原子能反響堆材料、刀具和微電子材料等領(lǐng)域。8磁控濺射磁控濺射的工作原理是指電子在電場的作用下在飛向基片過程中與氬原子發(fā)生碰撞，使其電離產(chǎn)生出

9、氬離子和新的電子；新電子飛向基片，氬離子在電場作用下加速飛向陰極靶，并以高能量轟擊靶外表，使靶材料發(fā)生濺射。在濺射粒子中，中性的靶原子或分子沉積在基片上形成薄膜，而產(chǎn)生的二次電子會受到電場和磁場作用，產(chǎn)生漂移，其運動軌跡近似于一條擺線。假設(shè)為環(huán)形磁場，那么電子就以近似擺線的形式在靶外表做圓周運動，它們的運動路徑不僅很長，而且被束縛在靠近靶外表的等離子體區(qū)域，并且在該區(qū)域中電離出大最的氬離子來轟擊靶材，從而實現(xiàn)了高的沉積速率。隨著碰撞次數(shù)的增加，二次電子的能量消耗殆盡，逐漸遠離靶外表陽，并在電場的作用下最終沉積在基片上。磁控濺射法具有設(shè)備簡單，成膜速率高，基片溫度低，膜的黏附性好，膜層與基材的結(jié)

10、合力強、鍍膜層致密、均勻，可實現(xiàn)大面積鍍膜等優(yōu)點。納米材料的應(yīng)用現(xiàn)在，納米材料已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，包括：納米瓷材料利用納米技術(shù)開發(fā)的納米瓷材料是利用納米粉體對現(xiàn)有瓷進展改性，通過往瓷中參加或生成納米級顆粒、晶須、晶片纖維等，使晶粒、晶界以及他們之間的結(jié)合都到達納米水平，使材料的強度、韌性和超塑性大幅度提高。納米復(fù)合材料納米復(fù)合材料是以樹脂、橡膠、瓷和金屬等基體為連續(xù)相，以納米尺寸的金屬、半導(dǎo)體、剛性粒子和其他無機粒子、纖維、納米碳管等改性劑為分散相，通過適當?shù)闹苽浞椒▽⒏男詣┚鶆蛐缘胤稚⒂诨w材料中，形成含有納米尺寸材料的復(fù)合體系，這一體系材料稱之為納米復(fù)合材料。納米材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用9

11、納米粒子比紅血球(69m)小得多，可以在血液中自由運動，利用納米粒子研制成機器人,注入人體血管,可以對人體進展全身安康檢查和治療疏通腦血管中的血栓,去除心臟動脈脂肪沉積物等,還可吞噬病毒,殺死癌細胞。在醫(yī)藥方面,可在納米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品,納米材料粒子將使藥物在人體的傳輸更為方便。納米材料在催化劑方面的應(yīng)用催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反響時間、提高反響效率和反響速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)歷進展，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費，使經(jīng)濟效益難以提高，而且對環(huán)境也造成污染。納米粒子外表活性中心多，為它作催化

12、劑提供了必要條件。納米粒子作催化劑，可大大提高反響效率，控制反響速度，甚至使原來不能進展的反響也能進展。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反響速度提高1015倍。納米微粒作為催化劑應(yīng)用較多的是半導(dǎo)體光催化劑。以四氯化鈦為原料，在冰水浴下，將TiCl4溶于水后，參加酸化的硫酸銨溶液，升溫至90恒溫1h后，用氨水中和至pH約等于8，過濾、洗滌、枯燥，即可得二氧化鈦粉體。銳鈦礦相氧化鈦納米晶表現(xiàn)出更高的催化活性10。參考文獻1小兵,競超.納米粒子和納米材料J.塑料,1999,28(1):19-222王世敏,許祖勛等.納米材料制備技術(shù)M.:化學(xué)工業(yè),2002.3余家國，修建.TiO2納米粉體的溶膠-凝膠工藝制備和光催化活性表征J.中國粉體技術(shù),2000,6(2):6-10.4周菊紅，王濤等.水熱法合成一維納米材料的研究進展J化學(xué)通報,2021,7(9):5115孔梅影,分子束外延半導(dǎo)體納米材料M.：中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所,1998,55-566谷萬里.機械球磨法制備Ti3SiC2/Al納米復(fù)合