超临界流体技术制备纳米材料的研究与展望_许群
超临界流体干燥法制备纳米ZrO_2粉体及其煅烧行为研究
的方 法 中， 化学共 沉 淀 法可 以精 确 控 制各 组分 的 含
量， 使不 同组分 之 间实 现分 子 、 原子 水 平上 的混合 。
１ 试 验
将 Ｚ ｏ １ ８ Ｏ 配 成 浓 度 约 为 ０ １ ｌＬ ｒ Ｃ ２・ Ｈ２ ． ７ｍｏ／
而且 ， 应物溶 液浓 度 高 ， 较 高 的粉 末产 出 比， 反 有 但
纳米 Ｚ Ｏ ｒ 材料 具 有 优 良的力 学 、 学 、 热 电学 、 光 学性 质 ， 功能 陶瓷 、 构 陶 瓷 、 子 陶瓷 、 感 在 结 电 传 器、 催化剂 和高温 固体 电解 质 等领 域 有 着广 泛 的应 用 ［］ １ 。要获得 高性 能 的纳米 Ｚ Ｏ 材 料 ， 须制 备 ｒ 必 高质 量 的 纳米 Ｚ Ｏ ｒ 粉体 。在 制 备 纳米 Ｚ Ｏ ｒ ：常 用
Ｎ ａ ｏ Ｚｒ ｗ ｄ ｒ ｆｅ ｔｉ ｉ ｉｉａ ． Ｗ ｉｈ ｔ ｅ ｉｃ ｅ ｓ ａ ｒ ａｔ ｅ ｅ ｐｅ ａ ｕｒ ｎｄ ｔｍ ｅ，ｐ ｎ — Ｏ２ｐｏ ｅ ｓ ｅｆ ｃ ｓｓｇｎｆｃ ｎｔ ｔ ｈ ｎ ｒ ａ ｅｏｆｈｅ ｔｔ ｅ ｍ ｎｔｔｍ ｒ ｔ ｅａ ｉ ｏｗｄ ｒ ｎ ｉｉ ｒ ｅｒｔａ ｓｔｏｎ ｆｏｍ ｔ
行 Ｔ Ｍ 和 ＸＲ Ｅ Ｄ分析 。结果表 明， 煅烧 温度和 煅烧 时间对 纳米 Ｚ Ｏ ｒ 粉 体性 能的影 响是显 著 的。随 着煅
烧 温 度 的提 高和 时 间 的延 长 ， 体 由 ｔ相 转 变 为 ｍ 相 ， 粒 尺 寸 逐 渐 增 大 ， 是 煅 烧 温 度 对 Ｚ Ｏ 相 组 成 粉 晶 但 ｒ 和晶粒尺 寸的影 响比 时间的影响更 大 。 关 键 词 ： 临界 流 体 干燥 ； 烧 行 为 ； 组 成 ； 超 煅 相 晶粒 尺 寸 ； 米 Ｚ ０ 纳 ｒ 粉 体
超临界流体中金属纳米材料的制备与应用
金属纳米材料的未来发展方向与挑战
金属纳米材料在能 源领域的应用与挑 战
在生物医学领域的 应用前景与挑战
在环保领域的应用 与挑战
在电子工业领域的 应用前景与挑战
超临界流体中金属纳米 材料的制备与应用
汇报人：XX
目录
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01
超临界流体的性质与特点
02
金属纳米材料的制备方法
03
超临界流体在金属纳米材 料制备中的应用
04
金属纳米材料的应用前景 与展望
05
添加章节标题
超临界流体的性 质与特点
超临界流体的定义
超临界流体是一种物质状态，当物质温度和压力达到一定值时，气态和液态之间的界限消失，成为超临界流体。
应用领域：生物医学、药物传递、 环境治理等领域。
添加标题
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添加标题
优点：环保、低成本、高效率、易 操作等。
未来发展：需要深入研究生物法的 作用机制和优化制备条件，提高金 属纳米材料的产量和纯度。
超临界流体中的制备方法
物理法：利用超临界流体的物 理性质，如高扩散性和低粘度， 制备金属纳米粒子
金属纳米材料的 应用前景与展望
金属纳米材料在能源领域的应用
燃料电池：金属 纳米材料可以提 高燃料电池的效 率和稳定性
太阳能电池：金 属纳米材料可以 增强太阳能电池 的光吸收和光电 转换效率
储能技术：金属 纳米材料可以用 于电池、超级电 容器等储能设备 的电极材料，提 高储能设备的性 能和寿命
热能转换：金属 纳米材料可以将 热能转换为电能， 为热能回收和利 用提供新的途径
金属纳米材料在环保领域的应用
污水处理：利用 金属纳米材料的 高效吸附和催化 性能，有效去除 水中的有害物质
超临界流体沉积法制备纳米复合材料的开题报告
超临界流体沉积法制备纳米复合材料的开题报告一、选题背景随着科技的发展，复合材料在工业和科学领域中的应用越来越广泛。
纳米复合材料作为一种新型材料，因其独特的性质和广泛的应用前景备受关注。
超临界流体沉积法作为一种新兴的纳米复合材料制备技术，具有高效、节能、环保等优点。
本课题将重点研究超临界流体沉积法制备纳米复合材料的技术方法、制备工艺及其性能及应用。
二、研究目的1. 探究超临界流体沉积法制备纳米复合材料的原理与机理。
2. 系统研究超临界流体沉积法在制备纳米复合材料中的应用。
3. 研究超临界流体沉积法对纳米复合材料结构和性能的影响。
4. 探索超临界流体沉积法在纳米复合材料制备中的应用前景和发展趋势。
三、研究内容1. 超临界流体沉积法制备纳米复合材料的原理和机理。
2. 研究不同超临界流体沉积法在制备纳米复合材料中的应用。
3. 探究超临界流体沉积法对纳米复合材料结构和性能的影响。
4. 比较不同制备方法所得纳米复合材料的性能与应用前景。
四、研究方法1. 文献调研法：对近年来在超临界流体沉积法制备纳米复合材料领域的研究成果、应用案例进行分析，掌握纳米复合材料的制备方法和性能表现。
2. 实验研究法：采用不同的超临界流体沉积法制备不同结构和性能的纳米复合材料，探究超临界流体沉积法的优缺点以及其对纳米复合材料结构和性能的影响。
五、预期成果1. 确立超临界流体沉积法制备纳米复合材料的技术路线。
2. 探究超临界流体沉积法对纳米复合材料结构和性能的影响。
3. 分析比较不同制备方法所得纳米复合材料的性能与应用前景。
4. 指导复合材料的制备、应用和发展趋势。
六、研究意义1. 拓展超临界流体沉积法在制备纳米复合材料中的应用范围，丰富新型材料的品种。
2. 研究超临界流体沉积法在纳米复合材料制备中的应用前景及发展趋势，方便企业决策和研发方向。
3. 探究超临界流体沉积法对纳米复合材料结构和性能的影响，为制备更高性能的纳米复合材料提供理论和实验依据。
超临界流体技术在制备纳米药物载体中的应用研究
超临界流体技术在制备纳米药物载体中的应
用研究
纳米药物载体是指能够将药物精确送达目标组织或细胞的微小颗粒，并能控制
药物释放速率的载体。
随着纳米技术的发展，纳米药物载体在医学领域被越来越广泛的应用。
而超临界流体技术被认为是制备纳米药物载体的一种重要方法，因为它可以高效地制备纳米颗粒。
超临界流体技术是一种将介质（如气体或液体）压缩到超过其临界点压力至临
界点以上，但温度在临界点以下的方法。
这种方法可以改变物质的物理与化学性质，具有良好的可控性。
在医学领域，超临界流体技术已经被广泛应用于制备纳米药物载体。
超临界流体技术制备纳米药物载体的主要优点是制备的颗粒质量稳定，没有残
留的溶剂，不需要使用任何表面活性剂或稳定剂，提高了药物的纯度和制备效率。
超临界流体技术制备的纳米药物载体具有较小的颗粒大小、高度分散性和稳定性，从而可以极大地提高药物的生物利用度和效果。
超临界流体技术制备纳米药物载体的关键是选择合适的超临界流体和载体材料。
常用的超临界流体有二氧化碳、氦气、氮气等。
作为载体材料，聚乳酸、聚乙二醇、明胶、蛋白质等都被广泛应用。
此外，制备纳米药物载体时，还需要考虑药物的特性，如水溶性、疏水性、分子大小等因素。
除了制备纳米药物载体外，超临界流体技术还可以用于制备纳米药物，如超临
界流体制备纳米化某些抗菌药物、化学药物、激素等药物。
总之，超临界流体技术是制备纳米药物载体的一种有效方法，它具有高效、环保、可控等优点。
随着超临界流体技术的进一步发展，它在医学领域的应用将会被越来越广泛。
超临界流体技术在新材料合成中的应用研究
超临界流体技术在新材料合成中的应用研究超临界流体技术是一种在超临界条件下利用流体作为溶剂进行物质合成和处理的新兴技术。
它具有独特的溶解性能和操作灵活性，在新材料合成领域有广泛的应用前景。
本论文将介绍超临界流体技术的原理和优势，并通过具体实例展示其在新材料合成中的应用研究。
一、超临界流体技术的原理和优势超临界流体是指在临界点以上温度和压力范围内的流体，它具有介于气体和液体之间的特性，具有高扩散性、低黏度、可调节的溶剂性能等优势。
超临界流体技术利用这些特性，在超临界条件下进行物质的合成、提取和纯化等工艺过程。
超临界流体技术的优势主要体现在以下几个方面：1.广泛的溶解性能：由于超临界流体的可调节溶剂性能，可以溶解各种不同性质的物质，包括有机物、无机物、生物大分子等。
这使得超临界流体技术在新材料合成中具有广泛的应用范围。
2.高效的质量传递：超临界流体的高扩散性和低黏度可以提供更高的质量传递速率，使得反应过程更加快速和高效。
这有助于提高反应的产率和选择性，从而提高新材料的合成效率。
3.温和的操作条件：超临界流体的操作条件相对温和，通常处于常温常压范围内。
相比于传统的有机溶剂合成方法，超临界流体技术可以避免高温高压对反应物质的不可逆性改变和副反应的发生，保持材料的原始性质和结构。
4.可持续的环境性能：超临界流体技术采用CO2等可再生的无机溶剂，对环境的影响较小。
与传统的有机溶剂合成方法相比，超临界流体能够减少有机废料的产生，具有更高的环境可持续性。
二、超临界流体技术在新材料合成中的应用研究1.纳米材料的合成：纳米材料具有独特的光电、磁性和力学性质，广泛应用于催化、传感、光电子器件等领域。
超临界流体技术可以通过控制反应温度、压力和溶剂性能等参数，实现纳米材料的合成和控制生长，进一步调控材料的尺寸、形貌和结构等性能。
2.有机-无机杂化材料的制备：有机-无机杂化材料具有有机和无机材料的优点，可用于光伏材料、储能材料和催化剂等方面。
SBA-15纳米复合材料超临界制备技术的开题报告
Ag（Cu）/SBA-15纳米复合材料超临界制备技术的开题报告开题报告题目：Ag（Cu）/SBA-15纳米复合材料超临界制备技术研究一、研究背景与意义SBA-15介孔材料是一种具有很高孔隙度和可调控孔径的新型介孔材料，被广泛应用于催化、吸附、分离等领域。
与此同时，纳米金属材料由于其优异的电、磁、光性质，在化学催化、能源领域等也有广泛应用。
因此，将介孔材料与纳米金属材料复合，可使复合材料同时具有介孔材料和纳米材料的优点。
超临界流体技术是当前制备纳米材料领域中的一项重要技术，该技术利用超临界流体的特殊性质，制备出具有优异性能的纳米材料。
本研究将介绍利用超临界流体技术，制备Ag（Cu）/SBA-15纳米复合材料的方法和工艺，研究其制备条件对复合材料结构和性能的影响，为进一步优化复合材料性能提供理论依据。
二、研究内容和方法研究内容：1.制备Ag（Cu）/SBA-15纳米复合材料，分析其理化性质。
2.研究超临界流体工艺条件对Ag（Cu）/SBA-15纳米复合材料结构和性能的影响。
3.探究Ag（Cu）/SBA-15纳米复合材料在催化反应中的应用性能。
研究方法：1.制备Ag（Cu）/SBA-15纳米复合材料。
利用超临界流体技术，通过改变流体工艺条件（温度、压力、流率等），制备出不同结构和性能的Ag（Cu）/SBA-15纳米复合材料，利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等技术，分析其形貌、结构、晶体结构等信息。
2.研究超临界流体工艺条件对Ag（Cu）/SBA-15纳米复合材料性能的影响。
通过改变超临界流体工艺条件，研究其对复合材料比表面积、孔径、分散性、催化性能等的影响。
3.探究Ag（Cu）/SBA-15纳米复合材料在催化反应中的应用性能。
利用复合材料催化反应降解某种化学物质，测量反应速率等反应性能指标，评估Ag（Cu）/SBA-15纳米复合材料的催化性能。
三、预期成果1.制备出具有优异性能的Ag（Cu）/SBA-15纳米复合材料。
超临界流体技术在新能源材料制备中的应用
超临界流体技术在新能源材料制备中的应用超临界流体技术是指将液体和气体的性质结合起来，在高压和高温条件下，使物质的性质变得类似于液体和气体的中间状态。
这种技术具有调控微观结构、改善化学反应条件、提高产物纯度等优点，因此在新能源材料制备领域具有广阔的应用前景。
一、超临界流体技术在太阳能电池材料制备中的应用太阳能电池是目前最为主流的新能源利用技术之一，而光伏材料的研发则是太阳能电池技术发展的关键。
超临界流体技术可应用于太阳能电池材料的制备过程中，有助于提高材料的光电转换效率和稳定性。
例如，在染料敏化太阳能电池的制备中，超临界流体技术可以用于染料的合成和提纯过程，以及敏化剂的浸渍过程，从而提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率和稳定性。
二、超临界流体技术在聚合物材料制备中的应用聚合物材料在新能源领域中具有广泛的应用，如锂离子电池的电解质膜、聚合物太阳能电池的活性层等。
超临界流体技术可用于聚合物材料的制备和修饰过程。
例如，在锂离子电池的电解质膜制备中，超临界流体技术可以用于聚合物溶液的混合、去溶剂化和膜的制备过程，以提高电解质膜的导电性和机械强度。
三、超临界流体技术在氢能源材料制备中的应用氢能源是未来清洁能源的重要发展方向之一，超临界流体技术在氢能源材料制备中发挥了重要作用。
例如，在储氢材料的制备中，超临界流体技术可以用于改变材料的孔隙结构、提高氢气吸附容量和热稳定性。
此外，超临界流体技术还可用于氢气的提纯和储存过程中，提高氢气的纯度和储存密度。
四、超临界流体技术在纳米材料制备中的应用纳米材料具有优异的物理、化学和光学性能，因此在新能源材料制备中有着广泛的应用潜力。
超临界流体技术可以用于纳米材料的合成和表面修饰过程。
例如，在金属纳米颗粒的合成中，超临界流体技术可以通过调控反应条件和溶剂特性，控制金属纳米颗粒的尺寸、形状和分散性，从而实现对纳米材料性能的精确调控。
总结而言，超临界流体技术在新能源材料制备中具有广泛的应用前景。
超临界流体制备纳米金属颗粒的研究
超临界流体制备纳米金属颗粒的研究纳米技术，是一门对物质特性的研究，其研究范围可以涉及到从单个分子到宏观量级的材料。
超临界流体制备纳米金属颗粒是一种非常重要的技术，因为它可以通过控制粒径和分散度得到纳米颗粒，同时还能够控制纳米颗粒的形态、晶型和表面活性。
一、超临界流体技术超临界流体技术是指当温度和压力超过某一阈值后，物质从气态和液态相中转变成一个新的状态。
由于超临界流体具有很高的扩散性、流动性和能量传递性，同时具有液态物体的密度和气态物体的运动特性，因此在化学、材料、新药研发等领域都具有广泛的应用。
二、超临界流体制备纳米金属颗粒的原理超临界流体制备纳米金属颗粒的原理是通过液相载体中的溶解度和物质的质量转移功能，将金属前驱体直接在超临界介质中还原成金属纳米粒子。
超临界条件下，溶液的介电常数和表面张力都很低，颗粒之间的相互作用力很小，因此粒径、分散度和形态可以更好地控制和调控。
三、超临界流体制备纳米金属颗粒的应用超临界流体制备纳米金属颗粒的应用广泛，特别是在材料、催化、电子、生物医学等领域。
比如在电子领域，采用超临界流体还原法可以制备高性能的纳米电子器件，因为它可以精确控制纳米颗粒的形态、尺寸和分散度，从而提高电子器件的性能；在催化领域，制备的纳米催化剂比传统催化剂更具有活性和选择性，因为纳米催化剂具有更大的比面积和更好的形状选择性；在生物医学领域，纳米金属颗粒由于其生物相容性和低毒性，因此可以用于癌症治疗、生物探针和分子成像等方面。
四、超临界流体制备纳米金属颗粒的未来发展超临界流体制备纳米金属颗粒的未来发展前景非常广阔，主要有以下几个方面：一是控制纳米金属颗粒的晶形和形态；二是控制纳米金属颗粒的表面结构、组成和表面化学性质；三是进一步降低纳米金属颗粒的成本，提高生产效率；四是研究超临界流体技术在其他领域的应用，比如在纳米材料、能源、环境、食品、制药等方面的应用。
总之，超临界流体制备纳米金属颗粒是一种非常有前途的技术，可以为材料和电子器件、催化剂和生物医学领域提供更好的性能和效率。
超临界流体技术在制备新型材料中的应用
超临界流体技术在制备新型材料中的应用随着科技的不断发展，人类对于新型材料的需求不断增加。
传统的材料制备方法显得越来越受限，需要更加高效、环保的新技术来满足市场的需求。
而超临界流体技术就是一种非常有潜力的新型材料制备技术。
那么，什么是超临界流体技术呢？超临界流体技术是一种通过改变某些物质的温度、压力等条件使其达到超临界状态的制备新型材料的技术。
这种状态下的物质既具有气态的扩散性，又具有液态的溶解能力。
在超临界状态下，物质的扩散性和溶解能力都达到了极限，这为新型材料的制备提供了极大的可能性。
在超临界流体技术的应用中，超临界流体被用作新型材料的载体和反应介质。
在高温高压、无剧毒等环保条件下，通过控制超临界流体的物理和化学特性，可以实现材料结构的准确调控和表面的修饰。
超临界流体技术在制备新型材料方面的应用形式多样，以下是其中一些较为重要的领域。
一、超临界流体技术在生物医学领域的应用超临界流体技术可以在高温高压条件下，将生物大分子打破成单体或小分子，从而实现高效、无毒的医用药物的制备。
超临界流体技术还可以用于微米和纳米颗粒的制备，在生物诊断、生物传感和组织工程等领域中有广泛的应用。
二、超临界流体技术在能源领域的应用超临界流体技术可以在低温、低压下实现对煤、油、天然气等化石燃料的绿色提取和转化，以及对可再生能源如太阳能、风能等的开发。
超临界流体技术还可以在锂、钙等金属离子电池制备中起到非常重要的作用。
三、超临界流体技术在材料制备领域的应用超临界流体技术可以用于制备金属、陶瓷、聚合物等材料，可制备出具有多孔性、特殊形态、高结晶度、高纯度和高比表面积的材料，并可对材料的形貌、结构和性能进行精确调控。
四、超临界流体技术在化工领域的应用超临界流体技术可以用于制备各种高分子材料，如聚苯乙烯、聚乙烯、聚合酰亚胺、聚酰胺、聚四氟乙烯等；还可用于制备有机分子、药物和精细化学品。
而且，这种方法可以避免有害溶剂的使用，减轻对环境造成的污染。
超临界流体技术在纳米颗粒制备中的应用研究
超临界流体技术在纳米颗粒制备中的应用研究超临界流体技术是利用超临界流体的物理性质进行化学反应、萃取、分离等研究的一种方法。
超临界流体的特点是介于气态和液态之间，具有高弥散性、低粘度、低表面张力等性质，因此可在一定条件下发挥神奇的效果。
纳米颗粒的制备是纳米科技领域的一大难点，超临界流体技术在纳米颗粒制备中的应用研究正在引起越来越多的关注。
一、超临界流体技术在纳米颗粒制备中的应用超临界流体技术在纳米颗粒制备中有着广泛的应用领域，如制备纳米银、纳米氧化物、纳米碳材料等。
利用超临界流体的特点，可以控制粒子尺寸、形状和分散性能，且制备过程中无需使用有害溶剂，具有环保、快速、高效的优势。
例如，在纳米银的制备上，超临界流体技术得到了越来越多的应用。
传统的制备方法需要使用有毒的还原剂和稳定剂，而使用超临界流体代替有害溶剂可以实现纳米银的高效制备，同时避免了环境污染和毒性对健康的影响。
这种方法还可以制备不同尺寸和形状的纳米银颗粒，为纳米科技的应用提供了重要的支持。
二、超临界流体技术在纳米颗粒制备中的优势1. 环保使用超临界流体制备纳米颗粒是更环保的方法。
因为其无需使用有害的溶剂，而是使用超临界流体作为反应介质。
超临界流体的物理性质决定了其具有温和的反应条件，因此可以实现无需使用有毒的溶剂和稳定剂的纳米颗粒制备过程，从而便于环境保护和生态平衡。
2. 高效超临界流体相较于传统反应体系有着更快的反应速率和更快的反应动力学。
超临界流体中分子的扩散性能比传统反应体系中的分子扩散性能更好，能够提高反应速率和温和的反应条件。
3. 粒子分散性好超临界流体的物理特性优势在于其高弥散性能和低表面张力。
因此，当利用超临界流体制备纳米颗粒时，颗粒会变得粘性更强，分散性更好。
这将有利于提高纳米颗粒的稳定性和精确性，并减少纳米粒子的聚集。
三、结论超临界流体技术在纳米颗粒制备中的应用研究可以为纳米科技的发展提供重要支持。
超临界流体技术的优势在于其环保、高效、粒子分散性好。
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收稿:2006年9月,收修改稿:2006年10月 ＊通讯联系人 e -mail :qunxu @zzu .edu .cn超临界流体技术制备纳米材料的研究与展望许 群＊ 倪 伟(郑州大学材料科学与工程学院 郑州450052)摘 要 纳米科技是人们普遍关注的重要领域,而纳米材料充当其中的基础性角色。
本文介绍了在新兴绿色环保介质———超临界流体中纳米材料的合成及其制备,涉及范围包括从准零维纳米微粒到三维纳米材料,从无机纳米材料到有机聚合物纳米材料。
其中不仅介绍了超临界流体中纳米材料的制备方法,同时也包括制备过程中超临界流体特殊性质,如溶胀、塑化和低表面张力所起的重要作用,并对超临界流体技术在纳米材料制备中的应用前景进行展望。
关键词 超临界流体 纳米材料 制备中图分类号:TB383 文献标识码:A 文章编号:1005-281X (2007)09-1419-09Nanomaterials Preparation in the Supercritical Fluid S ystemXu Qun ＊ Ni W ei(College of Materials Science and Engineering ,Zhengzhou University ,Zhengzhou 450052,China )A bstract The development of nano science and technology will produce a deep and essential revolution of science and technology .During this process ,nanomaterials will play an important and fundamental role .This paper gives an overview on a ne wly arisen green and environmentally friendly solvent ,supercritical fluid and its application in the pr eparation pr ocess of nanomaterials from semi -zer o -dimensional particles to three -dimensional materials and from inor ganic nanomaterials to organic polymeric nanomaterials .Not only different methods about supercritical C O 2used in nanomaterials preparation are introduced ,but also the unique properties of supercritical CO 2and its advantages during the pr eparation process ,such as swelling effect ,plasticizing effect and low surface tension ,etc .,are also referred .In addition ,the potential applications of supercritical fluids in nanomaterial fabrications in the future are expected .Key words supercritical fluid (SCF );nanomaterials ;preparations1 纳米材料的概述纳米科学技术是20世纪80年代末产生的一项正在迅猛发展的新技术,是指由若干分子或原子构成的单元———纳米基元制造材料或微型器件的科学技术,具有在纳米尺度衡量、操纵和组织物质的能力。
它包括对物质的架构单元逐个原子、逐个分子和逐个纳米结构加以控制,来获得创新的纳米尺度性质和功能,以及将纳米尺度结构集成大尺度,但内部的控制和构造仍保持在纳米尺度的物质组合和系统构造。
纳米材料是指任一维的尺寸达到100nm以下的材料(1992年国际纳米材料会议)。
从狭义上说,它是有关原子团簇、纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜、纳米管和纳米固体材料的总称;从广义上看,纳米材料应该是晶界等显微构造达到纳米尺寸水平的材料。
纳米材料的材质可以是金属或非金属;相结构可以是单相或多相;原子排列可以是晶态或非晶态。
纳米材料按维数可分为4类:(1)准零维,如纳米尺度的颗粒、原子团簇等;(2)一维,如纳米丝、纳米棒和纳米管等;(3)二维,如超薄膜、多层膜和超晶格等;(4)三维纳米材料以及织态复合材料等。
当物质进入纳米级别,其在催化、光、电和热力第19卷第9期2007年9月化 学 进 展PR OGRESS I N C HE MISTRYVol .19No .9 Sep .,2007学等方面都出现特异性,这种现象被称为“纳米效应”。
纳米材料具有普通材料所不具备的3大效应: (1)小尺寸效应———其光吸收、电磁、化学活性、催化等性质发生很大变化;(2)表面效应———在催化、吸附等方面具有常规材料无法比拟的优越性;(3)宏观量子隧道效应,例如纳米微粒表现出令人难以置信的奇特的宏观物理特性,如高强度和高韧性,高热膨胀系数、高比热容和低熔点,异常的导电率和磁化率,极强的吸波性,高扩散性,以及高的物理、化学和生物活性等。
纳米尺度不仅仅是向小型化方向前进的一步,从本质上来说是一种新的尺度,其新的性质受到量子力学、小型结构的材料吸附特性、大的面间容积率以及其它独特的性质、现象和过程支配,许多现有的描述物质在微观尺度上的理论将不足以描述纳米尺度上的新现象。
可以预见纳米科学技术将导致在理解和创造材料、装置和系统的方式方法上的戏剧性变化,甚至可能带来根本性的科学进步。
纳米技术已经抓住了科学家、工程师和经济学家的想象力,这是由于其潜在的社会意义,它将引领经济、电子、化工、制造、医药保健和环保等领域的重大变化。
2 超临界流体技术及超临界C O2的优势超临界流体(SC F)是指在临界温度和临界压力之上的流体,具有黏度低,密度大,较好的流动、传质、传热等特性。
超临界流体对状态参数的改变十分敏感,温度和压力的微小变化就会使流体的性质发生较大的改变,不仅是其溶剂化性能的改变,也包括其介电性能等物理化学性能的改变。
超临界流体所具有的可调节性以及低的表面张力,优异的表面润湿性能、高扩散性都使得其成为合成和制备纳米材料潜在的良好介质。
研究最为广泛的是超临界二氧化碳,因为其不燃、本质上无毒、价廉环保。
由于使用了二氧化碳,工商业中溶剂的排放已大大降低,例如在表面喷涂、聚合物发泡和干洗等领域[1]。
二氧化碳的“绿色”性质使之成为很多新应用的推动力,例如聚合反应中作有机溶剂的替代品[2—4]、加氢催化和氧化反应的介质[5,6]、生物催化的介质[7],以及作为合成反应中原材料[8]的应用等。
此外超临界二氧化碳的相对惰性使其可作为忌水、氧等活泼组分的优选介质,同时其又有相对的活性,可以参与重要的碳固化反应。
多数聚合物不溶于二氧化碳,这使得其可以作为材料加工所需的介质。
由于二氧化碳分子体积小并且呈线形,使得其向聚合物的扩散比几乎其它任何溶胀剂或塑化剂都要快。
调节二氧化碳的压力可以控制聚合物的溶胀程度,进而控制聚合物分子链的运动。
聚合物经溶胀或塑化后可以大幅提高插嵌速率,可以作为插嵌染料、药物和金属有机物前驱体[9]的基质,并且释放二氧化碳也不会使插嵌在玻璃刚性基质中的试剂带出。
同时由于其在释放过程中化学势能梯度容易控制,也由于其较低的表面张力,使得溶剂的去湿得以避免,保证了产品的原始结构形态。
同时超临界二氧化碳有对小分子和非极性聚合物较好的溶解性,因此在反应结束后对杂质的分离、产品的纯化和组分(如催化剂等)的回收,特别是作为热敏性物质的分离纯化都有很好的效果。
3 超临界流体中纳米材料的制备纳米材料的制备方法甚多。
目前,制备纳米材料中最基本的原则有二:一是将大块固体分裂成纳米微粒;二是由单个基本微粒聚集,并控制聚集微粒的生长,使其维持在纳米尺寸。
按照纳米微粒的制备原理,纳米材料的制备方法总体上可以分为物理方法和化学方法。
本文重点介绍超临界二氧化碳在纳米材料制备中的应用。
3.1 纳米微粒的制备3.1.1 快速膨胀法制备纳米材料超临界溶液快速膨胀(rapid expansion of supercritical solutions,RESS)法的原理是:将溶有制备纳米材料所需溶质的超临界流体(SCF)溶液快速膨胀降压,使该溶液在极短的时间内达到高度过饱和状态,从而使溶质以颗粒形态析出。
由于RE SS法是基于超临界二氧化碳(SCCO2)的快速膨胀引发相分离,因此其成核速率主要依赖于降压速率的影响。
如果我们从广义的溶剂范围考虑,就可以用不同极性、不同电性、不同密度的溶剂和抗溶剂来实现对相分离的连续控制,从而实现对成核速率和尺寸的控制,进而控制产品的微观尺寸和形态。
更为复杂的体系,例如多重溶剂或添加稳定剂或其它表面助剂都有利于产品的稳定和对产品微观形态更好的控制。
同时我们发现很多不同维数和不同结构的纳米材料的制备都依赖于相分离原则。
因此我们主张淡化对溶剂三态严格区分而强调多重溶剂的综合效能的发挥以及对相分离和成核的多因素,例如温度、压力、外场及流体动力学等方面的协同控制。
3.1.2 超临界抗溶剂法制备纳米材料超临界抗溶剂过程(supercritical anti-solvent·1420·化 学 进 展第19卷pr ocesses,SAS)的基本原理为:高压CO2在许多有机溶剂中溶解度很大,溶解的C O2使有机溶剂发生膨胀,其内聚能显著降低,溶解能力降低,从而形成结晶或无定型沉淀。
由于成核的推动力是过饱和度,金属盐的水合反应生成金属氧化物的溶解度相对较小,因此根据常规的成核理论,在溶液中可形成细微粒。
超临界二氧化碳为制备金属氧化物纳米微粒提供了极好的反应介质,控制SCC O2的溶解参数(例如密度、温度、压力和介电性能等)可以更好地控制过饱和过程,从而更好地控制产品形态。
同时利用超临界二氧化碳,可以在过程中减少甚至避免传统溶剂的使用,并且其优良的传质性能对制备尺寸和分布受控的微粉化颗粒都有很好的效果,如利用该方法制备了Zn(Ac)2和富勒烯(C60)[10,11]。
Reverchon 等[12]应用基于超临界流体的两项技术———超临界流体抗溶剂沉淀技术和超临界流体辅助原子化技术(supercritical assisted atomisation,SAA)制备出了分散的Red-60色素微粒。