纳米金属氧化物的制备及应用研究的若干进展
纳米四氧化三铁的制备及应用的研究报告进展论文综述

目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Key words (1)前言 (1)制备方法 (2)1 固相法 (2)1.1 球磨法 (2)1.2 热分解法 (2)1.3 直流电弧等离子体法 (3)2 液相法 (3)2.1 沉淀法 (4)2.1.1 共沉淀法 (4)2.1.2 氧化沉淀法 (5)2.1.3 还原沉淀法 (5)2.1.4 超声沉淀法 (6)2.2 微乳液法 (6)2.3 水热法/溶剂热法 (7)2.4 水解法 (8)2.5 溶胶-凝胶法 (8)应用 (9)(一)生物医药 (9)(二)磁性液体 (9)(三)催化剂载体 (10)(四)微波吸附材料 (10)(五)磁记录材料 (10)(六)磁性密封 (10)(七)磁保健 (11)展望 (11)致 (11)参考文献 (12)纳米四氧化三铁的制备及应用的研究进展摘要:纳米Fe3O4粒子因其特殊的理化性质而在多个领域得到广泛的应用。
本文综述了纳米四氧化三铁的制备方法和应用领域,其中的制备方法主要有球磨法、沉淀法、微乳液法、水热法/溶剂热、水解法、氧化法、高温分解法和溶胶-凝胶法等,并讨论了纳米四氧化三铁的主要制备方法的优缺点,最后展望了纳米四氧化三铁的应用前景。
关键词:纳米四氧化三铁;制备方法;应用;进展Progress in Preparation and Application of Nano-iron tetroxideStudent majoring in Applied chemistry Name XXXTutor XXXAbstract: Nano-Fe3O4 particles because of their special physical and chemical properties and is widely used in many fields. In this paper, the preparation methods and applications of nano-iron oxide, one of the main methods for preparing milling, precipitation, microemulsion, hydrothermal method / solvent heat, hydrolysis, oxidation, pyrolysis and sol - gel method and discusses the advantages and disadvantages of the main method for preparing iron oxide nanoparticles, and finally the application prospect of nano-iron oxide. Key words: nano-iron oxide; preparation methods; application; progress前言纳米材料是指颗粒尺寸小于100nm的单晶体或多晶体,纳米微粒具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特性[1-2]。
纳米金属氧化物的制备及应用研究

纳米金属氧化物的制备及应用研究汪信陆路德综述了氧化物及复合氧化物纳米晶的各种制备方法及特点,重点介绍了有机配合物前驱体法-聚乙二醇法、明胶法和硬脂酸法制备氧化物纳米晶的原理、特点以及在磁性材料、电磁波吸收材料、催化剂和塑料改性方面的若干应用。
关键词:纳米材料氧化物软化学1复合氧化物纳米晶的制备方法传统的复合氧化物的制备通常是以固态的氧化物或金属碳酸盐为原料,球磨后经高温固相反应,再粉碎得到复合氧化物的粉体。
由于是高温反应,不仅制备的产物粒径大、分布宽,而且某些组分易于挥发或发生偏析,这种方法一般不宜用来制备纳米氧化物。
纳米复合氧化物的制备通常是采用软化学法,即通过反应原料的液相混合使各金属元素高度分散,从而可以在较低的反应温度和较温和的化学环境下制备纳米材料。
采用的方法主要有共沉淀法、溶胶-凝胶法、有机配合物前驱体法等。
1.1共沉淀法共沉淀法是液相化学反应合成金属氧化物纳米颗粒最早采用的方法。
沉淀法成本较低,但有如下问题:沉淀物通常为胶状物,水洗、过滤较困难;沉淀剂作为杂质易混入;沉淀过程中各种成分可能发生偏析,水洗时部分沉淀物发生溶解。
此外由于大量金属不容易发生沉淀反应,因此这种方法适用面也较窄。
1.2溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是另一类重要的制备纳米复合材料的方法。
该方法不仅可以用来制备无机氧化物纳米材料,还可以制备有机/无机的杂化复合材料。
传统的溶胶-凝胶法一般采用有机金属醇盐为原料,通过水解、聚合、干燥等过程得到固体的前驱物,最后再经适当热处理得到纳米材料。
由于采用金属醇盐为原料,使该方法成本较高。
由于凝胶化过程较慢,因此一般合成周期较长。
另外,一些不容易通过水解聚合的金属如碱金属较难牢固地结合到凝胶网络中,从而使得该方法制得的纳米复合氧化物种类有限。
1.3有机配合物前驱体法有机配合物前驱体法是另一类重要的氧化物纳米晶的制备方法。
其原理是采用容易通过热分解去除的多齿配合物,如柠檬酸为分散剂,通过配合物与不同金属离子的配合作用得到高度分散的复合前驱体,最后再通过热分解的方法去除有机配体得到纳米复合氧化物。
金属氧化物纳米材料的制备和性能研究

金属氧化物纳米材料的制备和性能研究引言:金属氧化物纳米材料由于其独特的结构和性能,已经成为材料科学领域研究的热点之一。
本文将从金属氧化物纳米材料的制备方法和性能研究两个方面展开讨论。
一、制备方法1. 化学沉淀法化学沉淀法是制备金属氧化物纳米材料常用的方法之一。
该方法基于化学反应,在溶液中引入金属离子和氧化剂,通过控制反应条件(如温度、pH值等),使得金属氧化物纳米颗粒逐渐生成。
这种方法操作简单,对多种金属离子适用,但得到的纳米材料分散性较差。
2. 水热法水热法是一种以水为介质,在高温高压条件下合成金属氧化物纳米材料的方法。
通过调节反应温度和压力,可以控制纳米材料的尺寸和形貌。
此外,水热法还能够实现杂质的控制和材料的功能化修饰。
这种方法灵活性较高,适用于多种金属氧化物的合成,但操作条件相对复杂。
3. 气相沉积法气相沉积法是一种在气氛中通过热解或化学反应合成金属氧化物纳米材料的方法。
通过调节反应温度、压力和反应气氛条件,可以控制纳米材料的尺寸和形貌。
由于该方法无需溶剂,因此得到的纳米材料纯度高。
然而,该方法在操作过程中的温度和气压控制要求较高。
二、性能研究1. 光学性能金属氧化物纳米材料在光学性能方面具有巨大潜力。
由于其尺寸效应和表面等离子共振效应,金属氧化物纳米材料在吸收光谱、荧光性能和光催化性能等方面表现出不同于宏观材料的特殊性质。
通过调控纳米材料的尺寸、形貌和组分,可以实现对光学性能的精确调控,应用于光电子器件、光催化剂等领域。
2. 电化学性能金属氧化物纳米材料在电化学性能方面也具有广泛应用前景。
金属氧化物纳米材料的电化学性能主要包括电导率、电容性能和储能性能等方面。
通过调控纳米材料的尺寸、形貌和表面结构,可以实现对电化学性能的调控,应用于超级电容器、锂离子电池等领域。
3. 磁学性能金属氧化物纳米材料在磁学性能方面也具有潜在应用。
由于尺寸效应和表面自旋极化效应的存在,金属氧化物纳米材料呈现出与宏观材料不同的磁学性质。
纳米材料的研究进展与应用

纳米材料的研究进展与应用随着科技的不断发展,纳米科技的应用范围也越来越广泛,纳米材料也成为科学研究领域的热点之一。
纳米材料指分子组成的金属或非金属材料中,至少存在一个微小的维度小于100纳米的物质。
纳米材料的细小尺寸使其具有许多特殊的物理、化学和生物学性质,因此在能源、电子、医学等领域有着广泛的应用前景。
一、研究进展1.合成方法目前,纳米材料的制备方法主要分为物理法和化学法两种。
物理法包括蒸发冷凝法、溅射法等,这些方法已经广泛应用于半导体材料和金属氧化物的合成;而化学法包括溶剂热法、水热法等,这些方法已经发展成为制备全新材料的有力工具,具有制备精度高、成本低等优点。
2.性质特点纳米材料的独特性质主要来源于其表面效应、量子效应和缺陷效应。
在表面效应方面,由于纳米材料的表面积较大,表面能就会比普通材料大,表面位错和表面尺寸效应对其性质的影响也将更加明显。
此外,纳米粒子的量子效应体现在其光学、电学等方面,例如量子点可以作为荧光探针等。
缺陷效应是纳米材料的另一个独特性质,在制备过程中容易产生氧化物等缺陷结构,这些结构能够影响其机械、热学等性质。
二、应用研究1.催化剂纳米材料是优异的催化剂,能够提高催化反应速率和选择性,提高催化效率,降低催化剂用量等。
例如,纳米金属催化剂可用于CO和H₂O反应生成CO₂和H₂,广泛应用于环保领域。
2.生物医学应用纳米材料在癌症治疗、药物输送、光疗、核磁共振成像、生物传感器等方面都有广泛的应用。
例如,纳米粒子通过改变表面功能化基团实现具有肿瘤特异性的分子靶向治疗,可较好地避免正常细胞的损伤。
3.能源储存在绿色能源和新能源研究中,纳米材料是很重要的研究方向。
例如,利用石墨烯、纳米碳管等纳米材料设计超级电容器、超级电池、锂离子电池等,可以提高能量密度和导电性能。
4.环保领域纳米材料还可应用于净水和废气处理等方面。
比如引入纳米银材料,能够有效杀灭细菌、减小污染物浓度。
纳米材料在环境净化领域的应用深受关注,并在实际中展现出良好的发展前景。
纳米相增强金属材料制备技术的研究进展及应用

纳米相增强金属材料制备技术的研究进展及应用【摘要】目前纳米技术应用广泛,在高强金属材料应用方面尤为突出。
本文针对现有主要几种纳米增强金属材料制备工艺方法进行概述并比较,讨论其优缺点。
最后还探讨了纳米相增强制备技术未来的发展趋势和改进方向,并对纳米结构材料应用领域和前景进行展望。
【关键词】纳米增强制备方法优缺点随着科技进步,各个领域对于相关材料的性能要求日益提高。
纳米增强技术是改善材料性能的重要方法之一,其在金属材料领域尤其应用广泛。
在电子、汽车、船舶、航天和冶金等行业对高性能复合材料需求迫切,选用最佳制备方法制备出性能更优良的纳米材料是当前复合材料发展的迫切要求。
1 纳米增强技术概述纳米相增强金属材料是由纳米相分散在金属单质或合金基体中而形成的。
由于纳米弥散相具有较大的表面积和强的界面相互作用,纳米相增强金属复合材料在力学、电学、热学、光学和磁学性能方面不同于一般复合材料,其强度、导电性、导热性、耐磨性能等方面均有大幅度的提高[1]。
1.1 机械合金化法机械合金化法(MA)是一种制备纳米颗粒增强金属复合材料的有效方法。
通过长时间在高能球磨机中对不同的金属粉末和纳米弥散颗粒进行球磨,粉末经磨球不断的碰撞、挤压、焊合,最后使原料达到原子级的紧密结合的状态,同时将颗粒增强相嵌入金属颗粒中。
由于在球磨过程中引入了大量晶格畸变、位错、晶界等缺陷,互扩散加强,激活能降低,复合过程的热力学和动力学不同于普通的固态过程,能制备出常规条件下难以制备的新型亚稳态复合材料。
1.2 内氧化法内氧化法(Internal oxidation)是使合金雾化粉末在高温氧化气氛中发生内氧化,使增强颗粒转化为氧化物,之后在高温氢气气氛中将氧化的金属基体还原出来形成金属基与增强颗粒的混合体,最后在一定的压力下烧结成型。
因将材料进行内氧化处理,氧化物在增强颗粒处形核、长大,提高增强粒子的体积分数及材料的整体强度,这样可以提高材料的致密化程度,且可以改善相界面的结合程度,使复合材料的综合力学性能得到提高。
纳米级金属氧化物催化剂的制备及应用研究

纳米级金属氧化物催化剂的制备及应用研究随着化学科研技术的不断发展,人们对新型材料的需求也与日俱增。
其中,纳米级金属氧化物催化剂被广泛应用于化学反应、环境治理和能源开发等领域。
本文将介绍纳米级金属氧化物催化剂的制备及应用研究进展。
一、纳米级金属氧化物催化剂的制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是制备纳米级金属氧化物催化剂的常用方法之一。
该方法的主要步骤包括溶解金属离子、加入表面活性剂、加入还原剂、沉淀并干燥等。
溶胶-凝胶法制备的催化剂具有高比表面积、粒径小、分散均匀等优点,因而被广泛地应用于催化反应中。
2. 水热法水热法是利用水蒸气的高温、高压条件下进行纳米级金属氧化物催化剂制备的一种方法。
该方法的主要步骤包括将金属离子和配体放入容器中,在加入一定量的水后,采用高温高压条件下进行反应,得到所需的纳米级金属氧化物催化剂。
3. 共沉淀法共沉淀法是一种简单的制备纳米级金属氧化物催化剂的方法。
该方法主要步骤包括将溶有不同金属离子的溶液混合,加入沉淀剂后,沉淀出所需的纳米级金属氧化物催化剂,并通过洗涤、干燥等步骤制得所需的纳米级金属氧化物催化剂。
二、纳米级金属氧化物催化剂的应用研究进展1. 催化剂在环境治理中的应用纳米级金属氧化物催化剂在环境污染治理中具有广阔的应用前景。
比如,氮氧化物(NOx)是一种常见的环境污染物,其在大气中的含量较高,容易形成酸雨和雾霾。
纳米级金属氧化物催化剂可以催化将氮氧化物转化为无害的氮气和水,从而降低大气污染。
2. 催化剂在能源开发中的应用纳米级金属氧化物催化剂在能源开发领域的应用十分广泛。
比如,利用纳米级金属氧化物催化剂可以将生物质转化为有价值的化学品和生物燃料;将太阳能转化为化学能;促进化学反应,提高能源利用效率等。
3. 催化剂在化学反应中的应用纳米级金属氧化物催化剂在化学反应中的应用也十分重要。
例如,在有机物合成中,常需要通过催化剂加快反应速率、降低反应温度、提高产率等。
研究化学气相沉积法制备纳米金属氧化物材料

研究化学气相沉积法制备纳米金属氧化物材料气相沉积法是指利用化学反应在气体相中使金属和非金属元素沉积在固体衬底上形成化合物或混合物制备材料的一种方法。
由于其简单、高效和可控性强等优点,气相沉积法应用广泛,在研究和制备纳米金属氧化物材料方面也有很好的效果。
一、气相沉积法的分类气相沉积法可以分为化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)和分子束外延(MBE)等几种不同的技术。
其中,CVD是一种化学反应通过气体相转化成固体相的沉积过程,通过制备不同的反应气体来实现沉积,因此使用广泛。
PVD是一种利用物理方法来制备材料的沉积过程,采用的技术有磁控溅射、电子束蒸发等方式。
MBE是指在低压下将分子束瞄准到衬底上,从而形成薄膜或多层薄膜的一种技术,主要用于制备半导体和超导体材料。
二、CVD制备纳米金属氧化物材料CVD制备纳米金属氧化物材料是一种高效的方法,因为该法可以得到非常均匀的薄膜,而且只需用较低的压力就可以完成沉积过程。
CVD制备纳米金属氧化物材料是利用气相反应来形成薄膜的一种方法。
反应气体中的引发剂在高温下分解为化学物质,而金属原子则会从引发剂分解产生出的气态中被携带并继续反应,从而最终在衬底表面形成纳米金属氧化物薄膜。
该方法的主要优势在于可以合成高质量、均匀分布的纳米材料,且可以控制纳米颗粒的大小和形状。
三、制备过程中的参量控制在进行CVD制备纳米金属氧化物材料的过程中,需要控制的一些基本参数如下:1. 反应温度:温度是影响反应性的主要因素之一。
通常反应的温度越高,会促进反应的进行,并且可以得到更大尺寸的纳米粒子。
2. 反应压力:压力可以有效提高反应速率,并控制纳米材料的大小和形状。
通常情况下,压力越高,可以得到更小、更均匀、更高度晶化的纳米颗粒。
3. 气相注入速率:气体注入速率可以控制反应的速率和纳米粒子的分布。
4. 反应气体浓度:反应气体的浓度可以控制材料的化学成分和纳米颗粒的大小。
总之,CVD制备纳米金属氧化物材料是一种高效、可控、均匀的方法,具有广泛的应用前景。
纳米金属氧化物

纳米金属氧化物
纳米金属氧化物是一类具有纳米级粒径的金属氧化物材料,它们因其独特的物理和化学性质而在多个领域有着广泛的应用。
具体如下:
1. 种类多样:包括纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化铈、纳米氧化铁等。
2. 制备方法:这些纳米材料的制备方法多种多样,如水热合成法、溶胶-凝胶法、模板法、溶液喷射法、直接发泡法等。
3. 应用领域:纳米金属氧化物在污水治理、空气净化、储能、隔热等领域有着广泛的应用。
它们通常具有优异的催化性能,可以作为催化剂或催化剂载体使用。
4. 结构特点:一些纳米金属氧化物具有独特的连续多孔网络结构,这种结构不仅保留了金属氧化物的化学性质,还赋予了材料优异的物理性能。
5. 研究进展:近年来,科学家们还提出了一些新的制备策略,例如利用前驱体热膨胀形成的气泡作为软模板辅助制备二维金属氧化物,并同步在纳米片上生成大量介孔,这种方法可以一步法成功制备出高结晶度、厚度均一、高比表面积的均相金属氧化物纳米材料。
6. 性能调控:调控金属氧化物纳米材料的形貌对于调变其性能、拓展其应用空间具有重要意义。
因此,研究者们不断探索新的合成方法和条件,以获得具有特定形貌和性能的纳米金属氧化物。
综上所述,纳米金属氧化物是一类非常重要的纳米材料,其不仅在科学研究中占有重要地位,而且在工业和技术应用中也展现出巨大的潜力。
随着科学技术的发展,人们对这类材料的理解和应用能力将不断提升,从而推动相关领域的进步和创新。
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纳米金属氧化物的制备及应用研究的若干进展汪信陆路德综述了氧化物及复合氧化物纳米晶的各种制备方法及特点,重点介绍了有机配合物前驱体法-聚乙二醇法、明胶法和硬脂酸法制备氧化物纳米晶的原理、特点以及在磁性材料、电磁波吸收材料、催化剂和塑料改性方面的若干应用。
关键词:纳米材料氧化物软化学分类号:O611.12Progress of Preparation and Applications of Metal Oxide NanocrystallinesWANG Xin LU Lu-De(Materials Chemistry Laboratory, Nanjing University of Science and Technology,Nanjing210094)The preparative methods of nanostructured metal oxides are reviewed. Particularly the principles and features of the organic coordination precursor methods, including polyethylene glycol, gelatin and stearic acid methods, are discussed. The oxide nanocrystals has been used as magnetic and microwave-absorbing materials, catalysts and strengthening fillers for modification of plastics.Keywords: nanostructured material oxide soft chemistry一九七八年十月我们有幸作为文革后第一批研究生来到南京大学配位化学研究所学习。
开学不久,戴安邦教授为全体研究生作了题为“无机化学的进展”的学术报告,把我们带入了内容极为丰富的科学领域。
虽然我们离开南京大学已有多年,虽然戴先生今年已离我们而去,但他的学术思想、治学态度和为人品格无时无刻都在影响着我们,是我们进步的一种动力。
十多年来我们一直把从南京大学学到的知识和理工科大学的教学、科研结合起来,取得了一些成果,下面主要介绍一些无机纳米材料的研究工作。
1 复合氧化物纳米晶的制备方法传统的复合氧化物的制备通常是以固态的氧化物或金属碳酸盐为原料,球磨后经高温固相反应,再粉碎得到复合氧化物的粉体。
由于是高温反应,不仅制备的产物粒径大、分布宽,而且某些组分易于挥发或发生偏析,这种方法一般不宜用来制备纳米氧化物。
纳米复合氧化物的制备通常是采用软化学法,即通过反应原料的液相混合使各金属元素高度分散,从而可以在较低的反应温度和较温和的化学环境下制备纳米材料。
采用的方法主要有共沉淀法、溶胶-凝胶法、有机配合物前驱体法等。
1.1 共沉淀法共沉淀法是液相化学反应合成金属氧化物纳米颗粒最早采用的方法。
沉淀法成本较低,但有如下问题:沉淀物通常为胶状物,水洗、过滤较困难;沉淀剂作为杂质易混入;沉淀过程中各种成分可能发生偏析,水洗时部分沉淀物发生溶解。
此外由于大量金属不容易发生沉淀反应,因此这种方法适用面也较窄。
1.2 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是另一类重要的制备纳米复合材料的方法。
该方法不仅可以用来制备无机氧化物纳米材料,还可以制备有机/无机的杂化复合材料。
传统的溶胶-凝胶法一般采用有机金属醇盐为原料,通过水解、聚合、干燥等过程得到固体的前驱物,最后再经适当热处理得到纳米材料。
由于采用金属醇盐为原料,使该方法成本较高。
由于凝胶化过程较慢,因此一般合成周期较长。
另外,一些不容易通过水解聚合的金属如碱金属较难牢固地结合到凝胶网络中,从而使得该方法制得的纳米复合氧化物种类有限。
1.3 有机配合物前驱体法有机配合物前驱体法是另一类重要的氧化物纳米晶的制备方法。
其原理是采用容易通过热分解去除的多齿配合物,如柠檬酸为分散剂,通过配合物与不同金属离子的配合作用得到高度分散的复合前驱体,最后再通过热分解的方法去除有机配体得到纳米复合氧化物。
同溶胶-凝胶法相比,有机配合物前驱体法原料来源广、价格便宜,一些不能水解聚合的金属离子也可以通过该方法制得复合氧化物纳米晶。
早期该方法采用的配体大多是柠檬酸、乙二胺四乙酸等小分子,由于不同金属离子的不同配位能力,小分子配体在形成复合前驱体的过程中一部分金属离子容易发生偏析现象,使得金属离子的混合效果不尽理想。
采用大分子配体则可能较好地克服以上问题。
大分子配体由于分子链上有较多的配位反应活性点,使配体与金属离子间有较强的相互作用。
另外,由于大分子链的机械阻隔作用,可以进一步减轻偏析现象的发生,在热分解生成纳米晶的过程中还可以防止纳米晶的团聚。
聚乙二醇(PEG)、淀粉、明胶的分子链上含有大量可与各种金属离子有配位作用的羟基、羧基和氨基等功能基团,易溶于水,而且这些高分子分散剂可以在较低的温度分解去除,因此这些分子是较理想的有机配体。
该方法的基本步骤是:首先将可溶于水的金属有机羧酸盐、硝酸盐等与这些大分子分散剂溶于水中,混合均匀后再缓慢脱水得到凝胶,凝胶经适当热处理即可得到各种不同粒径的氧化物。
通过控制制备条件,可以在纳米尺度调控纳米粒子的大小。
例如采用明胶法时通过控制明胶的交联程度和热处理温度就可以得到6~150nm的纳米TiO2(如图1所示)。
采用这种方法,已成功制备了粒径可在5~100nm范围内调控的纳米TiO2、La2O3、TiO2/Al2O3以及一系列尖晶石型和钙钛矿型复合氧化物纳米晶[1~2]。
图1 明胶的交联程度与热处理温度对TiO2粒径的影响Fig.1 Dependence of particle of TiO2 on the crosslinkedextent of gelatin and calcining temperature上述这些方法大多是以水作溶剂,一些金属离子在水溶液中很容易发生水解反应并进而生成沉淀,从而影响不同金属离子的均匀分散。
采用硬脂酸法则可以克服这一问题。
硬脂酸是一种两亲性的有机酸,端基的羧酸基几乎同所有金属离子都有较强的配位作用,其用作表面活性剂已在许多领域得到应用。
另外由于硬脂酸的熔点较低(约70℃),它本身可以用作各种金属盐的溶剂。
将金属氧化物、氢氧化物、硝酸盐或有机羧酸盐等溶于熔融的硬脂酸酸中,由于硬脂酸兼有配合剂和表面活性剂的双重作用,各种金属离子在液相可以达到高度均匀稳定的混合。
由于合成过程中不需水的参与,从而防止了金属离子的水解沉淀现象,大大拓展了该方法的应用范围。
此外,不同于共沉淀法,各金属元素在制备过程中不损失,而且不会引入外来杂质,因此产物的各组分含量可以通过控制原料的加入量得到精确控制。
另外,该方法生产设备简单、操作方便、生产周期短,是一种较理想的制备混合或复合氧化物纳米材料的方法。
采用这种方法,已成功地制备了一系列六角晶型、尖晶石型铁氧体以及La2O3、Fe2O3、Y2O3及其混合氧化物的纳米晶材料[3~12]。
2 复合氧化物纳米晶的性质及应用2.1 氧化物纳米晶的光谱性质纳米晶的光谱性质有其特殊性。
红外吸收谱研究表明,随着晶粒尺寸的减小,红外吸收峰趋于宽化。
这是随着粒径减小,纳米晶的比表面积增大,表面原子所占比例增大,由于界面原子与内层原子的差异导致了红外吸收峰的宽化。
此外,由于纳米晶的表面存在大量断键,产生的离域电子在表面和体相之间重新分配,使该区域的力常数增大,键的强度增大,从而导致红外区的吸收频率上升,红外吸收峰发生蓝移。
2.2 氧化物纳米晶的磁性质和吸波特性纳米铁氧体的磁性质研究表明,六角晶系铁氧体的磁性质也与晶粒尺寸有关。
当粒径小于10nm时呈现超顺磁特性。
当粒径小于30~50nm时,材料的矫顽力Hc和剩余磁化率mr随粒径的减小而迅速下降;粒径在50~200nm之间时,Hc和mr均达到最大值,具有单畴颗粒特性。
当粒径继续增大时,铁氧体颗粒由单畴向多畴转变,Hc和mr随粒径增大而缓慢下降;此外,材料的磁性质还与掺杂元素的种类和含量有关。
图2是CoTi掺杂的M型钡铁氧体的矫顽力Hc随掺杂量及热处理温度的变化关系。
图2 纳米BaFe12-2x Co x Ti x O19矫顽力与掺杂量及热处理温度的关系Fig.2 Coercivity H c of nanostructuredBaFe12-2x Co x Ti x O19 versus Co content andcalcining temperature纳米材料的电磁特性研究表明,六角晶系铁氧体纳米晶具有优良的电磁波吸收特性。
在测试频率范围8~12GHz内,吸收达到20dB以上。
由于采用硬脂酸合成的铁氧体纳米晶粒度均匀、粒径小、比表面积大,可与其它树脂形成良好的纳米复合材料,还可以通过改变掺杂元素的种类和含量方便地调节材料的电磁参数进而拓宽材料的吸波范围,这类材料可望被用作高效宽频谱的吸波剂而在国防工业和日常生活中发挥重要应用。
图3是纳米(Zn1-xCox)2-W型铁氧体的电磁参数随Co掺杂量的不同的变化关系。
图3 纳米(Zn1-x Co x)2-W型铁氧体的电磁参数随Co掺杂量的变化关系Fig.3 Dependence of μr on the Co content x2.3 氧化物纳米晶的催化性质我们还首次发现了Na+掺杂的纳米TiO2对一些聚合反应具有明显的催化作用[15,16]。
例如,在纳米TiO2的催化作用下,双马来酰亚胺的固化温度降低40~50℃,而玻璃化转变温度可以提高50℃。
纳米TiO2还对马来酸酐的均聚具有催化作用,在其催化下可以得到端基无苯环的聚马来酸酐。
此外,纳米TiO2制备方法的不同,其催化活性也不一样。
表1列出了不同方法制备的纳米TiO2对双马来酰亚胺固化温度的影响。
表1 不同纳米TiO2对双马来酰亚胺固化温度的影响Table 1 Dependence of the Cured Temperature of Bismaleimide on Various采用PEG法制备的一些纳米复合氧化物对汽车尾气的净化具有明显的催化作用,为开发高效价廉的汽车尾气催化剂指出了一条新的制备思路。
另外,还发现纳米氧化物还可以催化一些火炸药的爆炸反应。
例如,少量纳米La2O3可使TNT炸药的爆速提高10%;一些纳米氧化物还可以降低固体发射药的燃速温度系数,并能明显提高燃速。
这一发现可能为含能材料的改性提供了新的方向。
2.4 氧化物纳米晶对塑料的增强增韧作用无机纳米填充改性聚合物材料是纳米材料应用的另一个重要方面。
刚性的无机粒子填充到聚合物材料后可以提高聚合物材料的刚性、硬度和耐磨性等性能,但普通的无机粉体填料填充改性聚合材料时在增强这些性能的同时大都会降低聚合物材料的强度和韧性。