纳米材料的应用与制备方法综述
纳米材料的应用与制备方法综述
摘要:由于纳米材料的特殊结构以及所表现出来的特异效应和性能，使得纳米材料具有不
同于常规材料的特殊用途。本文就纳米材料的应用及制备方法进行了综述，并对其发展前景进行了展望。
关键词:纳米材料;应用;制备方法
0前言
纳米材料出现的重要科学意义在于它引领人们认识白然的新层次，是知识创新的亮点。在纳米领域发现新现象，提出新概念，认识新规律，建立新理论，为构建纳米材料科学体系新框架奠定基础。材料的结构决定材料的性质。纳米材料的特殊结构决定了纳米材料具有一系列的特异效应，日:小尺寸效应、量了尺寸效应和宏观量了隧道效应等久因而出现常规材料所没有的一些特别性能，从而使纳米材料己获得和正在获得广泛的应用!美国的“星球大战计划”、“信息高速公路”,欧共体的“尤里卡计划”等都将纳米材料的研究列入重点发展计划;日本在10年内将投资250亿日元发展纳米材料和纳米科学技术;英国也将发展纳米材料科学技术作为重振英国工业的突破口;我国的自然科学基金、“863”项目、“973”项目、“攀登计划”以及国家重点实验室都将纳米材料列为优先资助项目.纳米材料必将成为“21世纪最有前途的材料”,纳米科学技术的发展必将对生产力的发展产生深远的影响,并有可能从根本上解决人类面临的一系列如粮食、健康、能源及环保等重大问题。
目前,纳米材料的研究主要包括:
(1)纳米材料结构的研究以及纳米材料性能的分析、测试及表征;
(2)纳米材料的合理制备;
( 3)纳米晶结构材料及纳米微粒大小的可控性研究;
（4)纳米材料的工业化生产及实际应用.其中纳米材料的制备在当前纳米材料科学的研究中占有极其重要的地位,新的制备工艺过程的研究与控制对纳米材料的微观结构和性能具有重要的影响.
1应用
纳米材料由于其产生的特殊效应,因而具有常规材料所不具备的性能,使得其在各个方面的潜在应用极为广泛。对于纳米材料及其应用前景的研究工作已经不再局限于单一学科与单一研究方法,而是多学科和多种研究方法的综合利用。
1.1在催化方面的应用
纳米微粒作催化剂是纳米材料的重要应用领域之一。纳米颗粒具有很高的比表面积,表面原子配位不全表面的键态和电子态与颗粒内部不同等特点,导致表面的活性位置增加,使纳米颗粒具备了作为催化剂的先决条件。有关纳米粒子表面形态的研究指出,随着纳米粒子的粒径的减小,微粒表面的光滑程度变差,凹凸不平的原子台阶逐步形成,能够大大增加反应物料在其表面的接触机会。利用上述特性,可将纳米粒子进一步加工成具有化学催化、光催化和热催化性能的纳米催化剂。纳米微粒作催化剂可以控制反应时间、提高反应效率及反应速度、
决定反应路径、有优良的选择性和降低反应温度。
1.2在生物医学方面的应用
(1)生物学中。纳米生物学用来研究在纳米尺度上的生物过程,从而根据生物学原理发展分子应用工程。如在金属铁的超细颗粒表面覆盖一层厚为5～20nm的聚合物后,可以固定大量蛋白质,特别是酶,从而控制生化反应。这在生化技术、酶工程中大有用处。使纳米技术和生物学相结合,研究分子生物器件,利用纳米传感器,可以获取细胞内的生物信息,从而了解机体状态,深化人们对生理及病理的解释。
(2)医学中。控制药物释放、减少副作用、提高药效、发展药物定向治疗,是健康医学的要求。将超微粒子注入到血液中,输送到人体的各个部位,作为检测和诊断疾病的手断。科研人员已经成功利用纳米ＳｉＯ2微粒进行了细胞分离;用金的纳米粒子进行定位病变治疗,以减少副作用。由于纳米材料比红血球(6～9μｍ)小得多,可以在血液中自由运动,因此可以注人各种对机体无害的纳米粒子到人体的各个部位,检查病变和进行治疗(如纳米Ａｕ)。纳米粒子不但具有能穿过组织间隙被细胞吸收、并可通过人体最小的毛细血管、甚至可通过血脑屏障等特性,而且还具有靶向、缓释、高效、低毒且可实现口服、静脉注射等多种给药途径等许多优点,因而使其在药物输送方面具有广阔的应用前景。
1.3在环保方面的应用
纳米材料的控制污染源方面可起到关健性的作用。主要体现在它降低能源消耗和有毒物质的使用;减少水资深消耗;减少废物的产生;治理环境污染物及大气污染。
(1)在污水治理方面。污水中通常含有有毒有害物质、异味污染物、细菌、病毒等。传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题,纳米技术的发展和应用可以彻底解决这一问题。纳米材料在环保中的应用主要与纳米粒子的化学催化和光催化特性有关。除已经提到的光催化降解废水的纳米材料以外,另有许多纳米材料可以用来治理有害气体和废水,并已走出实验室而进入实用阶段。利用纳米TiO2表面具有超亲水性和超亲油性的特点,
在玻璃表面涂覆纳米TiO2可以制成自清洁外墙玻璃,具有防污、防雾、易洗、易干、自清洁等功能。它的出现使玻璃具有了自纳米净水剂的超强吸附和絮凝能力将污水中悬浮物完全吸附并沉淀下来,然后使水通过由纳米磁性物质、纤维和活性炭组成的净化装置,除去水中的铁锈、泥沙以及异味等污染物,再使水通过由纳米孔径的水处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装成的过滤装置,可以将水中的细菌、病毒几乎100%去除,得到完全可以饮用的高质量纯净水.
(2)在大气污染的治理方面。大气污染一直是各国政府需要解决的难题。纳米技术及材料的应用将会为我们解决大气污染问题提供全新的途径。工业生产和汽车使用的汽油、柴油等,在燃烧时会产生二氧化硫气体,这是二氧化硫最大的污染源。纳米钛酸钴是一种非常好的石油脱硫催化剂,经它催化的石油中硫的含量达到国际标准。煤燃烧也会产生二氧化硫气体,如果在燃烧的同时加入一种纳米级助烧催化剂,不仅可以使煤充分燃烧,而且会使硫转化成固体的硫化物,而不产生二氧化硫气体。复合稀土化物的纳米级粉体具有极强的氧化还原性能,是其它任何汽车尾气净化催化剂所不能比拟的。它的应用可彻底解决汽车尾气的污染问题。新装修房间的空气中有机物浓度高于室外,甚至高于工业区,目前已从空气中鉴定出几百种有机物质,其中有些是致癌物。研究表明,纳米二氧化钛可以很好地降解甲醛、甲苯等污染物,降解效果几乎可达到100%。
(3)城市固体垃圾处理方面的应用将纳米技术
及材料应用与城市固体垃圾处理,主要表现在两个方面:一方面可以将橡胶制品、塑料制品、
废印刷电路板等制成超微粉末,除去其中的异物,成为再生原料回收;另一方面,可以应用纳米二氧化钛加速城市垃圾的降解,其降解速度是大颗粒二氧化钛的10倍以上,从而可以缓解大量生活垃圾给城市环境带来的压力。
1.4在工程材料中的应用
(1)纳米陶瓷材料。普通的陶瓷材料都是通过高温高压使各种颗粒融合在一起制成的,纳米材料因粒径小、熔点低以及相变温度低等特征,添加纳米颗粒使常规陶瓷的综合性能得到改善。纳米陶瓷具有优良的室温和高温力学性能,抗弯强度,断裂韧性均有显著提高。故在低温低压下就可作为原料制备质地致密、性能优异的纳米陶瓷,它具有坚硬、耐磨、耐高温及耐腐蚀的性能。比如把纳米氧化铝与二氧化锆进行混合,已获得高韧性的陶瓷材料,烧结温度可降低100℃。此外,纳米陶瓷的高磁化率、高矫顽力、低饱和磁矩、低磁耗以及光吸收效应等,都将成为材料开拓应用的一个崭新领域。
纳米粉体也可使陶瓷改性,因为纳米颗粒表面积大,扩散速度快,因而烧结时致密化速度快,烧结温度低。在粗晶粉体中加入纳米Al2O3可提高Al2O3的致密度和耐热疲劳性;把Al2O3与ZrO纳米粉混合后,可得到高韧性的陶瓷材料,并使烧结温度降低100℃;再如,美国Argonne实验室Siegel等人用惰性气体蒸发,原位加压制备了纳米TiO2陶瓷,致密度达到95%。在同样的烧结温度下,纳米陶瓷的硬度比普通陶瓷高,而对应相同的硬度,纳米陶瓷的烧结温度可降低几百摄氏度。
(2)高熔点材料的烧结。纳米材料的体积效应使得通常在高温烧结的材料,如SiC、WC和BC等,在较低温度下就可获得高密度的烧结体。此外,由于纳米微粒的粒径小,比表面大具有烧结温度低、流动性好、扩散速率高以及烧结收缩大等特性,使其又可作为烧结过程的活化剂使用,可降低烧结温度、缩短烧结时间和加快致密化的速度,从而加速烧结过程。从应用的角度,发展高性能纳米陶瓷最重要的是降低纳米粉体的成本。在制备粉体的工艺上,除了保证纳米粉体的质量,做到尺寸和分布可控,无团聚,能控制颗粒的形状,还要求生产量大,这将为发展新型纳米陶瓷奠定良好的基础。
(3)纳米荧光材料。21世纪是生命与信息科学的世纪,而生物芯片无疑是这一世纪迅速发展最热点的前沿领域之一。生物芯片是在多种固定化载体上刻蚀具有多种性能的生物反应器。大多数特异性生物芯片都要使用标记物。目前使用最多的是发光标记物,其中纳米粒子发光标记物具有更高的量子产率,更长的发光寿命,而且性能稳定。在标记生物大分子,生物芯片研究中纳米发光材料的使用已取得了显著成效。同时,免疫标记技术与传统的酶标和荧光技术相比,不仅有极高的灵敏度而且该标记技术简单,光谱信息丰富,在免疫分析中有广阔的应用前景。
(4) 高密度磁记录材料。磁记录是信息储存与处理的重要手段,随着信息化的高速发展,要求记录密度日益提高。磁性纳米材料因具有单磁畴结构,矫顽力很高,故用它作磁记录材料可以提高信噪比,改善图象质量。高矫顽力的强磁性纳米材料还可以制成磁性信用卡、磁性票证及磁性钥匙等。
(5) 永磁性材料。由于纳米材料的磁化过程完全由旋转磁化进行,即使不磁化也是永久性磁体,因此可用作永磁性材料。
(6) 磁流体。磁流体是将强磁性纳米粒子稳定地分散于水或油等分散介质中所形成的分散体系,它在通常的重力场和磁场作用下不发生凝聚和沉降。磁流体具有液体的流动性和磁体的磁性,在工业废液处理方面有
1.5在建筑领域的应用
(1) 建筑塑料。纳米塑料是指金属、非金属和有机填充物,以纳米尺寸分散于树脂基体中形成的树脂基纳米复合材料。在树脂基纳米复合材料中,分散相的尺寸至少在一维方向上小于100nm。由于分散相的纳米尺寸效应、大的比表面积和强界面结合,使纳米塑料具有一般
工程塑料所不具备的优异性能。
(2) 建筑涂料。随着建筑业的高速发展,对建筑涂料的性能要求也越来越高,而纳米材料对涂料的很多性能起到了明显的改善作用。
(3) 树脂基复合材料。树脂基复合材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点,但硬度、耐磨性能、耐热性能较差。通过超声分散方法将纳米SiO2添加到不饱和聚酯树脂中制得的复合材料,可大幅提高耐磨性、硬度、强度、耐热和耐水性能。
1.6在涂料方面的应用
纳米材料制备的涂层具有特有的优异性能。在涂料中加入纳米材料,可进一步提高其防护能力,实现防紫外线辐射、耐大气侵害和抗降解、变色等,在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。已有美国的研究人员用纳米级二氧化锡、二氧化钛、三氧化二铬等与树脂复合,作为静电屏蔽的涂层;在标牌上使用纳米材料涂层,可利用其光学特性,达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品中,如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料,可以达到减少光的透射和
热传递效果,产生隔热、阻燃等效果。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料,加入涂料中,可使抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景,将为涂层技术带来一场新的技术革命,也将推动复合材料的研究开发与应用。
1.7在光电领域的应用
纳米技术的发展,使微电子和光电子的结合更加紧密,在光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面,使光电器件的性能大大提高。将纳米技术用于现有雷达信息处理上,可使其能力提高10倍至几百倍,甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。纳米材料由于具有特殊的光学性能,可作为非线性光学材料、特异吸光材料、军事航空中用的吸波隐身材料等。如用纳米微粒制成的光纤材料可以降低光导纤维的传输损耗;红外线反射膜和多层膜材料可用于节能方面;优异的光吸收可提高使用寿命、防止塑料老化、止油漆脱落等。
纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段,按照全新的理念来构造电子系统,并开发物质潜在的储存和处理信息的能力,实现信息采集和处理能力的革命性突破,纳米电子学将成为下世一定的实用价值。纪信息时代的核心。
1.8在静电屏蔽方面的应用
具有半导体特性的纳米氧化物粒子在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性,因而能起到良好的静电屏蔽作用。同时纳米微粒的颜色不同,这样还可以控制静电屏蔽涂料的颜色。克服了碳黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。化纤衣服和化纤地毯由于静电效应,容易吸附灰尘,危害人体健康。在其中加入少量金属纳米微粒,就会使静电效应大大降低,同时还有除味杀菌的作用。
1.9在焊接领域的应用
纳米材料还可用作新型焊接材料。我们知道很多陶瓷部件是在高温环境下使用的,目前所采用的几种陶瓷焊接工艺根本无法保证其高温强度。若采用纳米陶瓷进行焊接,利用其低温烧结及快速扩散等特点,可以将两个陶瓷部件很好地连为一体。而且若选择的纳米陶瓷与所焊部件成分相同或相近,则可有效地保证其高温强度。纳米金属粉末也同样可以应用于机械制造、仪器仪表、微电子工业等技术领域中对部件进行整体焊接。由于纳米微粒熔点很低,可有效地降低焊接温度,保证部件在焊接过程中不发生变形。
1.10在解决能源中的应用
合理利用传统能源和开发新能源是一项长期和重要的任务。近年来开发的可用于煤和油料燃烧的纳米净化剂、助燃剂以及利用纳米技术提取粉煤灰中的有用物质的工作都已获得初步结果,并可望尽快得到产业化。在纳米半导体材料表面负载贵
金属、金属氧化物或在半导体表面修饰染料、导电高聚物等能使光分解水(Ｈ2Ｏ→Ｈ2+Ｏ2)
的效率成倍增加,将对太阳能的光化学存贮起巨大的推动作用。利用半导体纳米材料制备光电转化效率极高,即使在阴雨天也能正常工作,使新型太阳能电池取得重大进展。大量研究表明,除了纳米晶TiO2光伏电池外,其它如ZnO、Ag2O、SnO2、WO3、Fe3O3等单一氧化
物和CdSe等单一硒化物纳米晶光伏电池也表现出非常出色的光电转换特征。
1.11在文物保护方面的应用
我国的一些文物(如秦兵马俑)遭受霉菌侵扰而受到损害,最新的纳米成果将对其加以保护,使其永葆青春。西北大学纳米材料研究所利用溶胶与凝胶相结合的方法把新研制成的纳米材料制成一种透明的胶体,涂在文物表面后可形成一种“无机膜”,使文物完全与外界条件隔绝,有利于文物的长期保护。这种纳米材料可以吸收紫外线,保护文物的颜色不变,材质不腐坏,还可有效地排除虫菌对文物的侵蚀。这种纳米“无机膜”除了对陶质文物可进行有效护外,还可用于丝绸和书画等文物的保护.
2制备方法
从ＧLeiter等(1951)首次应用惰性气体凝聚(IGC)结合原位冷压成型法(In-Situ Com-Paction)在实验室制备出纳米晶体样品以来,又提出和发展了机械研磨法,非晶态晶化法,电沉积法等许
多种制备方法。
纳米材料的制备在当前材料科学研究中占据极为重要的位置,新的材料制备工艺和过程的研究对纳米材料的微观结构和性能具有重要的影响。制备出清洁、成分可控、高密度(不含微孔隙)的粒度均匀的纳米材料是制备合成工艺研究的目标。因此,如何控制及减少纳米材料尤其是界面的化学成分及均匀性、以及如何控制晶粒尺寸分布是制备工艺研究的主要题。对纳米材料的制备方法目前主要有三种分类方法。第一种是根据制备原料状态分为固体法、液体法及气体法。第二种按反应物状态分干法和湿法。第三种为物理法和化学法两大类。其中物理法包括惰性气体蒸发法、爆炸法、严重塑性变形法、激光束法、机械合金化法等;化学法包括气相燃烧合成法、溶胶-凝胶法、有机液相合成法等。
2.1物理法
(1) 惰性气体蒸发法。目前,大部分金属纳米粒子都是通过惰性气体蒸发法制得的,该法的主要过程是在真空蒸发室内充入惰性气体,然后对蒸发源进行真空加热、蒸发,使原料气化或形成等离子体,原料气体与惰性气体原子碰撞失去能量而骤冷成纳米尺寸的团簇。该法制备的纳米材料纯度主要是由原料纯度、真空度、气体浓度和纯度决定的,工艺过程中,无外来污染,反应速度快,结晶较好,不足之处是对设备要求高,投入较大。
(2) 爆炸法。将高能炸药(TNT)置于密闭压力容器内,将容器抽成真空,再充入保护性气体。炸药爆轰发生分解反应生成游离碳,在爆轰产物高温和高压作用下发生碳原子的聚集、晶化等一系列变化,合成纳米级粉体,然后再酸洗提纯就可得到纳米级金刚石粉。该法可大量制备米晶粒,粒度在2～122ｎｍ之间,纯度可达91%左右。
(3) 严重塑性变形法。严重塑性变形法是指在静压力的作用下,使块状材料发生严重的形变,最终细化到纳米尺度,得到晶态材料和非晶态材料的混合物,再经过一定的热处理,从而得到纳米材料。该法制备的纳米材料纯度高,粒度可控性好。
2.2化学法
(1) 气相燃烧合成法。气相燃烧合成是指在气体燃烧火焰中形成纳米颗粒。该法不仅可以合成氧化物纳米颗粒,而且通过气体的无氧燃烧,可以合成金属氮化物、碳化物等非氧化物纳米颗粒,气相燃烧合成已应用于批量生产纳米石墨、超细氧化钛涂料。合成的纳米颗粒粒度细,粒子团聚少,粒度分布窄,产物纯度高。
(2) 溶胶-凝胶法。溶胶-凝胶法制备纳米材料的主要步骤是先制备金属化合物,然后金属化合物溶解在适当的溶剂中,经过溶胶、凝胶过程而固化,再经低温热处理得到纳米粒子,与其他方法比。该法具有反应物种多、各组分混合均匀性好、合成温度低、过程易控制等优点,广泛应用于制备陶瓷纳米颗粒和氧化物纳米颗粒。该法的不足之处是必须进行后处理才能得到纳米颗粒,而且纳米颗粒容易发生团聚。
(3) 有机液相合成法。有机液相合成法主要用在有机溶剂中,能够稳定存在的金属有机化合物和某些无机物成为反应原料,在适当的反应条件下生成纳米材料。该法的显著优点是克服了某些反应物在水溶液中不能稳定存在的缺点,可以在许多介质中制备纳
米材料,反应产物可以通过精馏或结晶达到很高纯度。有机液相合成法的缺点是反应时间过长,产物须进行后处理才能得到结晶较好的纳米颗粒。
2.3其它方法
报导的方法尚有相转移法[、配位沉淀法、气相蒸发法、热解法、气相反应法、微波等离子体化学气相沉积法、机械化学法[等制备方法。
3前景
纳米材料的研究,它使人类在改造自然方面进入了一个新的层次,即进入到原子、分子的纳米层次。纳米技术的核心是按人们的意志直接操纵单个原子、分子或原子团、分子团,制造具有特定功能的产品。由于纳米颗粒的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应都同时在起作用,它们对材料某一种性能的贡献大小、强弱往往很难区分,是有利的作用,还是不利的作用更难以判断,这不但给某一现象的解释带来困难,同时也给设计新型纳米结构带来很大的困难。如何控制这些效应对纳米材料性能的影响,如何控制一种效应的影响而引出另一种效应的影响,这都是控制工程研究亟待解决的问题。在纳米材料的研究中,目前主要的工作有:一是用纳米材料替代传统材料改善产品品质与性能;另一方面是开发新材料。
4结语
综上所述,纳米材料所展示的诱人前景还远不及此。随着人们对纳米材料认识的深人,相信还会有更多方面的发展和应用,因此系统地研究和开发新型纳米材料具有重要的实际意义。随着人们对纳米材料研究的深入,纳米材料必将出现更为广阔的应用前景,纳米材料的大规模工业生产和商业应用也将成为现实。纳米材料作为一门新兴科学必将对人类生活产生深远的影响,并将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。
参考文献
[1]张立德.纳米材料研究的新进展及在2 1世纪的战略地位[Ｊ].中国粉体术,2000,6(1):1-5.
[2]魏方芳.纳米材料的研究及应用[Ｊ].化学工程与装备,2007,(3):38-40.
[3]郭永,巩雄,杨宏秀.纳米微粒的制备方法及其进展[Ｊ].化学通报,1996,3:1-4.
[4]周双生,周根陶.纳米材料的制备及应用概况[Ｊ].化学世界,1997,38(8):399-401.
[5]易文辉,郭焱.超微细粒子的制备及应用[Ｊ].化工新型材料,1996,24(11):7-9.
[6]魏方芳.纳米材料的研究及应用[Ｊ].化学工程与装备,2007,(3):38-40.
[7]罗明良,蒲春生,卢凤纪等.纳米技术及材料在环保中的应用与展望[Ｊ].化工新型材料,2001,29(7):27-28.
[8]石士考.纳米材料的特性及其应用[Ｊ].大学化学,2001,16(2):39-42.
[9]丘星林,徐安武.纳米级ＴｉＯ2光催化净化大气环保涂料的研制[Ｊ].中国涂
料,2000,(4):30-32.
[10]黄红祥.纳米材料及其应用[Ｊ].安徽化工,2004,(2):6-8.
[11]李泉,曾广赋,席时权.纳米粒子[Ｊ].化学通报,1995,(6):29-34.
[12]李良果,刘庆龙,张克.有机高分子超微粉体[Ｊ].化工新型材料,1991,(12):12-14.
[13]张玉龙.纳米技术与纳米塑料[Ｍ].北京:中国轻工业出版社,2002.
[14]严海彪,陈艳林,潘国元等.纳米ＣａＣＯ3增韧ＰＶＣ/ＣＰＥ复合材料的性能研究[Ｊ].塑料工业,2004,32(2):31-32.
[15]程凤宏,周宏彬.纳米材料在建筑涂料中的应用[Ｊ],建筑涂料与涂装,2004(1):15-17.
[16]李岳,陶冶,刘培英等.纳米表面改性纤维增强树脂基复合材料吸波性能及机理研究[Ｊ].材料工程,2004,(1):46-49.
[17]李长华.俄罗斯的纳米级超微细粉末材料[Ｊ].材料导报,1995;(2):75-76+66.
[18]MayoＭＪ,Mater and Design,1993,ｌ4(6):323.
[19]周全法.纳米材料的应用和产业化[Ｊ].江苏技术师范学院学报,2002,8(4):83-87.
[20]王强,郑萍,李海燕等.纳米材料的应用进展[Ｊ].山东化工,2003,32(5):21-23.
[21]高新,李稳宏,王锋等.纳米材料的性能及其应用领域Ｊ].石化技术与应用,2002,20(3):199-201.
[22]王强,郑萍,李海燕等.纳米材料的应用进展[Ｊ].山东化工,2003,32(5):21-23.
[23]黄红祥.纳米材料及其应用[Ｊ].安徽化工,2004,(2):6-8.
[24]G leiter H. Nanostnictrired materials In; Hansen N et a}eds Proceedings of the Second Rise lntemational Symposiunon Metallurgy and Materials Science Derma水Roskilde 1981. 15一29.
[25]Koch C C. The synthesis and structrrre of nanocrystalline materials Produced by mechanical attrition; a review一Nanostructed M aterials 1993 2 (2):109一1
[26]Lu K Nanocrystalline metals crystallized from amorphous solids nanocrystallizatior} structrrre and properties Materials Science and Engineering Report 1996 16. 161一221. [27]ErbU EI-Shenlc A呱Pahunbo低Aust K T The syn- thesis struclur} and properties of electroplated nanocrys-talline materials Nanostructrrred Materials 1993 2 (4): 383一391.
[28]高善民,孙树声.纳米材料的制备[Ｊ].现代化工,1999,19(10):46-48.
[29]裘式纶,翟庆洲,肖丰收等.纳米材料研究进展[Ｊ].化学研究与应用,1998,10(4):331-341.
[30]范月英,刘敏,廖彬等.纳米炭纤维的储氢性能初探[Ｊ].材料研究学报,1999,13(3):230-232.
[31]古宏晨,徐华蕊.纳米材料在我国的进展[Ｊ].化工进展,1999,4:5-9.
[32]杨迈之,张雯,蔡生民.包覆硬脂酸α-Ｆｅ2Ｏ3超微粒子的光谱及光电化学研究[Ｊ].高等学校化学学报,1996,17(2):274-277.
[33]周根陶,周双生,刘双怀等.配位-沉淀法制备Ni(OH)2和NIo超微粉[Ｊ].无机化学学报,1996,12(1):96-99.
[34]杨文平,薛德胜,周荣洁等.β-Ｓｎ超细微粉的制备及热稳定性研究[Ｊ].科学通报,1994,39(6):509-511.
纳米材料的主要制备方法
本科毕业论文 学院物理电子工程学院 专业物理学 年级 2008级 姓名贾学伟 设计题目纳米材料的主要制备方法 指导教师闫海龙职称副教授 2012年4月28日 目录 摘要 (1) Abstract (1) 1 引言 (1) 1.1纳米材料的定义 (1) 1.2纳米材料的研究意义 (2) 2 纳米材料的主要制备方法 (3) 2.1化学气相沉积法 (3) 2.2溶胶－凝胶法 (5) 2.3分子束外延法 (6) 2.4脉冲激光沉积法 (8) 2.5静电纺丝法 (9) 2.6磁控溅射法 (11) 2.7水热法 (12)
2.8其他制备纳米材料的方法 (13) 3 总结 (14) 参考文献 (14) 致谢 (15)
纳米材料的主要制备方法 学生姓名：贾学伟学号： 学院：物理电子工程学院专业：物理学 指导教师：闫海龙职称：副教授摘要：纳米材料由于其特殊的性质，近年来引起人们极大的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日趋成熟。本文主要介绍了纳米材料的制备方法,其中包括化学气相沉积法、溶胶—凝胶法、分子束外延法、脉冲激光沉积法、静电纺丝法、磁控溅射法、水热法等。在此基础上,分析了现代纳米材料制备方法的发展趋势。纳米技术对21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展有重要影响,对生产力的发展有重要作用。 关键词：纳米；纳米材料；纳米科技；制备方法 The preparation method of nanomaterials Abstract：Nanomaterials are attracting intense in recent years. With the development of nanotechnology, nanomaterials preparation method has been more and more mature. The preparation methods sush as, chemical vapor deposition method, molecular beam epitaxy, laser pulse precipitation, sintering, hydrothermal method, sol-gel method are introduced in this paper. New development trend of preparation methods are analysed. N anomaterials will promote the development of IT, medicine, environment, automation technology and energy science, and will have a great influenced on productive in the 21st century. Key words：nanometer；na nomaterials；nanotechnology；preparation 1 引言 1.1纳米材料的定义 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，这大约相当于10-100个原子紧密排列在一起的尺度[1]。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切，当小粒子尺寸进入纳米量级时，其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性，使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值[2]。
纳米材料的制备方法
1化学气相沉积法 1.1化学气相沉积法的原理 化学气相沉积法(Chemical Vapour Deposition (CVD) )是通过气相或者在基板表面上的化学反应，在基板上形成薄膜。化学气相沉积方法实际上是化学反应方法，因此。用CVD方法可以制备各种物质的薄膜材料。通过反应气体的组合可以制备各种组成的薄膜，也可以制备具有完全新的结构和组成的薄膜材料，而且即使是高熔点物质也可以在很低的温度下制备。 用化学气相沉积法可以制备各种薄膜材料、包括单元素物、化合物、氧化物、氮化物、碳化物等。采用各种反应形式，选择适当的制备条件——基板温度、气体组成、浓度和压强、可以得到具有各种性质的薄膜构料。化学气相沉积的化学反应形式．主要有热分解反应、氢还原反应、金属还原反应、基板还原反应、化学输运反应、氧化反应、加水分解反应、等离子体和激光激发反应等。 化学气相沉积法制备纳米碳材料的原理是碳氢化合物在较低温度下与金属纳米颗粒接触时通过其催化作用而直接生成。化学气相沉积法制备碳纳米管的工艺是基于气相生长碳纤维的制备工艺。在研究气相生长碳纤维早期工作中就己经发现有直径很细的空心管状碳纤维，但遗憾的是没有对其进行更详细的研究[4]。直到Iijima在高分辨透射电子显微镜发现产物中有纳米级碳管存在，才开始真正的以碳纳米管的名义进行广泛而深入的研究。 化学气相沉积法制备碳纳米管的原料气，国际上主要采用乙炔，但也采用许多别的碳源气体，如甲烷、一氧化碳、乙烯、丙烯、丁烯、甲醇、乙醇、二甲苯等。在过渡金属催化剂铁钴镍催化生成的碳纳米管时，使用含铁催化剂，多数得到多壁碳纳米管；使用含钴催化剂，大多数的实验得到多壁碳纳米管；过渡金属的混合物比单一金属合成碳纳米管更有效。铁镍合金多合成多壁碳纳米管，铁钴合金相比较更容易制得单壁碳纳米管。此外，两种金属的混合物作为催化剂可以大大促进碳纳米管的生长。许多文献证实铁、钴、镍任意两种的混合物或者其他金属与铁、钴、镍任何一种的混合物均对碳纳米管的生长具有显著的提高作用，不仅可以提高催化剂的性能，而且可以提高产物的质量或者降低反应温度。催化裂解二甲苯时，将适量金属铽与铁混合，可以提高多壁碳纳米管的纯度和规则度。因而，包括像烃及一氧化碳等可在催化剂上裂解或歧化生成碳的物料均有形成碳纳米管的可能。Lee Y T 等[5]讨论了以铁分散的二氧化硅为基体，乙炔为碳源所制备的垂直生长的碳纳米管阵列的生长机理，并提出了碳纳米管的生长模型。Mukhopdayya K等[6]提出了一种简单而新颖的低温制备碳纳米管阵列的方法。该法以沸石为基体，以钴和钒为催化剂，仍是以乙炔气体为碳源。Pna Z W等[7]以乙炔为碳源，铁畦纳米复合物为基体高效生长出开口的多壁碳纳米管阵列。 1.2评价 化学气相沉积法该法制备的纳米微粒颗粒均匀，纯度高，粒度小，分散性好，化学反应活性高，工艺可控和连续，可对整个基体进行沉积等优点。此外，化学气相沉积法因其制备工艺简单，设备投入少，操作方便，适于大规模生产而显示出它的工业应用前景。因此，化学气相沉积法成为实现可控合成技术的一种有效途径。化学气相沉积法缺点是衬底温度高。随着其它相关技术的发展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。化学气相沉积法是纳米薄膜材料制备中使用最多的一种工艺，广泛应用于各种结构材料和功能材料的制备。用化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属，氧化物、氮化物、碳化合物、复合氧化物等膜材料。总之，随着纳米材料制备技术的不断完善，化学气相沉积法将会得到更广泛的应用。
纳米材料的制备方法及其研究进展
纳米材料的制备方法及其研究进展纳米材料的制备及其研究进展 摘要:综述了纳米材料的结构、性能及发展历史;介绍了纳米材料的制备方法及最新进展;概述了纳米材料在各方面的应用状况和前景;讨论了目前纳米材料制备中存在的问题。 关键词:纳米材料;结构与性能;制备技术;应用前景;研究进展 1 引言 纳米微粒是由数目极少的原子或分子组成的原子群或分子群，微粒具有壳层结构。由于微粒的表面层占很大比重，所以纳米材料实际是晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组合，纳米材料具有大量的界面，晶界原子达15%-50%。 这些特殊的结构使得纳米材料具有独特的体积效应、表面效应，量子尺寸效应、宏观量子隧道效应，从而使其具有奇异的力学、电学、磁学、热学、光学、化学活性、催化和超导性能等特性，使纳米材料在国防、电子、化工、冶金、轻工、航空、陶瓷、核技术、催化剂、医药等领域具有重要的应用价值，美国的“星球大战计划”、“信息高速公路”，欧共体的“尤里卡计划”等都将纳米材料的研究列入重点发展计划;日本在10年纳米微粒的制备方法 1 纳米微粒的制备方法一般可分为物理方法和化学方法。制备的关键是如何控制颗粒的大小和获得较窄且均匀的粒度分布。 1.1 物理方法 1.1.1 蒸发冷凝法
又称为物理气相沉积法，是用真空蒸发、激光、电弧高频感应、电子束照射等方法使原料气化或形成等离子体，然后在介质中骤冷使之凝结。特点:纯度高、结晶组织好、粒度可控;但技术设备要求高。根据加热源的不同有: (1)真空蒸发-冷凝法其原理是在高纯度惰性气氛(Ar,He)下，对蒸发物质进行真空加热蒸发，蒸气在气体介质中冷凝形成超细微粒。1984年Leiter[2]等首次用惰性气体沉积和原位成型方法，研制成功了Pd、Cu、Fe 等纳米级金属材料。1987 年Siegles[3]采用该法又成功地制备了纳米级TiO2 陶瓷材料。这种方法是目前制备纳米微粒的主要方法。特点:粒径可控，纯度较高，可制得粒径为5~10nm的微粒。但仅适用于制备低熔点、成分单一的物质，在合成金属氧化物、氮化物等高熔点物质的纳米微粒时还存在局限性。 (2)激光加热蒸发法是以激光为快速加热源，使气相反应物分子是利用高压气体雾化器将-20~-40OC的氦气和氩气以3倍于音速的速度射入熔融材料的液流是以高频线圈为热源，使坩埚是用等离子体将金属等的粉末熔融、蒸发和冷凝以获得纳米微粒。特点:微粒纯度较高，粒度均匀，是制备氧化物、氮化物、碳化物系列、金属系列和金属合金系列纳米微粒的最有效的方法，同时为高沸点金属纳米微粒的制备开辟了前景。但离子枪寿命短、功率小、热效率低。目前新开发出的电弧气化法和混合等离子体法有望克服以上缺点。 (6)电子束照射法1995年许并社等人[4]利用高能电子束照射母材，成功地获 得了表面非常洁净的纳米微粒，母材一般选用该金属的氧化物，如用电子束照射 Al2O3 后，表层的Al-O 键被高能电子“切断”，蒸发的Al原子通过瞬间冷凝，形核、长大，形成Al的纳米微粒，但目前该方法获得的纳米微粒限于金属纳 米微粒。 1.1.2 物理粉碎法
纳米材料制备方法综述
纳米材料制备方法综述 摘要：纳米材料由于其特殊性质，近年来受到人们极大的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日趋成熟。纳米材料的制备方法按物态一般可归纳为气相法、液相法、固相法。目前，各国科学家在纳米材料的研究方面已取得了显著的成果。纳米材料将推动21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展, 对生产力的发展产生深远的影响。 关键字：纳米材料，制备，固相法，液相法，气相法 近年来，纳米材料作为一种新型的材料得到了人们的广泛关注。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，具有表面与界面效应，量子尺寸效应，小尺寸效应和宏观量子隧道效应，因而纳米具有很多奇特的性能，广泛应用于各个领域。为此，本文综述了纳米材料制备的各种方法并说明其优缺点。 目前纳米材料制备采用的方法按物态可分为：气相法、液相法和固相法。 一、气相法 气相法是将高温的蒸汽在冷阱中冷凝或在衬底上沉积和生长低维纳米材料的方法。气相法主要包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD），在某些情况下使用其他热源获得气源，如电阻加热法，高频感应电流加热法，混合等离子加热法，通电加热蒸发法。 1、物理气相沉积（PVD） 在PVD过程中没有化学反应产生，其主要过程是固体材料的蒸发和蒸发蒸气的冷凝或沉积。采用PVD可制备出高质量的纳米材料粉体。PVD可分为制备出高质量的纳米粉体。PVD可分为蒸气-冷凝法和溅射法。 1.1蒸气-冷凝法 此种制备方法是在低压的Ar、He等惰性气体中加热物质（如金属等），使其蒸发汽化, 然后在气体介质中冷凝后形成5-100 nm的纳米微粒。通过在纯净的惰性气体中的蒸发和冷凝过程获得较干净的纳米粉体。此方法制备的颗粒表面清洁，颗粒度整齐，生长条件易于控制，但是粒径分布范围狭窄。 1.2溅射法 用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入Ar气(40～250Pa)，两电极间施加的电压范围为0.3～1.5kv。由于两极间的辉光放电使Ar离子形成，在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面，使靶材原产从其表面蒸发出来形成超微粒子．并在附着面上沉积下来。用溅射法制备纳米微粒有许多优点:可制备多种纳米金属，包括高熔
(完整版)纳米材料的制备技术及其特点
纳米材料的制备技术及其特点 一纳米材料的性能 广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性[ 1 ] ,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切[ 2 ] [ 3 ] 。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。 二纳米材料的制备方法 纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法 物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。 粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。 惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。 溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。 等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中通过直流放电使气体电离产生高温等离子体,从而使原料溶化和蒸发,蒸汽达到周围的气体就会被冷凝或发生化学反应形成超微粒。 2 化学制备方法 化学法是指通过适当的化学反应, 从分子、原子、离子出发制备纳米物质,它包括化学气相沉积法[5][6]、化学气相冷凝法、溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法、冷冻干燥法等。化学气相沉积(CVD)是迄今为止气相法制备纳米材料应用最为广泛的方法,该方法是在一个加热的衬底上,通过一种或几种气态元素或化合物产生的化学元素反应形成纳米材料的过程,该方法主要可分成热分解反应沉积和化学反应沉积。该法具有均匀性好,可对整个基体进行沉积等优点。其缺点是衬底温度高。随着其它相关技术的发展,由此衍生出来的许多新技术,如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积门、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。
纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法 一、前言 纳米材料和纳米科技被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。早在二十世纪60年代，英国化学家Thomas就使用“胶体”来描述悬浮液中直径为1nm-100nm的颗粒物。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当粒子尺寸小至纳米级时，其本身将具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，这些效应使得纳米材料具有很多奇特的性能。自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来，一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。 应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。 纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。 二、纳米材料的制备方法 （一）、机械法 机械法有机械球磨法、机械粉碎法以及超重力技术。机械球磨法无需从外部
浅谈纳米材料应用及发展前景
Jiangsu University 浅谈纳米材料应用及发展前景
摘要 纳米材料展现了异常的力学、电学、磁学、光学特性、敏感特性和催化以及光活性，为新材料的发展开辟了一个崭新的研究和应用领域。纳米技术在精细陶瓷、微电子学、生物工程、化工、医学等领域的成功应用及其广阔的应用前景使得纳米材料及其技术成为目前科学研究的热点之一，被认为是世纪的又一次产业革命。纳米材料向国民经济和高新科技等各个领域的渗透以及对人类社会的进步的影响是难以估计的。 关键词：纳米材料；纳米应用；量子尺寸效应 1.前言 纳米材料和纳米结构无论在自然界还是在工程界都不是新生事物。在自然界存在大量的天然纳米结构，只不过在透射电镜的应用以前人们没有发现而已。 在工程方面，纳米材料80年代初发展起来的，纳米材料其粒径范围在1—100nm之间，故纳米材料又称超微晶材料。它包括晶态、非晶态、准晶态的金属、陶瓷和复合材料等。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒缺陷中心的原子，纳米材料的物化性能与微米多晶材料有着巨大的差异，具有奇特的力学、电学、瓷学、光学、热学及化学等多方面的性能，从而使其作为一种新型材料在电子、冶金、宇航、化工、生物和医学等领域展现出广阔的应用前景。目前已受到世界各
国科学家的高度重视。美国的“星球大战计划”、“信息高速公路”，欧共体的“尤里卡计划”等都将纳米材料的研究列入重点发展计划；日本在10年内将投资250亿日元发展纳米材料和纳米科学技术；英国也将发展纳米材料科学技术作为重振英国工业的突破；我国的自然科学基金“863”计划、“793”计划以及国家重点实验室都将纳米材料列为优先资助项目[1]。美国科学技术委员会把“启动纳米技术的计划看作是下一次工业革命的核心”[2]。 2.纳米材料的制备 现行的纳米材料制备方法很多。但是真正能够高效低成本制备纳米材料的方法还是现在各个国家研究的重点。目前已报的工艺方法主要有以下几种：物理气相沉积法（PVD）和化学气相沉积法（CVD）、等离子体法、激光诱导法、真空成型法、惰性气体凝聚法、机械合金融合法、共沉淀法、水热法、水解法、微孔液法、溶胶—凝胶法等等。 3.纳米材料的主要应用 3.1纳米材料在工程方面的应用 纳米材料的小尺寸效应使得通常在高温下才能烧结的材料如SiC 等在纳米尺度下在较低的温度下即可烧结,另一方面,纳米材料作为烧结过程中的活性添加剂使用也可降低烧结温度,缩短烧结时间。纳米粉体可用于改善陶瓷的性能，其原因在于微小的纳米微粒不仅比表面积大，而且扩散速度快，因而进行烧结时致密化的速度就快，烧结
纳米材料制备方法
纳米微粒制备方法研究进展 刘伟 （湘潭大学材料科学与工程学院，13材料二班，2013701025） 摘要:纳米微粒一般是指粒径在1nm到100nm之间,处在原子簇和宏观物体交接区域内的粒子,或聚集数从十到几百范围的物质。纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特点，因而有许多与传统的晶体和非晶体不同的独特性质，也与组成它们的分子或原子差异很大，在材料学、物理学、化学、催化、环境保护、生物医学等领域具有十分广阔的应用前景。本文综述目前纳米微粒的主要的制备方法, 比较和评述了每种方法的特点,以期这一新材料能得以更为深入地研究和更广泛地应用。 关键词:纳米微粒；制备；方法 1.引言 纳米微粒的制备方法从物料的状态来分，可归纳为固相法、液相法、气相法3大类；从物料是否发生化学反应而分为物理法、化学法及近年迅速发展的模板合成法、仿生法等；随着科技的不断发展及对不同物理、化学特性超微粒子的需求，又派生出许多新的技术，下面就着重介绍固相法、液相法和气相法。 2.固相法 固相法是一种传统的粉化工艺，具有成本低、产量高、制备工艺简单的优点。固相法分为固相机械粉碎法和固相反应法。固相机械粉碎法借用诸如搅拌磨、球磨机、气流磨、塔式粉碎机等多种粉碎机，利用介质和物料之间的相互研磨和冲击的原理，使物料粉碎，常用来制备微米级粒径的粉体颗粒。此法存在能耗大、颗粒粒径分布不均匀、易混入杂质、颗粒外貌不规则等缺点，因而较少用以制备纳米微粒。固相反应法是将固体反应物研细后直接混合，在研磨等机械作用下发生化学反应，然后通过后处理得到需要的纳米微粒。该方法一般要加入适量表面活性剂，所以有时也称湿固相反应。该方法具有工艺简单、产率高、颗粒粒子稳定化好、易操作等优点，尤其是可减少或避免液相中易团聚的现象。[4] 3.液相法 液相法是目前实验室和工业生产中较为广泛采用的方法。通常是让溶液中的不同分子或离子进行反应，产生固体产物。产物可以是单组分的沉淀，也可以是多组分的共沉淀。其涉及的反应也是多种多样的，常见的有:复分散反应、水解反应、还原反应、络合反应、聚合反应等。适当控制反应物的浓度、反应温度和搅拌速度，就能使固体产物的颗粒尺寸达到纳米级。液相法具有设备简单、原料易得、产物纯度高、化学组成可准确控制等优点。下面主要介绍其中的沉淀法和微乳液法。 3.1 沉淀法 沉淀法是液相法制备金属氧化物纳米微粒最早采用的方法。沉淀法基本过程是：可溶性化合物经沉淀或水解作用形成不溶性氢氧化物、水合氧化物或盐类而析出，经过滤、洗涤、煅烧得到纳米微粒粉末。沉淀法又分为均相沉淀法和共沉淀法。沉淀法工艺简单、成本低、反应时间短、反应温度低，易于实现工业化生产。但是，沉淀物通常为胶状物，水洗、过滤较困难；所制备的纳米微粒易发生团聚，难于制备粒径小的纳米微粒。沉淀剂容易作为杂质混入产物之中。此外，还由于大量金属不容易发生沉淀反应，因而这种方法适用面较窄。[3]
纳米材料认识浅谈
纳米材料认识浅谈 纳米材料认识浅谈 (1) 摘要:纳米技术和纳米材料在科技领域扮演着越来越重要的重要角色，纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文主要概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并展望了纳米材料的应用前景。 (1) 关键词：纳米材料功能应用； (1) 一、纳米材料和纳米技术的基本特点 (1) 二、纳米材料的特性 (2) 1.小尺寸效应 (2) 2．表面效应 (2) 三．纳米材料的制备（举例） (3) 1.碳纳米管 (3) 2. 碳60 (4) 四．纳米科技具有非常重要的科技意义 (5) 1.纳米科技将促使人类认知的革命 (5) 2.纳米科技将引发一场新的工业革命 (5) 五．纳米科技前景的展望 (5) 1．材料和制备 (5) 2．微电子和计算机技术 (5) 3．环境和能源 (6) 4．医学与健康 (6) 5．生物技术 (6) 6．航天和航空 (6) 7．国家安全 (6) 摘要:纳米技术和纳米材料在科技领域扮演着越来越重要的重要角色，纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文主要概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米材料功能应用； 一、纳米材料和纳米技术的基本特点 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100nm或者由他们形成的材料。所以在纳米尺寸上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。纳米材料是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的材料。它包含了三个层次，即：纳米微粒、纳米固体和纳米组装体系。
由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 纳米技术本质上是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术，旨在创造和制备优异性能的纳米材料，设计、制备各种纳米器件和装置，探测分析纳米区域的性质和现象。纳米科技主要包括：①纳米体系物理学；②纳米化学；③纳米材料学；④纳米生物学；⑤纳米电子学；⑥纳米加工学；⑦纳米力学。 二、纳米材料的特性 1.小尺寸效应 ⑴特殊的光学性质 当黄金（Au）被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，所有的金属在纳米颗粒状态都呈为黑色,而且尺越小，颜色愈黑. ⑵特殊的电学性质 介电和压电特性是材料的基本物性之一。纳米半导体的介电行为（介电常数、介电损耗）及压电特性同常规的半导体材料有和很大的不同。 ⑶特殊的磁性 小尺寸超微颗粒的磁性比大块材料强许多倍，大块的纯铁矫顽力约为80A/m，而当颗粒尺寸减小到20nm以下时，其矫顽力可增加1000倍，若进一步减小其尺寸，大约小于6nm时，其矫顽力反而降低到零，表现出所谓超顺磁性 ⑷特殊的热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。 ⑸特殊的力学性质 由纳米超微粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性，这是因为纳米超微粒制成的固体材料具有大的界面，界面原子的排列相当混乱。原子在外力变形条件下容易迁移，因此表现出很好的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性能。这就是目前的一些展销会上推出的所谓“摔不碎的陶瓷碗”。 2．表面效应 纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。随着粒径减
纳米ZnO的制备及表征
化学化工学院材料化学专业实验报告实验实验名称：纳米ZnO的制备及表征. 年级:2015级材料化学日期：2017/09/20 姓名：汪钰博学号：222015316210016同组人:向泽灵 一、预习部分 1.1氧化锌的结构 氧化锌（ZnO）晶体是纤锌矿结构，属六方晶系，为极性晶体。氧化锌晶体结构中，Zn原子按六方紧密堆积排列，每个Zn原子周围有4个氧原子，构成Zn-O4配位四面体结构，四面体的面与正极面C(00001)平行，四面体的顶角正对向负极面(0001)，晶格常数a=342pm, c=519pm,密度为5.6g/cm3，熔点为2070K,室温下的禁带宽度为3.37eV. 如图1-1、图1-2所示： 图1-1 ZnO晶体结构在C (00001)面的投影 图1-2 ZnO纤锌矿晶格图
2 氧化锌的性能和应用 纳米氧化锌(ZnO)粒径介于1- 100nm 之间, 由于粒子尺寸小, 比表面积大, 因而, 纳米ZnO 表现出许多特殊的性质如无毒、非迁移性、荧光性、压电性、能吸收和散射紫外线能力等, 利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、杀菌、图象记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。同时氧化锌材料还被广泛地应用于化工、信息、纺织、医药行业。纳米氧化锌的制备是所有研究的基础。合成纳米氧化锌的方法很多, 一般可分为固相法、气相法和液相法。本实验采用共沉淀和成核/生长隔离技术制备纳米氧化锌粉。 3 氧化锌纳米材料的制备原理 不同方法制备的ZnO晶形不同，如： 3.1共沉淀和成核/生长隔离法 借助沉淀剂使目标离子从溶液中定量析出是材料制备领域液相法的重要技术。常规共沉淀制备是将盐溶液与碱溶液直接混合并通过搅拌的方式实现，由于混合不充分，反应界面小、存在浓度梯度、反应速度和扩散速度慢，先沉淀的粒子上形成新沉淀粒子，新旧粒子的同时存在，导致粒子尺寸分布极不均匀。使合成材料的粒子尺寸和均分散性能受到很大影响，其
浅谈模板法制备纳米材料
日常生产工作中必须严格按照规程规定、操作流程和使用方法正确使用安全工器具，以确保安全生产。据现场调查得知安全工器具的不正确使用主要有以下几种情况： 1．衔接式绝缘棒使用节数不够，伸缩式绝缘棒拉伸不够充足。 2．雨天不使用防雨罩，或防雨罩松动、歪斜、破损，起不到防雨作用。 3．验电时手握在验电器护环以上，使用前不在有电设备上确认验电器是否良好，不同电压等级的验电器交叉使用。 4．绝缘手套使用前不检查气密性，甚至随意抓拿坚硬及有尖刺的物品。 5．接地线的接地端不按要求装设，任意搭、挂和缠绕。 6．安全带不按规定使用、系的松垮随意，起不到安全防护作用。 7．安全帽内胆大小调节不当、不系帽带或系的不够紧，工作中容易歪斜、掉落。 8．手钳等工具使用前不检查绝缘部位是否完好，使用时手握在裸露的金属部位，容易造成作业人员的触电事故。 总之，安全工器具是每个电力职工的切身保镖、忠实的安全员和生命的守护神，只要大家熟练地掌握了各种安全工器具的作用、性能和结构原理，掌握了正确的使用方法和注意事项，并严格按照规程规定操作、使用和维护，就能够确保人身、设备和电网的安全。 2010年第3期 （总第138期）China Hi-Tech Enterprises NO.3.2010（CumulativetyNO.138） 中国高新技术企业 摘要：纳米模板具有独特的纳米数量级的多孔结构，其孔洞孔径大小一致，排列有序，分布均匀。以纳米模板合成零维纳米材料、一维纳米材料（纳米线，纳米管）具有制备效率高，可靠性好等优点，已成为纳米复制技术的关键之一。文章重点综述了近年来模板制备，模板合成中常用的模板类型及应用进展。 关键词：纳米材料；模板法；制备工艺；化合聚合；溶胶-凝胶沉积；化学气相沉积 中图分类号：0614文献标识码：A文章编号：1009-2374（2010）03-0178-02 自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，80年代中期在实验室合成了纳米块体材料，至今已有20多年的历史，但真正成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点是在80年代中期以后。纳米材料的研究大致可划分为三个阶段：第一阶段（1990年以前）主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体（包括薄膜），研究评价表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在80年代末期一度形成热潮。第二阶段（1994年前）人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料，这一阶段纳米复合材料的合成及物性的探索一度成为纳米材料研究的主导方向。第三阶段（从1994年到现在）纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注，正在成为纳米材料研究的新的热点。本文所要介绍的模板法制备纳米材料即为纳米组装体系的一种。 一、模板合成中常用的模板 （一）高分子模板 高分子模板通常是通过采用厚度为6～20μm的聚碳酸脂、聚脂和其它高分子材料经过核裂变碎片轰击使其出现损伤的痕迹，再用化学腐蚀方法使这些痕迹变成孔洞。膜中孔径可以达到微米级，甚至达到纳米级（最小达到10nm），孔率可达到109/cm2，孔分布是随机的、不均匀且无规律，并且很多孔洞与膜面倾斜和相互交叉。 由于高分子模板自身这些特征，使得用这些模板组装的纳米结构不能形成有序的阵列体系。同时由于存在很多的孔之间斜交现象，当人们理论模拟模板合成的纳米微粒的光学特性时，就会出现理论预计和现实情况不相符合的情形，例如，理论预示独立的金属微粒在某个特殊的波段吸收最强，然而，模板合成的这种金属纳米微粒间的物理接触可使这个最大吸收带移动200nm或更多。 （二）阳极氧化铝模板 阳极氧化铝模板（Anodic Aluminum Oxide，AAO）的制备，一般选用高纯铝片（99.9%以上），在硫酸、草酸、磷酸水溶液中经过阳极氧化后得到的。其纳米孔道内径统一，而且呈六方排列，管道密度可达1011/cm2，孔径可在几纳米到几百纳米之间可调。像六方液晶一样，AAO也能提供呈六方排布的孔道，因此用它可合成呈六方对称排列的纳米结构体系。 二、常用的模板合成方法 模板合成方法适用的范围很广，根据模板种类的不同，在合成时必须注意以下方面：（1）化学前驱溶液对孔壁是否浸润，亲水或疏水性质是合成组装能否成功的关键；（2）应控制在孔洞内沉积速度的快慢，沉积速度过快会造成孔洞通道口堵塞，致使组装失败；（3）控制反应条件，避免被组装介质与模板发生化学反应，在组装过程中保持模板的稳定性是十分重要的。下 浅谈模板法制备纳米材料 李宁1，刘晓峰1，孔庆平1，张文彦2 （1.中国兵器工业集团第521研究所，陕西西安710065；2.西北有色金属研究院纳米材料研究中心，陕西西安710016） !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 178 --
纳米材料的制备及应用
本科毕业论文(设计) 题目：纳米材料的制备及应用 学院：物理与电子科学学院 班级： XX级XX班 姓名： XXX 指导教师： XXX 职称： 完成日期： 20XX 年 X 月 XX 日
纳米材料的制备及应用 摘要:近几年来，由于纳米材料有众多特殊性质，人们越来越关注纳米材料。科技的迅猛发展使纳米材料的制备变得更加成熟。本论文讲述纳米材料的制备，以及纳米技术在将来的应用。 关键词：纳米材料物理方法化学方法应用前景
目录 引言 (1) 1.纳米材料的物理制备方法 (1) 1.1物理粉碎法 (1) 1.2球磨法 (2) 1.3.蒸发—冷凝法 (2) 1.3.1.激光加热蒸发法 (2) 1.3.2.真空蒸发—冷凝法 (4) 1.3.3.电子束照射法 (4) 1.3.4.等离子体法 (5) 1.3.5.高频感应加热法 (5) 1.4.溅射法 (6) 2.纳米材料的化学制备方法 (7) 2.1化学沉淀法 (8) 2.2化学气相沉积法 (8) 2.3化学气相冷凝法 (10) 2.4溶胶--凝胶法 (10) 2.5水热法 (11) 3.纳米材料的其他制备方法 (12) 3.1分子束外延法 (12) 3.2静电纺丝法 (13) 4.纳米材料的应用前景 (14) 5.总结 (14) 参考文献 (15) 致谢 (16)
引言 纳米材料是指任一维空间尺度处于1—100nm之间的材料。它有着不同寻常的性质，如小尺寸效应可引起物理性质的突变，从而具有独特的性能；量子尺寸效应和表面与界面效应使其具有了一般大颗粒物不具备的性质，如对红外线、紫外线有很强的反射作用，应用到纺织品中有抗紫外线，隔热保温作用。纳米材料的这些特性使其在化工、物理、生物、医学方面都有非常重要的价值]1[。多年以来，通过科学家们的潜心研究，使纳米材料在其制备及其应用中得到了很大的发展。纳米材料将逐渐进入人们的日常生活，并将成为未来新工业革命的必备材料。 1.纳米材料的物理制备方法 1.1物理粉碎法 物理粉碎法就是用机械粉碎和电火花爆炸等方法得到纳米微粒]2[。此方法操作简单，成本较低，但得到的纳米微粒纯度不高，分布也不均匀。 图1. 机械粉碎法仪器图
水热法制备纳米材料
实验名称：水热法制备纳米TiO2 水热法属于液相反应的范畴，是指在特定的密闭反应器中采用水溶液作为反应体系，通过对反应体系加热、加压而进行无机合成与材料处理的一种有效方法。在水热条件下可以使反应得以实现。在水热反应中，水既可以作为一种化学组分起反应并参与反应，又可以是溶剂和膨化促进剂，同时又是一种压力传递介质，通过加速渗透反应和控制其过程的物理化学因素，实现无机化合物的形成和改进。 水热法在合成无机纳米功能材料方面具有如下优势：明显降低反应温度（100-240℃）；能够以单一步骤完成产物的形成与晶化，流程简单；能够控制产物配比；制备单一相材料；成本相对较低；容易得到取向好、完美的晶体；在生长的晶体中，能均匀地掺杂；可调节晶体生成的环境气氛。 一．实验目的 1.了解水热法的基本概念及特点。 2.掌握高温高压下水热法合成纳米材料的方法和操作的注意事项。 3.熟悉XRD操作及纳米材料表征。 4.通过实验方案设计，提高分析问题和解决问题的能力。 二．实验原理 水热法的原理是：水热法制备粉体的化学反应过程是在流体参与的高压容器中进行，高温时，密封容器中有一定填充度的溶媒膨胀，充满整个容器，从而产生很高的压力。为使反应较快和较充分的进行，通常还需要在高压釜中加入各种矿化物。 水热法一般以氧化物或氢氧化物（新配置的凝胶）作为前驱物，他们在加热过程中溶解度随温度的升高而增加，最终导致溶液过饱和并逐步形成更稳定的氧化物新相。反应过程的驱动力是最后可溶的的前驱物或中间产物与稳定氧化物之间的溶解度差。 三．实验器材 实验仪器：10ml量筒；胶头滴管；50ml烧杯；高压反应釜；烘箱；恒温磁力搅拌器。 实验试剂：无水TiCl4；蒸馏水；无水乙醇。 四．实验过程 1.取10mL量筒, 50mL的烧杯洗净并彻底干燥。 2.取适量冰块放入烧杯中，并加入一定的蒸馏水形成20mL的冰水混合物，用恒温磁力搅拌器搅拌，速度适中。 ，缓慢滴加到冰水混合物中。 3.用量筒量取2mL的无水TiCl 4
纳米材料方面的制备英文文献
Large-scale synthesis of double cauli?ower-like Sb 2S 3microcrystallines by hydrothermal method Lei Wu a ,Hanyue Xu b ,Qiaofeng Han a ,?,Xin Wang a a Key Laboratory for Soft Chemistry and Functional Materials,Ministry of Education,China b School of Electronic and Optical Engineering,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing 210094,China a r t i c l e i n f o Article history: Received 21December 2012 Received in revised form 20March 2013Accepted 21March 2013 Available online 4April 2013Keywords: Cauli?ower-like Assembled Surfactants Microcrystallines a b s t r a c t The double cauli?ower-like Sb 2S 3superstructures assembled by nanorods were prepared using SbCl 3and Na 2S á9H 2O as raw materials,dodecyltrimethylammonium bromide (DTAB,C 15H 31BrN)as surfactant under acidic condition at 180°C for 30h.The structure,morphology and composition of the product were characterized by X-ray diffraction pattern (XRD),transmission electron microscopy (TEM),scanning elec-tron microscopy (SEM),X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)and energy diffraction spectroscopy (EDS).The effect of reaction conditions including temperature,reaction time and surfactants on the sam-ple morphology was discussed and a possible mechanism for the formation of cauli?ower-like Sb 2S 3was proposed.The cauli?ower-like Sb 2S 3microcrystallines revealed broad spectrum response,which may have a good application prospect in solar energy utilization and photoelectric conversion ?elds. ó2013Elsevier B.V.All rights reserved. 1.Introduction Antimony trisul?de (stibnite),a kind of layer-structured V–VI semiconductor material with a direct band gap of 1.5–2.2eV,pos-sesses excellent photosensitivity as well as thermoelectricity,which is widely used in microwave devices,electronic equipment,solar,thermoelectric cooling devices [1–5]. Compared with traditional materials,nanomaterials have re-ceived considerable attention due to their unique physical and chemical properties and wide applications in the fabrication of optical and electronic devices.Research on the controllable prepa-ration of nanomaterials with unique structures and morphologies has become an important ?eld for developing nanomaterials.Spe-cially,a variety of self-assembling patterns of inorganic crystals with naturally inspired morphologies have been obtained.For example,Pilapong research group synthesized double-sheaves of Sb 2S 3crystals by using thiourea as sulfur source,antimony acetate as antimony source and copolymer as a crystal splitting agent un-der acidic condition at 200°C [6].Mo and co-workers prepared Sb 2S 3with nanorod,dentrites,straw-tied-like morphology via a precursor–solvothermal–pyrolysis route [7].Our group synthe-sized peanut-shaped Sb 2S 3superstructures by using xanthate as precursors [8].A variety of novel morphologies of Sb 2S 3such as feather-like,radioactive dendrite-like,prism–sphere-like,prickly sphere-like,?ower-like and plate–sphere-like aggregated by one-dimensional (1-D)building blocks were obtained by Hu et al.[9].Surfactants can effectively control morphologies and structures of nanoparticles because they can parcel at the particle surface through coordination or charge effect.Sb 2S 3nanoparticles with various morphologies have been prepared by using polyvinylpyr-rolidone (PVP)[10,11],macrogol 400(PEG-400)and emulsi?er OP-10as the surfactants [12]. Herein,we describe the synthesis of cauli?ower-like Sb 2S 3microcrystallines via a surfactant (dodecyltrimethylammonium bromide DTAB)assisted hydrothermal route by using SbCl 3and Na 2S as raw materials.As compared to ?ower-like Sb 2S 3micro-structures obtained by using potassium antimony tartrate as anti-mony source [13]or triethanolamine as solvent [14],raw materials were simpler and the morphology of the products were more reg-ular in our work.The effect of reaction time,reaction temperature,surfactant and the ratio of raw materials on the structures and morphology of the products was carefully investigated. 2.Experimental section 2.1.Synthetic procedure In a typical experiment, 1.0g (4.4mmol)antimony trichloride (SbCl 3)was added to 20ml distilled water,and concentrated hydrochloric was added into the solution till white precipitate disappeared completely.4.2g (17.5mmol)so- 0925-8388/$-see front matter ó2013Elsevier B.V.All rights reserved.https://www.docsj.com/doc/1e17721009.html,/10.1016/j.jallcom.2013.03.199 Corresponding author.Tel.:+862584315943. E-mail addresses:hanqiaofeng@https://www.docsj.com/doc/1e17721009.html, ,hanqiaofeng@https://www.docsj.com/doc/1e17721009.html, (Q.Han).