文档介绍：纳米材料的制备方法及其应用纳米材料的制备方法与应用贾警()蒙小飞 1引言自从1984年德国科学家Gleiter等人首次用惰性气体凝聚法成功地制得。铁纳米微粒以来,由于纳米材料有明显不同于体材料和单个分子的独特性质—小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子轨道效应等,以及其在电子学、光学、化工、陶瓷、生物和医药等诸多方面的重要价值。引起了世界各国科学家的浓厚兴趣。几十年来,对纳米材料的制备、性能和应用等各方面的研究取得了丰硕的成果。纳米材料指其基本组成颗粒尺寸为纳米数量级,处于原子簇和宏观物体交接区域的粒子。颗粒直径一般为1~100nm之间。颗粒可以是晶体,亦可以是非晶体。由于纳米材料具有其特殊的物理、机械、电子、磁学、光学和化学特性,可以预见,纳米材料将成为21世纪新一轮产业革命的支柱之一。 2纳米材料的制备方法纳米材料有很多制备方法,在此只简要介绍其中几种。溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是材料制备的是化学方法中的较为重要的一种,它提供一种再常温常压下合成无机陶瓷、玻璃、及纳米材料的新途径。溶胶-凝胶法制备纳米材料的主要步骤为选择要制备的金属化合物,然后将金属化合物在适当的溶剂中溶解,然后经过溶胶-凝胶过程而固化,在经过低温处理而得到纳米粒子。热合成法热合成法制备纳米材料是在高温高压下、水溶液中合成,在经过分离和后续处理而得到纳米粒子,水热合成法可以制备包括金属、氧化物和复合氧化物在内的产物。主要集中在陶瓷氧化物材料的制备中。有机液相合成有机液相合成主要采用在有机溶剂中能稳定存在金属、有机化合物及某些具有特殊性质的无机化合物为反应原料,在适当的反应条件下合成纳米材料。通常这些反应物都是对水非常敏感,在水溶剂中不能稳定存在的物质。最常用的反应方式就是在有机溶剂中进行回流制备。惰性气体冷凝法惰性气体冷凝法是制备清洁界面的纳米粉体的主要方法之一。其主要过程是在真空蒸发室内充入低压惰性气体,然后对蒸发源采用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体。原料气体分子与惰性气体分子碰撞失去能量,凝集形成纳米尺寸的团簇,然后骤冷。该方法制备的纳米材料纯度高,工艺过程中无其它杂质污染,反应速度快,结品组织好,但技术设备要求高。反相胶束微反应器法油包水微乳液中反相胶束的微液滴是一种特殊纳米空间,以此为反应场,可使不同胶束中的反应物进行互换,并进行反应,从而制备纳米级微粒。在制备过程中,反相胶束是一个微小的反应场,称其为智能微反应器。利用反应胶束微反应器进行纳米材料制备时,反应物加入方式有直接加入法和共混入法两种方式,不同的加入方式对应不同的反应机理,但结果都是相同的,都能制备出高度分散、粒度均匀的纳米粒子。深度塑性变形法深度塑性变形法是指材料在准静态压力的作用下发生的严重塑性变形,从而使材料的尺寸细化到纳米量级。块体材料在准静压力下,一般细化为晶态材料和非晶态材料的混合物, 然后经过一定的热处理,从而形成纳米材料。该方法制备的材料纯度高,粒度可控性好。3纳米材料的应用纳米材料在催化剂方面的应用在许多化学化工领域中催化剂起着举足轻重的作用,它可以控制反应时间,提高反应效率和反应速度。在催化剂上,纳米材料有极强的优势,纳米材料的比表面积大,表面活性中心多,这为作催化剂提供了必要条件。同时纳米材料的体积效应和表面效应决定了它具有良好的催化活性和催化反应选择性。它可大大提高反应效率,控制反应速度,对比一般催化剂,纳米微粒催化剂可提高反应速度10~15倍。起化学催化作用的纳米微粒催化剂主要有以下几种。一是直接用金属纳米微粒作催化剂,该类催化剂以贵金属的纳米粉末为主,Fe,Co,Ni等贱金属也得到了一定应用。一些金属微粒作为催化剂时,除了提高反应效率外,还具有良好的选择性,并且这种选择性与纳米微粒的颗粒度有关。二是将金属纳米微粒到多孔性载体上作催化剂。常用的载体有氧化铝、二氧化硅、氧化镁、二氧化钛、沸石和活性炭等多孔性载体,负载的金属纳米微粒的粒径约为1~100nm。可以将多种金属纳米微粒同时负载或制成复合金属纳米微粒后负载到同一载体上,能够进一步增加催化剂的选择性。三是用有关化合物的纳米微粒作为催化剂,如MnS、ZnS、CdS和FeS等硫化物纳米微粒加入到煤、油等燃料后,对煤、油等燃料的燃烧有很好的催化剂助燃作用,同时不会增加尾气中的硫含量。除化学催化作用外,半导体纳米粒子的光催化和热催化作用已经引起人们的广泛重视并在催化降解有机物等方面得到了一定应用。纳米材料在制备新型工程材料中的应用纳米材料的小尺寸效应使其在较低温度下烧结就可获得质地优异的烧结体,且不用添加剂仍能保持其良好的性能,可用于制备低温烧结材料。同时这些纳米材料由于烧结温度低、流动性大、渗透性强、烧结收缩大,可作为相关烧结过程的活化剂使用,对加快烧结过程、缩短烧结时间和降低烧结