文档介绍：微波法在纳米材料制备中的应用
□汪萍李婷
(镇江市高等专科学校化工系江苏·镇江212003)
摘要简要介绍了微波加热的作用原理及其特点,简述了近几年来微波在纳米金属氧化物、纳米金属化合物、半导体材料、纳米新型材料中的应用。作为一种新型的绿色化学合成方法, 将成为研究的热点。
关键词微波纳米材料制备技术
中图分类号:TQ12 文献标识码:A 文章编号:1672- 7894(2008)12- 274- 02
1967 年,Williams 报道了用微波加快某些化学反应的实验研究结果,由此微波辐射技术扩展到了化学领域。1986 年,Gedye R 等在微波炉内进行了酯化、水解等化学反应,于是微波开始用于合成化学。此后,微波技术便逐渐渗透应用于化学的各个领域[1- 3]。微波(Microwave,MW)是指波长从1 mm~1m,频率从300 MHz~300 GHz介于无线电波和红外线之间的电磁波。微波比其它用于辐射加热的电磁波,如红外线、远红外线等波长更长,因此具有更好的穿透性。
微波加热技术作为一种新型绿色化学方法,其加热方式不同于传统加热,传统加热是通过辐射、对流、传导这三种方式由表及里进行的,而微波加热是材料在电磁场中由介质损耗而引起的介电加热产生热效应,具有波辐射加热不仅速度快、条件温和、效率高,而且所制备的微粒比表面积大、粒径小、尺寸分布较均匀,还能提高反应速率和反应选择性,因此能缩短反应时间并提高反应产率。采用微波技术进行化学合成不但可以大大提高反应速率(2~3 个数量级),节省大量的能源和时间,而且由于微波独特的非热传递式的加热方式,使得微波的热效应和非热效应同时影响化学反应的进行,比传统合成方法更能得到结构完好,形态均一的产品,甚至是一些传统合成方法不能得到的产品[4- 10]。
过去十几年的研究表明微波能量具有极好的影响化学过程的能力。这些包括了化学和物质的合成及分离。尤其是,近年来的研究证明了在制备纳米材料时使用微波能量对于降低反应时间具有重要意义。更进一步的微波合成技术证明相比于传统水热合成它可以制备更多均质的产品。然而合成速率增强的机理和工程学还不清楚。
1 微波辅助合成纳米金属氧化物
近年来,微波法作为合成纳米金属氧化物的有效手段得到广阔的发展。具有较高的表面活性和磁性能, 以及纳米微粒特有的小尺寸效应、表面效应、量子效应、催化、发光特性的纳米Fe3O4的微波法制备报道较少。海岩冰[11]等分别用微波法和化学沉淀法、超声法、磁力搅拌法制备纳米Fe3O4,对样品进行了TEM分析,并将各种方法的制备周期、产率、操作以及制得样品的粒径、形貌进行了比较,结果发现用微波法制备纳米Fe3O4是一种快速简便的制备方法,只需8s 就可以得到团聚较少,产率较高,粒径为30 nm 的微球形纳米Fe3O4。而其它方法团聚都较严重,并且制备周期要长得多,产率也较微波法低。
作为光催化剂的纳米TiO2制备方法主要有气相沉积法、溶胶凝胶法和水热氧化法等,由于对设备和技术要求高、成本高,因而阻碍了规模生产的进行。刘平安等[12]采用微波加热均匀沉淀法,以钛液为原料、尿素为沉淀宿主制备了锐钛矿型的纳米TiO2,利用XRD和TEM表征了粉体的晶体结构和形貌。研究了微波功率、微波辐射的连续性以及尿素配比(钛和尿素的摩尔比)对产品量和粒径的影