纳米材料的制备及应用研究
无机纳米材料的制备与性能研究
无机纳米材料的制备与性能研究随着纳米科技的快速发展，无机纳米材料逐渐成为材料科学领域的研究热点。
无机纳米材料具有优异的物理、化学和光电性能，广泛应用于电子、光电、能源、催化等领域。
因此，研究无机纳米材料的制备与性能对于推动科技创新和工业发展具有重要的意义。
一、制备方法无机纳米材料的制备方法多种多样，常用的方法包括溶胶-凝胶法、热分解法、溶剂热法、水热合成法等。
其中，溶胶-凝胶法是一种常用的制备无机纳米材料的方法。
它通过溶胶得到溶液，通过凝胶化得到固体材料，再通过热处理得到纳米材料。
该方法制备的纳米材料具有良好的均一性和较低的晶粒尺寸，可以通过控制制备条件来调控纳米材料的形貌、尺寸和结构。
此外，热分解法也是一种常用的制备无机纳米材料的方法，它通过将金属有机化合物或无机盐在高温下分解生成纳米颗粒。
该方法制备的纳米材料具有较小的尺寸和高度分散性，适用于高温稳定性较差的材料。
二、性能研究无机纳米材料的性能研究是研究者关注的重点之一。
首先，其物理性能是研究的核心。
无机纳米材料具有较大的比表面积和尺寸效应，导致其物理性能的巨大变化。
比如，金属纳米颗粒具有更好的导电性和导热性；非金属纳米材料如氧化物、碳化物具有优异的光学、电学和磁学性能。
此外，无机纳米材料的力学性能也是研究的关注点之一，研究其强度、硬度、韧性等力学性能有助于预测材料的应用性能和寿命。
其次，无机纳米材料的化学性能也是研究的重点。
无机纳米材料与环境中的气体、液体和化学物质之间的相互作用对其性能和稳定性具有重要影响。
例如，金属纳米颗粒可以用作催化剂，其催化活性与表面化学反应有着密切的关系。
因此，研究无机纳米材料的催化性能、电化学性能和光催化性能对于设计更高效、环境友好的催化剂具有重要意义。
最后，无机纳米材料在能源领域的应用也备受关注。
以太阳能和储能技术为例，无机纳米材料具有优异的光吸收和电子传输特性，可用于光伏电池和电化学储能器件。
研究无机纳米材料在能源转换和储能中的应用，探索其在太阳能电池、燃料电池、超级电容器等领域的性能和稳定性是研究的重要方向之一。
纳米材料制备技术及其应用前景分析
纳米材料制备技术及其应用前景分析随着科学技术的不断进步，纳米材料制备技术也得到了快速发展，成为当今材料科学领域最具前景的研究方向之一。
由于纳米材料具有很多独特的物理和化学性质，因此在多个领域有着广泛的应用前景。
本文将从制备技术和应用前景两个方面分析纳米材料的发展。
一、纳米材料制备技术1.概述纳米材料的制备技术主要包括两种：物理方法和化学方法。
物理方法主要指的是在高能场下将大尺寸材料形成纳米材料的方法，包括靶溅射、蒸发冷却、气相凝聚、微流控制等；而化学方法则是指通过化学反应制备纳米材料的方式，包括凝胶法、水热合成、溶胶-凝胶法等。
2.制备技术的优缺点物理方法制备纳米材料具有简单、快速、低成本等优点，适用于大规模工业生产。
但是，由于其对于原材料和设备有很高的要求，需要较为先进的技术支持，因此在真正的应用中面临一些困难。
而化学方法则可以制备具有晶体结构和表面形貌较为完美的纳米材料，具有制备粒径更小、精度更高等优点。
当然，也存在着某些化学试剂对于环境和人体健康的潜在风险等缺点。
3.纳米材料制备技术的发展方向随着生物、医学、工程等领域的不断发展，对纳米材料的制备技术提出了更高的要求。
近年来，高效、低耗、绿色的纳米材料制备技术不断涌现，例如生物硅素法、微波辅助法等，这些新的制备方法被认为是未来的发展方向。
二、纳米材料的应用前景1.生物医药作为纳米医学的重要组成部分，纳米材料在生物医药领域有着广阔的应用前景。
一方面，纳米材料可以在药物输送、诊断、治疗等方面发挥重要作用。
例如，利用纳米材料包裹药物，可以增强药物在体内的稳定性，缩小对于健康组织的毒副作用；同时，也可以通过纳米材料制作成诊断手段，以达到早期诊断、有效治疗的目的。
另一方面，纳米材料可以在细胞和组织修复、生物成像等方面应用，例如用具有导电性、导磁性、荧光等特性的纳米材料标记细胞以及组织成像。
2.环境保护在环境保护方面，纳米材料可以被应用于水净化、空气净化、储油等领域。
纳米材料的制备与应用
纳米材料的制备与应用一、纳米材料的概述纳米材料是一种材料，具有尺寸在1-100纳米之间的特征长度。
这种材料的尺寸介于分子和宏观物体之间，其物理、化学和生物性质通常与大尺寸材料不同。
纳米材料的制备和应用已成为当今世界的研究热点。
二、纳米材料的制备1.物理法纳米材料制备的常用物理方法有磁控溅射、激光蒸发、物理气相沉积、雾化法、溶胶凝胶法等。
这些方法根据不同技术可以得到形状、大小和分布范围不同的纳米材料。
2.化学法纳米材料制备的常用化学方法有水热法、微乳液法、胶体化学方法、反相微乳液法、溶剂辅助提纯法、等离子体法、水相合成法等。
这些方法通过控制反应条件，例如pH值、温度和反应物浓度，可以得到形状、大小和分布范围不同的纳米材料。
三、纳米材料的应用1.电子学在电子学领域，由于纳米材料的特殊性质，例如高比表面积、电子传输性能、磁性、光敏等性质，因此纳米材料被广泛用于新型存储器、柔性触控屏幕、LED、飞行器等领域。
2.医学在医学领域，纳米材料被广泛用于生物成像、肿瘤治疗、药物递送等方面。
纳米药物可以改善药物的溶解性和生物可利用性，减少药物剂量和治疗时间，减轻患者的负担，同时还可以通过对纳米材料表面的修饰来实现更好的针对性。
3.能源纳米材料在能源领域的应用包括太阳能、储能、催化、燃料电池等。
例如，纳米颗粒可以改善材料的热稳定性和热导率，从而提高太阳能电池的能量转化效率。
纳米材料还可以作为催化剂，提高燃料电池的性能和可靠性。
4.环保纳米材料在环保领域的应用包括污染物的分解、净化、检测等。
例如，纳米光催化材料可以利用光能将有机污染物降解为无害物质。
纳米材料还可以用于废水处理和大气污染物的检测。
四、纳米材料的风险纳米材料的广泛应用，同时也存在由于材料过小而难以理解和控制的风险。
例如，纳米材料可能对人体或环境产生负面影响，因为它们的尺寸可能允许它们进入人类体内，从而引起细胞毒性或免疫反应。
另外，纳米材料也可能对生态环境产生潜在影响，如可能对水生生物、土地和空气造成污染。
纳米晶体材料的制备与应用
纳米晶体材料的制备与应用纳米材料是指具有至少一个纬度在100纳米以内的结晶或非晶材料。
与传统的宏观材料相比，纳米材料具有较大的比表面积和更多的表面能量，具有很多奇特的物理、化学性质和应用特性。
尤其是纳米晶体材料，由于具有结晶短程有序性、断裂韧性等优秀性能，因此具有广阔的应用前景。
一、纳米晶体材料的制备制备纳米晶体材料的方法非常多样，可以按照材料的来源、制备方法、所用设备等不同方面进行分类。
以下是主要的制备方法。
1.气相沉积法该方法是通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等方法，使一定的金属、非金属等原子或分子在特定条件下沉积到固定基底上，形成纳米晶体材料。
该方法简单易操作，制备效率高，但需要掌握好参数条件，如工作压力、气体流量等。
2.湿法制备法湿法制备法又称为化学合成法，是利用水溶液或有机溶液中的化学反应，在液体中形成纳米晶体。
其具体方法有溶胶-凝胶法、反相微乳液法、沉淀法、水热法等。
这些方法普遍用于制备金属氧化物、金属复合物、半导体量子点等复杂形状的纳米晶体材料。
3.机械制备法机械制备法是指通过机械力学的方法制备纳米晶体材料，常见的方法有球磨法、高能球磨法、剪切法等。
该方法操作简单，成本较低，但制备时间较长，对设备有一定的要求，同时会带来机械能的消耗和磨损。
二、纳米晶体材料的应用1.制备催化剂纳米晶体材料具有较大的比表面积，使其在催化反应中具有更高的活性，可以提高催化效率，降低反应温度和反应时间。
目前，利用纳米晶体材料制备催化剂已成为当代重要的研究方向之一。
常见的纳米晶体催化剂有金属氧化物、金属复合物、碳材料等。
2.制备水净化材料水净化领域开发出了很多可控合成的纳米晶体材料，并取得了很好的应用效果。
其中，具有高效去除重金属离子、有机物、杂质离子等能力，且对水质不影响的纳米晶体材料越来越受到研究者的关注。
可用于饮用水净化、污水处理等环境水处理。
3.制备电子材料纳米晶体材料在电子材料领域的应用有着广阔的前景。
纳米材料的制备与应用研究
纳米材料的制备与应用研究第一章：绪论纳米材料作为一种全新的材料，其体积小于100纳米，表面积大，具有很高的比表面积，导致了很多独特的物理和化学性质，与宏观材料的性质截然不同，因而吸引了广泛的科学家们的关注。
纳米材料的制备和应用已经成为材料科学领域一个极为活跃的研究领域。
本论文将对纳米材料的制备与应用进行研究。
第二章：纳米材料制备技术2.1 物理法制备纳米材料2.1.1 氧化物流化床法2.1.2 激光气相沉积法2.1.3 慢化冻结技术制备氧化钛2.1.4 溅射法制备纳米结构的氮化硅2.2 化学法制备纳米材料2.2.1 水热法制备纳米结构2.2.2 溶胶凝胶法2.2.3 水溶液剂的微乳液法制备纳米银2.2.4 真空热蒸发法2.3 生物法制备纳米材料2.3.1 微生物制备法2.3.2 植物提取物制备法2.3.3 酶制备法第三章：纳米材料制备技术的应用3.1 纳米传感器3.1.1 恶性肿瘤细胞检测3.1.2 空气质量检测传感器3.1.3 重金属检测3.2 纳米药物3.2.1 肿瘤治疗3.2.2 心脑血管疾病治疗3.2.3 神经退行性疾病治疗3.3 纳米电子器件3.3.1 纳米存储器件3.3.2 纳米传输线第四章：纳米材料未来应用前景随着技术的不断进步，纳米材料将会在更多的领域得到应用。
未来，纳米材料有望在能源、信息技术、生物医学等领域创造更多价值。
尤其是在材料科学领域，纳米材料不仅可以替代某些传统材料，还能为科学领域带来全新的材料研制方案。
第五章：结论纳米材料的制备和应用是当前材料科学研究的热点之一。
纳米材料的制备技术非常多样化，包括化学法、物理法、生物制备法等，每种方法都有其独特的优点和适用范围。
纳米材料的应用领域也非常广泛，包括传感器、医药、电子器件等领域。
未来，纳米材料的应用前景非常广阔，特别是在材料科学领域。
新型纳米材料的制备和应用
新型纳米材料的制备和应用近年来，随着纳米科技的不断发展，新型纳米材料的制备和应用也获得了越来越多的关注。
这种材料具有许多独特的性能，如高比表面积、优异的光学、电学、磁学等性能，因此在许多领域具有重要的应用价值。
一、新型纳米材料的制备方法纳米材料最主要的特征是其尺寸在纳米级别，因此制备方法需要考虑到这一特点。
目前，主要的制备方法有物理法、化学法和生物法三类。
1. 物理法物理法制备纳米材料是利用特定的物理工艺对材料进行加工和处理，常用象形为高能球磨、惰性气体凝聚、溅射和电化学氧化等。
该方法具有制备稳定性好、污染小、易于操控等优点，被广泛应用于制备金属、半导体、氧化物等材料的纳米颗粒。
2. 化学法化学法制备纳米材料利用化学反应来控制材料的形态、结构、组成和尺寸，具有适应性强、制备范围广等优点。
该方法包括溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法、微乳液法等。
这些方法制备出的纳米材料粒度分布均匀、形貌多样、性质优异，广泛应用于催化、磁性、光学和生物医学等领域。
3. 生物法生物法利用生物分子或生态环境来调控制备纳米材料，具有可持续性、非污染性、不需要有机溶剂等特点，已经成为制备生物纳米材料的主流方法之一。
生物法比化学法需要更多的时间和劳动力，但其制备出的材料纯度高、稳定性好、成本便宜，是未来纳米材料制备的研究方向之一。
二、新型纳米材料的应用领域新型纳米材料在各个领域都有重要的应用，以下是一些常见的应用领域。
1. 电子学纳米材料因其独特的电学性能，成为发展下一代电子学技术的重要组成部分。
如金属纳米线、半导体量子点等，可以应用于电子器件、场发射显示器、新型太阳能电池等。
2. 催化剂与吸附剂纳米催化剂具有比表面积大、活性高等优点，因此在液相催化、气相催化等反应中有着广泛的应用。
纳米材料还可以作为吸附剂用于化石能源资源的提纯、空气净化等方面。
3. 医学纳米材料可应用于分子诊断、分子成像、基因治疗等方面，成为新一代生物医学的重要工具和研究对象。
纳米材料的研究和应用前景
纳米材料的研究和应用前景纳米材料是指尺寸在1至100纳米之间的材料，其具有越来越多的独特性质，因此在各种领域的研究和应用中表现出越来越重要的地位。
纳米材料的研究和应用前景也备受科技界的关注。
一、纳米材料的研究纳米材料的研究是一项充满挑战的任务，其需求集成化的技术手段，在材料的制备、测量和理论理解等过程中需要克服很多难点。
纳米材料的制备方法主要有以下几种：1. 溶胶-凝胶法这是一种基于有机溶剂和水相混合物制备单相溶胶的方法。
利用这种方法可以制备出从金属氧化物到氮化物等多种纳米材料。
2. 高温合成法这是通过高温和压力下直接合成具有纳米尺度的材料。
通过此方法可实现制备单晶纳米材料的目标。
3. 氧化-还原法这是一种基于氧化还原反应的制备方法。
在这种方法中，先将金属离子还原成金属原子，然后将其氧化成纳米颗粒。
二、纳米材料的应用前景纳米材料的应用前景十分广阔，其在电子、材料、医药、环保等领域都有着广泛的应用。
1. 电子领域由于纳米材料具有较小的尺寸和更高的表面积，所以可以用来制造更为先进的电子器件。
例如，利用纳米线阵列制造的太阳能电池能高效转换太阳光线成电能。
另一方面，利用纳米材料可以制造出较小尺寸的电子元件，如小型晶体管、纳米芯片等。
2. 材料领域纳米材料在材料领域也具有广泛的应用。
例如，纳米颗粒可以用作新一代的涂料，增强其耐久性和抗紫外线能力。
纳米银材料可以制成高效抗菌涂层，可以用在医疗、环境卫生等领域。
3. 医药领域纳米材料可以用来制造控释药物，大大减少药物对身体的副作用。
另外，纳米材料还可以制造出植入式生物器官，提高人造心脏的生物相容性和耐久度等。
4. 环保领域纳米材料在环保领域的主要应用是提取和处理废水中的化学污染物。
纳米材料具有较高的孔径、比表面积等特点，这些特点使纳米材料在处理污染物时效率更高、效果更好。
总之，纳米材料的研究和应用前景非常广泛，在未来的科技领域中将发挥越来越重要的作用。
人们需要不断的探索和研究纳米材料的独特性质，并利用这些特质来创造出更多实用的技术和产品。
纳米材料制备和应用技术
纳米材料制备和应用技术随着科技的进步，纳米材料的制备和应用技术越来越成熟，正在成为重要的技术领域之一。
纳米材料是指粒径小于百纳米的物质，具有很多特殊的物理、化学和生物学性质，并具有广泛的应用前景。
本文将介绍纳米材料的制备和应用技术的发展情况和现状。
一、纳米材料的制备技术1、传统制备方法传统制备方法主要包括物理法、化学法、生物法等。
物理法包括溅射法、光化学合成法、热蒸发法、机械合成法等，化学法包括溶胶凝胶法、水热法、组装法、电化学法等，生物法包括基因工程法、细胞工程法等。
这些方法虽然成本比较低，但是制备的纳米材料品质不稳定，品纯度低，且容易受到环境污染，不适用于一些高质量要求或特殊用途的纳米材料制备。
2、先进制备方法随着纳米材料制备和应用技术的发展，先进制备方法逐渐被广泛应用。
其中，纳米结构模板法、分子束外延法、激光化学气相沉积法、磁控溅射法、离子束沉积法等已经成为制备高品质、高稳定性、高纯度、高晶化度纳米材料的有效手段。
二、纳米材料的应用技术1、纳米材料在能源领域的应用纳米材料在能源领域的应用有着广泛的前景。
例如，利用纳米材料制备太阳能电池、燃料电池、超级电容器、锂离子电池等，不仅可以提高能量密度和电化学性能，更可以节约能源消耗和提高能源利用效率。
2、纳米材料在材料领域的应用纳米材料在材料领域的应用同样有着广泛的发展前景。
例如，利用纳米材料制备高强度、高韧性、高导电性、高导热性的材料，可以大幅提高机械强度、导电性、传热性等性能，为电子、光电、精密机械等领域提供高品质的材料选择。
3、纳米材料在医学领域的应用近年来，纳米材料在医学领域的应用愈发受到重视。
利用纳米材料制备生物传感器、纳米药物、纳米成像等，不仅可以提高治疗效果和生物检测灵敏度，更可以实现针对性治疗、高通量筛选等特殊功能。
三、纳米材料应用面临的挑战纳米材料的应用虽然在取得巨大成功的同时也面临着一些挑战。
例如，纳米材料对环境和人体的生态安全具有一定的潜在危害，纳米材料分散性、稳定性、可控性也有待进一步提高，纳米材料的现有制备和应用技术亟待研究，等等。
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纳米材料的制备及应用研究王 焕 英①(衡水师范专科学校化学系,河北衡水053000)摘 要:纳米材料是指颗粒尺寸在1～100nm的超细材料,由于其晶粒小,比表面积大,这就使其产生了块状材料所不具有的量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应、介电限域效应。
表现在纳米体系的光、热、电、磁等性质与常规材料不同,从而在工程材料、磁性材料、催化剂、计算机等方面有着广泛的应用。
纳米材料的制备方法主要分为3类:物理法、化学法和综合法。
相信随着科学研究的不断深入,会有更好更多的新制备方法出现,以满足人们的需要,纳米材料的应用会越来越广泛。
关键词:纳米材料;应用;制备方法中图分类号:T B383 文献标识码:A 文章编号:1008-6900(2002)02-0044-04 纳米材料是指颗粒尺寸在纳米量级(1～100 nm)的超细材料,是近几年来科学上的一项重大发现,其尺寸大于原子簇而小于通常的微粉,处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。
自从1984年G leit2 er等人关于纳米材料的报道以来,纳米材料以其优异的性能引起了人们的普遍关注,并引起了科学家们浓厚的兴趣。
美国著名物理学家、诺贝尔奖获得者R.P.Feynman曾说过:“如果我们得以在细微尺度上控制事物的话,毫无疑问,这将使材料所具有的物性范围大为扩充。
”科学家们把这种材料誉为“21世纪最有前途的材料”。
1 纳米材料的性质由于纳米材料的晶粒小,比表面积大,使得存在于晶粒表面无序排列的原子百分数远大于晶态材料中表面原子所占的百分数,从而使纳米粒子处于既无长程有序又非短程有序的状态,并且在同一纳米晶粒内还常存在各种缺陷,并有不同的亚稳相共存[1],纳米粒子的这种特殊结构造成了纳米材料特殊的性质。
1.1 表面效应表面效应是指纳米晶粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后,所引起的性质上的变化。
随着纳米晶粒的减小,表面原子百分数迅速增加。
由于表面原子周围缺少相邻的原子,有悬空键,具有不饱和性,很容易与其它原子结合,所以纳米晶粒减小的结果,导致其表面积、表面能及表面结合能都迅速增大,表现出很高的化学活性。
1.2 量子尺寸效应量子尺寸效应是指当微粒尺寸下降到一定值时,费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立能级,吸收光谱阈值向短波方向移动的现象。
例如,半导体纳米晶粒的电子态由宏观晶态材料的连续能带随着尺寸的减小过渡到具有分立结构的能级,表现在吸收光谱上就是从没有结构的宽吸收过渡到具有结构的吸收特性,并且其电子—空穴对的有效质量减小,电子和空穴能态所受的影响就更明显。
纳米材料中处于分立的量子化能级中的电子的波动性带来了纳米材料的一系列特殊性质,如高度光学非线性、特异性催化和光催化性质及强氧化性和还原性[1,2]。
1.3 宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势阱的能力称为隧道效应。
人们发现一些宏观量子如量子相干器件中磁通量以及电荷等也具有隧道效应,它们可以穿越宏观系统的势阱而产生变化,故称之为宏观的量子隧道效应。
用宏观量子隧道效应可以定性解释纳米镍晶粒在低第4卷 第2期2002年6月 衡水师专学报Journal of Hengshui N ormal C ollegeV ol.4,N o.2Jun.2002①收稿日期:2001-04-23作者简介:王焕英(1968-),女,河北武邑县人,衡水师专化学系讲师,在读硕士.温下可以继续保持超顺磁性的现象。
宏观量子隧道效应与量子尺寸效应一起确定了微电子器件进一步微型化的极限,也限定了采用磁带磁盘进行信息储存的最短时间。
1.4 介电限域效应随着纳米晶粒粒径的不断减小和比表面积不断增加,其表面状态的改变将会引起微粒性质的显著变化。
例如,当在半导体纳米材料表面修饰一层某种介电常数较小的介质时,相对于裸露于半导体纳米材料周围的其它介质而言,被包覆的纳米材料中电荷载体的电力线更易穿过这层包覆膜,从而导致它与裸露纳米材料的光学性质相比发生了较大的变化,这就是介电限域效应。
当纳米材料与介质的介电常数值相差较大时,使产生明显的介电限域效应。
纳米材料与介质的介电常数相关越大,介电限域效应就越明显,表现在光学性质上就表现出明显的红移现象。
介电限域效应越明显,吸收光谱红移也就越大。
除此之外,纳米材料还有其他的一些特性,具体表现在:(1)硬度高,可塑性强。
如普通陶瓷是脆性材料,而纳米二氧化钛陶瓷却是韧性材料,可以任意弯曲,塑性变性率达100%。
(2)磁化率高,矫顽力高。
纳米复合多层膜吸收效率比传统多晶材料提高十几个数量级。
(3)导电率高,扩散性好。
由于纳米材料具有量子隧道效应,使其中的电子运输反常,电阻率下降100倍以上,从而有很高的导电率。
例如晶粒尺寸为8nm的纳米铜的自扩散系数比普通铜增大109倍。
除此之外,纳米材料在相变温度、熔点、体积、光学性质、催化性质、烧结等许多方面也显示出与宏观晶体材料不同的特殊性能。
2 纳米材料的制备纳米材料的制备目前有3种分类方法[3]。
第1种是根据制备原料状态分为固相法、液相法及气相法。
第2种按反应物状态分为干法和湿法。
第3种分为物理法、化学法和综合法。
本文采用第3种分类方法介绍纳米材料的制备,重点介绍物理法和化学法。
2.1 纳米材料的物理制备2.1.1 机械球磨法该种方法是近年来发展起来的一种制备纳米材料的方法,主要适用于纯金属单质纳米材料的制备,是一种物理粉碎过程,是一个由大晶粒变为小晶粒的过程。
该方法操作简便,但产品纯度低,粒度分布不均匀,只适用于对材料要求不高,需求量大的纳米材料的制备。
2.1.2 激光气相合成法该种方法最早是20世纪80年代初由美国Hag2 gery等人首先提出。
该种方法是利用气相高能激光束来制备纳米粉体的一种有效方法,又分为激光蒸发、激光溅射和激光气相合成法。
主要用来制备金属、非金属及氧化物陶瓷纳米粉体材料。
目前用该法已合成出一批具有颗粒粒径小、不团聚、粒径分布窄等优点的超细粉。
该法产率高,是一种可行的方法,具有工业化应用前景[4]。
用激光气相法合成超细粉已经成为世界各国关注的高新技术领域。
2.1.3 惰性气体冷凝法该法是制备清洁界面的纳米粉体的主要方法之一。
其制备工艺过程为:在真空蒸发室内充入低压惰性气体,然后对蒸发源采用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体,原料气体分子与惰性气体原子碰撞凝聚形成纳米尺寸的团簇,然后骤冷。
惰性气体冷凝法制备工艺过程中无杂质污染,而且反应速度快,制备所得到的纳米材料纯度高,但其缺点是技术设备要求高,工业生产难以推广。
2.1.4 离子溅射法[5]该法是用两块金属作为阳极和阴极,阴极是蒸发用的材料。
制备时,在两极间充入惰性气体,一般用氩气,其压力在40～250Pa之间,两电极间施加的电压范围为0.3～1.5v。
两极间辉光放电产生氩离子,在电场的作用下,氩离子冲击阴极表面,使原子从表面蒸发出来形成超微粒子,并在附着表面上沉积下来。
粒子的大小与尺寸主要取决于两电极间的电压、电流和气体的压力。
用溅射法制备纳米粒子有如下优点:(1)可以制备多种纳米金属。
(2)可以制备多组元的化合物纳米粒子,如Al52T l48,Cu91 Mn9及Z rO2。
(3)如加大被溅射的阴极表面可提高纳米粒子的获得量。
2.1.5 其他物理制备方法据报导其他物理制备方法还有深度塑性变形法[6]、物理气相沉积技术和低能团簇束沉积技术等。
2.2 纳米材料的化学制备2.2.1 沉淀法该种方法是最常见的一种制备方法,分为直接沉淀法和共沉淀法。
直接沉淀法又称醇盐法,它是54第2期 王焕英 纳米材料的制备及应用研究 利用金属醇化物M(OR)n在醇中能溶解的性质制成醇盐的醇溶液,然后加水分解生成纳米级的氧化物或复合氧化物纳米粒子。
我们以BaT iO3纳米粒子的制备为例说明共沉淀法的制备过程。
该方法是向BaCl2和T iCl4的混合水溶液中滴入草酸,生成BaT iO(C2O4)・4H2O沉淀,然后将该沉淀物热分解即可得到BaT iO3纳米粒子。
两种方法相比,醇盐法制得的微粒纯度较高,杂质引入的可能性小。
2.2.2 溶胶-凝胶法该种方法制备工艺过程为:首先制备出金属化合物,然后金属化合物在适当的溶剂中溶解,经过溶胶、凝胶化过程而固化,再经低温热处理而得到纳米粒子。
该种方法在制备过程中反应物混合均匀,合成温度低,过程易控制,但也存在它的缺点。
该方法必须进行后处理才能得到纳米粒子,在后处理过程中易使材料发生团聚。
2.2.3 水热合成法“水热”一词的出现是在约100年前,起初是地质学中专门用来描述水在温度和压力共同作用下的自然过程,后来在化学过程中得到应用。
该种方法是在高温、高压下在水溶液中合成,然后经分离和后处理得到纳米粒子。
该法与溶胶-凝胶法相比,最大的优点是产物直接为晶态,不需高温烧结,因此颗粒团聚小,粒度均匀,形状规则。
2.2.4 化学气相沉积法[7](C VD)该种方法是利用气态物质在一定温度、压力下,在固体表面进行反应,生成固态沉积物,沉积物首先是纳米粒子,然后形成薄膜。
该种方法已广泛用于提纯物质,研制新晶体,沉积各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。
2.2.5 室温固相化学合成法室温、近室温固相化学反应是近几年刚发展起来的新研究领域,经过近几年的研究,已在合成化学中取得良好的应用。
固相化学反应和溶液中的化学反应一样,必须遵从热力学和动力学的限制和要求。
但它优于液相反应之处在于:该种方法不污染环境,是一种绿色合成方法。
它的另一大优点是:因为是室温反应,节省能源。
该种方法是将反应物放在一反应器中室温条件下进行研磨即可。
忻新泉[8]等研究小组已用该法合成出近百余种纳米材料及配合物。
2.2.6 其它化学制备方法常用的化学制备方法还有有机液相合成法[9],近来又出现了电弧蒸发法、脉冲电子沉积法、超临界流体的迅速扩张法、辐射合成法、模板合成法等。
2.3 综合法综合法就是其制备过程既不是单纯的物理方法,又不是单纯的化学方法。
该种方法往往对设备要求高,操作费用高,不宜于工业化生产,制备纳米材料很少使用。
纳米材料的制备方法还有很多,我们相信,随着人们研究的深入,在现有方法不断完善的基础上,将会有更多更好的新的制备方法出现。
3 纳米材料的应用3.1 工程材料纳米粒子在工程材料中应用很广,如可以烧结高熔点材料,制备有机及无机复合材料,还可以用于制备纳米陶瓷材料。
我们知道,普通的陶瓷是在高温高压下,使各种颗粒融合在一起,而纳米粒子由于粒径小,熔点低,相变温度低,在低温低压下也可制成性能优异的纳米陶瓷。
纳米陶瓷具有磁化率高、硬度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等性能。
用纳米材料还可制备透明氧化物陶瓷,在制作过程中采用高纯度纳米材料烧结,不仅可以减小陶瓷中的气孔率,而且可以使陶瓷基体相与相界的折射率尽可能地接近,减小光线散射的损失。