納米材料制備方法研究

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1、納米材料制備方法研究摘要:介紹了幾種納米材料的物理和化學(xué)制備方法,并對(duì)不同方法的優(yōu)劣進(jìn)行了討論?！　￡P(guān)鍵詞:納米材料;物理方法;化學(xué)方法　　　　1引言　　　　納米材料和納米科技被廣泛認(rèn)為是二十一世紀(jì)最重要的新型材料和科技領(lǐng)域之一。早在二十世紀(jì)60年代,英國(guó)化學(xué)家Thomas就使用“膠體”來(lái)描述懸浮液中直徑為1nm-100nm的顆粒物。1992年,《NanostructuredMaterials》正式出版,標(biāo)志著納米材料學(xué)成為一門獨(dú)立的科學(xué)。納米材料是指任意一維的尺度小于100nm的晶體、非晶體、準(zhǔn)晶體以及界面層結(jié)構(gòu)的材料。當(dāng)粒子尺寸小至納米級(jí)時(shí),其本身將具有表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、

2、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng),這些效應(yīng)使得納米材料具有很多奇特的性能。自1991年Iijima首次制備了碳納米管以來(lái),一維納米材料由于具有許多獨(dú)特的性質(zhì)和廣闊的應(yīng)用前景而引起了人們的廣泛關(guān)注。納米結(jié)構(gòu)無(wú)機(jī)材料因具有特殊的電、光、機(jī)械和熱性質(zhì)而受到人們?cè)絹?lái)越多的重視。美國(guó)自1991年開(kāi)始把納米技術(shù)列入“政府關(guān)鍵技術(shù)”,我國(guó)的自然科學(xué)基金等各種項(xiàng)目和研究機(jī)構(gòu)都把納米材料和納米技術(shù)列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目。由于納米材料的形貌和尺寸對(duì)其性能有著重要的影響,因此,納米材料形貌和尺寸的控制合成是非常重要的。作為高級(jí)納米結(jié)構(gòu)材料和納米器件的基本構(gòu)成單元(Bui1dingBlocks),納米顆粒的合成與組裝是納

3、米科技的重要組成部分和基礎(chǔ)。本文簡(jiǎn)單綜述了納米材料合成與制備中常用的幾種方法,并對(duì)其優(yōu)劣進(jìn)行了比較?！　　　?納米材料的合成與制備方法　　　　2.1物理制備方法　　2.1.1機(jī)械法　　機(jī)械法有機(jī)械球磨法、機(jī)械粉碎法以及超重力技術(shù)。機(jī)械球磨法無(wú)需從外部供給熱能,通過(guò)球磨讓物質(zhì)使材料之間發(fā)生界面反應(yīng),使大晶粒變?yōu)樾【Я?得到納米材料。范景蓮等采用球磨法制備了鎢基合金的納米粉末。xiao等利用金屬羰基粉高能球磨法獲得納米級(jí)的Fe-18Cr-9arcusJones等以CdO為原料,通過(guò)加入Zn(CH3)2和S[Si(CH3)3]2制得了ZnS包裹的CdSe量子點(diǎn),顆粒平均粒徑為3.

4、3nm,量子產(chǎn)率(quantumyield,QY)為13.8%。　　2.2.2離子液法　　離子液作為一種特殊的有機(jī)溶劑,具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),如粘度較大、離子傳導(dǎo)性較高、熱穩(wěn)定性高、低毒、流動(dòng)性好以及具有較寬的液態(tài)溫度范圍等。即使在較高的溫度下,離子液仍具有低揮發(fā)性,不易造成環(huán)境污染,是一類綠色溶劑。因此,離子液是合成不同形貌納米結(jié)構(gòu)的一種良好介質(zhì)。Jiang等以BiCl3和硫代乙酰胺為原料,在室溫下于離子液介質(zhì)中合成出了大小均勻的、尺寸為3μm—5μm的Bi2S3納米花。他們認(rèn)為溶液的pH值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等條件對(duì)納米花的形貌和晶相結(jié)構(gòu)有很重要的影響。他們證實(shí),這些納米花由直徑

5、60nm—80nm的納米線構(gòu)成,隨老化時(shí)間的增加,這些納米線會(huì)從母花上坍塌,最終形成單根的納米線。趙榮祥等采用硝酸鉍和硫脲為先驅(qū)原料,以離子液為反應(yīng)介質(zhì),合成了單晶Bi2S3納米棒。　　2.2.3溶劑熱法　　溶劑熱法是指在密閉反應(yīng)器(如高壓釜)中,通過(guò)對(duì)各種溶劑組成相應(yīng)的反應(yīng)體系加熱,使反應(yīng)體系形成一個(gè)高溫高壓的環(huán)境,從而進(jìn)行實(shí)現(xiàn)納米材料的可控合成與制備的一種有效方法。Lou等采用單源前驅(qū)體Bi[S2P(OC8H17)2]3作反應(yīng)物,用溶劑熱法制得了高度均勻的正交晶系Bi2S3納米棒,且該方法適于大規(guī)模生產(chǎn)。Liu等用Bi(NO3)3．5H2O、NaOH及硫的化合物為原料,

6、甘油和水為溶劑,采用溶劑熱法在高壓釜中160℃反應(yīng)24-72h制得了長(zhǎng)達(dá)數(shù)毫米的Bi2S3納米帶?！　?.2.4微乳法　　微乳液制備納米粒子是近年發(fā)展起來(lái)的新興的研究領(lǐng)域,具有制得的粒子粒徑小、粒徑接近于單分散體系等優(yōu)點(diǎn)。1943年Hoar等人首次報(bào)道了將水、油、表面活性劑、助表面活性劑混合,可自發(fā)地形成一種熱力學(xué)穩(wěn)定體系,體系中的分散相由80nm-800nm的球形或圓柱形顆粒組成,并將這種體系定名微乳液。自那以后,微乳理論的應(yīng)用研究得到了迅速發(fā)展。1982年,Bouton等人應(yīng)用微乳法,制備出Pt、Pd等金屬納米粒子。微乳法制備納米材料,由于它獨(dú)特的工藝性能和較為簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置,在實(shí)

7、際應(yīng)用中受到了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。4結(jié)論　　　　納米材料由于具有特異的光、電、磁、催化等性能,可廣泛應(yīng)用于國(guó)防軍事和民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。它不僅在高科技領(lǐng)域有不可替代的作用,也為傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)帶來(lái)生機(jī)和活力。隨著納米材料制備技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)及應(yīng)用范圍的拓展,工業(yè)化生產(chǎn)納米材料必將對(duì)傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)和其它產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重大影響。但到目前為止,開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品較難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、商品化規(guī)模。主要問(wèn)題是:對(duì)控制納米粒子的形狀、粒度及其分布、性能等的研究很不