21世紀最有前途的材料II——納米材料的制備與應(yīng)用李東升，王文亮，鞏育軍，史振民，朱振英。（1.化學(xué)反應(yīng)工程省緞重點實驗室，陜西延安716000；2.綏德師范學(xué)校陜西綏穗7L8000）摘要：主要介紹7二維納米薄膜、三維納米晶體材料和納米復(fù)合材料的制奮方法，探討j各種方法的特?點與適用性，并展望了納采材料在催化、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、傳感器、陶瓷廈生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：納米材料：制備；應(yīng)用中圖分類號：O.614文獻標(biāo)識碼A文章編號：1004602X（2001）03—006404前文概述了納米樹料的結(jié)構(gòu)特征和化學(xué)特沉積物.沉積物首先是超微粒子.然后形成納米薄性.本文將側(cè)重介紹納米材料的制備及應(yīng)用。膜。該法已廣泛用于沉積各種單晶、多晶或玻璃態(tài)無機物納米薄膜材料。隨著高科技的迅速發(fā)展，CVD1納米材料的制備方法技術(shù)得到不斷創(chuàng)新.出現(xiàn)了高頻CVD、等離子體cVD、激光cVD等技術(shù)由于納料材料的制備方法和工藝過程的不同對1、1.3濺射法“’在惰性氣體或活潑氣體氣氛中+其結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用具有重要影響，所以.納米材料在陽極和陰極蒸發(fā)材料間加上幾百伏的電壓，使之的制備方法探索在納米材料科學(xué)研究中占有舉足輕產(chǎn)生輝光放電，放電中產(chǎn)生的離子撞擊在陰極靶（蒸重的地位。目前.文獻綜述報道多為零維納米粉體材發(fā)材料）上，靶材料濺射出的原子并被惰性氣體冷卻料的制備方法，而對二維納米薄膜及三維納米晶而凝結(jié)形成納米薄膜。用此法已制備出納米金屬Ti體材料制備方法的綜述較少-本文側(cè)重介紹這兩和Ni等薄膜。該法所得納米薄膜組分均勻、表面光類納米材料及納米復(fù)合材料的制備方法滑，但對設(shè)備要求較高。1.1納米薄膜的制備方法1、1.4LB膜法“LB膜是利用分子間相互作1_1_1溶膠凝膠法（SolGel法）_。 Sol用人為地建立起來的特殊分子體系.是分子水平上Gel法是利用金屬有機物或無機物在某種溶劑中與的有序組裝體。簡單地講，LB膜技術(shù)的原理就是利水發(fā)生反應(yīng).經(jīng)過水解與縮聚過程而逐漸凝膠化.再用具有琉水端和親水端的兩親性分子在氣?液界面經(jīng)干燥、低溫?zé)崽幚碇频盟璋袅系姆椒?。該法常用的定向性質(zhì).在側(cè)向施加一定壓力(高于數(shù)十個大氣于制備納米粉體、納米薄膜及納米復(fù)合材料。已制備壓)的條件下。形成分子的緊密定向排列的單分子出MgO、BaTiO3、TiO、Lai~SrFeO3等納米薄膜膜。這種定向排列可通過一定的掛膜方式有序、均勻該法雖具有組分均勻、配比精確、粒度分布窄、臺成的轉(zhuǎn)移到固定截片上.制得LB膜。再在一定條件下溫度低及過程易控制等優(yōu)點，但仍存在成本高、處理和氣體反應(yīng).從而在二維表面上形成納米薄膜。該法時間長等缺點?？捎糜谥苽浼{米微粒、厚度可控的有機超薄膜及無1.1、2化學(xué)氣相沉積法(CVD)B利用氣態(tài)物質(zhì)機?有機層交替納米復(fù)合膜目前已臺成出納米在一定溫度、壓力下于固體表面進行反應(yīng).生成固態(tài)PdS/花生酸LB膜、CdS/花生酸LB膜及CdS、 均勻的復(fù)合材料。已制備出HgS—CdS、CdSe—CdSTiO。、FeO等納米復(fù)合薄膜材料。 納米粒子及GaP/聚臺物納米復(fù)合材料等?！縚3.2層間嵌插復(fù)合法“層問嵌插復(fù)合法是將】_1.5分子自組裝法(sA)“”SA法是以陰、陽離子的靜電作用為驅(qū)動力而制備單層和多層有序有機聚合物嵌入具有層狀結(jié)構(gòu)的無機物夾層中進行膜。在SA膜中，單層與基板、以及層與層之問極強原位復(fù)合，從而實現(xiàn)聚合物與無機物在納米尺度上的復(fù)合。按照復(fù)合過程又可分為插層聚合和聚合物的靜電作用，使該類膜的熱穩(wěn)定性和力學(xué)穩(wěn)定性均有較大提高。該法操作簡單，且膜的厚度可很方便地插層兩種方法。這是制備新型高性能、聚合物基納米控制，現(xiàn)已成為納米薄膜材料的主要制備方法之一復(fù)合材料的重要方法已成功制備出cdse/PPV、TiO°/PPS、TiO!/PD1.3.3離子交換法利用離子交換法可制備具DA、CdS/PDDA等多層復(fù)合納米膜。有棱一殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合納米粒子.先l形成核.再經(jīng)過離除上述方法外.還有脈沖激光法、澆鑄成膜法、 子交換形成殼。陵法主要適用于制備金屬和硫化物納分子束外延法及超聲噴霧法等，困篇幅有限+在此不米粒子。已成功地制各了CdS/HgS等復(fù)合納米粒再贅述。子】_3.4直接分散法將無機納米微粒直接分散1.2納米晶體材料的制備方法“于有機基質(zhì)中制備無機聚合物納米復(fù)合材料的方法三維納米晶體材料的制備及合成技術(shù)一直是納稱為直接分散法，其中聚合物基質(zhì)多選具有良好性米材料科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)一個重要的研究課題。目前已有能的功能材料。用此法已合成出聚毗咯S[O、聚毗多種制備這類納米材料的方法，按其界面形成過程咯O：等納米復(fù)合材料?？煞譃槿箢?.4納米粉體的幾種新型制備方法1,2,l外壓力臺成法該法利用不同的壓制成型1.4.1超聲化學(xué)法“它是利用超聲空化能量技術(shù)（如金屬蒸發(fā)凝聚一原位冷壓型技術(shù)、超細粉冷壓技術(shù)、熱壓及燒結(jié)鍛壓技術(shù)等），將已獲得的零維蚋加速和控制化學(xué)反應(yīng)、提高反應(yīng)速率、引發(fā)新的化學(xué)反應(yīng)的一門翱興邊緣交叉學(xué)科由于超聲空化，產(chǎn)生米粉體壓結(jié)成塊，或再經(jīng)熱處理得大尺寸三維納米晶體材料.已制備出金屬間納米化合物Ti-Al和Fe一微觀極熱，熱續(xù)期間又非常短。因此.可產(chǎn)生非常的AI一、納米單質(zhì)金屬Pd、Cu及納米相陶瓷等。 化學(xué)變化，它不同于傳統(tǒng)的光化學(xué)、熱化學(xué)和電化學(xué)過程。超聲空化現(xiàn)象存在于液體中的傲氣核（空化1.2.2沉積舍成法沉積合成法包括氣相沉積、電核）。在聲場的作用下振動生長和崩潰閉合的動力學(xué)解沉積、激光脈沖沉積及等離子體沉積等方法。利用電解沉積法可制得厚度為100m一2IllIgn的塊狀納過程中，空泡崩潰閉合時.泡內(nèi)的氣體或蒸氣被壓縮而產(chǎn)生高溫及局部高壓并伴隨著發(fā)光、沖擊波.這恰米晶體。好為化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)造了一個獨特的條件。本法已成功1.2.3相變界面合成法利用熱壓技術(shù)與非晶晶化法相結(jié)合.先將超細非晶粉未壓結(jié)成完全致密的制備出納米非晶鐵微粒、LaCoO納米品，并用于由塊狀非晶樣品.再利用非晶晶化法獲得三維大尺寸SiO合成納米材料的探索中1.4.2微波水熱合成法該法是在微波幅照納米晶體。下.采用水解及沉淀法制備納米粉體。其特點是在較除此之處.還有溶濟熱合成法、機械臺金化法及無壓力燒結(jié)技術(shù)等。上述這些方法尚處于實驗研究低溫度下+極短時間內(nèi)可得到粒度分布均勻的納米階段，還無法批量生產(chǎn)為此+開發(fā)新一代的納米晶粒子.同時可實現(xiàn)定量地控制沉淀+大幅度提高產(chǎn)率。目前已用于制備球形一FeO納米粉體及A1N體制備技術(shù)成為各國大力探索發(fā)展的方向納米微粒。1.3納米復(fù)合材料的制備方法1.4.3一射線輻照法0“”它利用水輻解產(chǎn)生復(fù)合材料具有廣闊的應(yīng)用前景，在材料科學(xué)發(fā)的水臺電子（;）作為還原劑，將溶液中的金屬離子展中占有重要地位。納米復(fù)合材料的制備及應(yīng)用研等還原，還原后的粒子團聚形成粒度較小的納米顆究是可望在近期取得重大突破的研究領(lǐng)域之一.吸粒這種方法具有在常溫常壓下進行操作和可批量日I著眾多研究者。目前制備納米復(fù)合材料的方法除生產(chǎn)的顯著優(yōu)點。因而受到普遍關(guān)注。已報道的合1.1中已討論過的Sol—Gel法及LB膜法外，還有成產(chǎn)物有Mn。O、MoO、Cu0、NiS等納米粉末。以下幾種。3.1混舍法0通過不同方式將納米粒子與基2納米材料的應(yīng)用體(如聚合物)進行充分混合+使之發(fā)生有機鍵合，最后得到納米復(fù)臺材料。按混合方式的不同可分為物盡管納米材料在工業(yè)中廣泛的實際應(yīng)用尚有不理法和化學(xué)法兩大類其中化學(xué)方法更易制得分散少困難，納米材料的制備絕大多數(shù)還未實現(xiàn)工業(yè)化.但它的獨特性能使之在化學(xué)、機械、電子、磁學(xué)、光學(xué)的應(yīng)用前途。精細陶瓷材料在陶瓷基中引入納米分散相進等方面表現(xiàn)出的特異性能和廣闊的應(yīng)用前景已引起行復(fù)合，或制備納米相陶瓷，能使材料的力學(xué)性能得人們對這類材料應(yīng)用開發(fā)的濃厚興趣從近年來的文獻報道看，以下幾方面在近期內(nèi)可望取得重大突破。到極大改善，其突出的特點表現(xiàn)為高耐腐蝕、高抗斷裂及耐高溫等性能，可望用于航空航天、精密機械制1在催化方面的應(yīng)用造等高科技領(lǐng)域。催化是納米材料應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一，利用其高的比表面積與活性，可以顯著地增加催化效率，國2.4在電子學(xué)方面的應(yīng)用際上已將其作為第四代催化劑進行研究和開發(fā)。納現(xiàn)代計算機能繼續(xù)發(fā)展的主要因素是徽電子器米LaFeO及其摻雜(Sr，Mn)復(fù)合氧化甲烷、納米件的集成度不斷提高，其芯片上的功能元件尺寸不Cu：(OH)CI-CuO粉體催化HO：分解、納米Ni斷減小目前市場上銷售芯片的元件密度為10‘bit/—cm，實驗室研制的已達10bit/era。當(dāng)功能元件尺B(P)非晶作為新型石油化工加氫催化劑及c0MnO超細粒子催化CO加氫合成低碳醇等均寸小到納米級時，預(yù)測其密度將達到l0bit/cm.按這一密度計算，現(xiàn)令的一塊計算機用的35的大取得了滿意的效果。另外，納米Fe、Ni、百一FeO混小盤可存入500萬本圖書，這是我國現(xiàn)在省級圖書合輕燒結(jié)體還可代替貴金屬作為汽車尾氣凈化催化館的藏書量“?；针娮悠骷募{米化，會使其功能荊等等。上述例子均表明，催化材料的納米化，使其產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，這必然引起計算機的革命性變化，同效率成倍提高、應(yīng)用領(lǐng)域大大拓寬，顯示了廣闊的發(fā)時將會大大促進信息社會的發(fā)展。展前景。2,5在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用2.2在光化學(xué)、電化學(xué)方面的應(yīng)用納米微粒的尺寸一般比生物體內(nèi)的細胞、紅血納米材料具有特殊的光學(xué)性能，已用于光電轉(zhuǎn)換球小得多，這就為生物學(xué)研究提供了一個新的途徑，及光催化太陽能轉(zhuǎn)換過程中“。這方面的研究即利用納米微粒進行細胞分離、細胞染色及利用納CdS或TiO納米粒子居多.實際過程包括界面電荷米粒子制成特殊藥物或新型抗體進行局部定向治療轉(zhuǎn)移等復(fù)雜機理。另外，在光化學(xué)中.納米粒子還用作等。但最具誘惑力的是將納米科技與生物學(xué)相結(jié)無機及有機廢物的光解催化劑或試劑。合，研制納米機器人n。這種技術(shù)的誘人應(yīng)用是將納米材料電極的制備也吸引著眾多的研究開發(fā)多功能納米機器人注入人體血管里，進行壘身健康者，已研制出CdS超微粒子薄膜電極、TiO：超微粒檢查、治療，包括琉通腦血管中的血栓，清除心臟動子半導(dǎo)體電極及CdSe光電化學(xué)池中的光電極等，脈脂肪沉積物，殺死癌細胞，器官修復(fù)等。這類電極已顯示出一定的宴用價值2.3在材料方面的應(yīng)用3結(jié)束語磁性材料磁性納米微粒具有單磁疇結(jié)構(gòu)、矯頑力高的特性，可制成各種磁卡、磁流體，還可作為納米材料科學(xué)的發(fā)展不僅為化學(xué)、物理學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科的交叉發(fā)展提供新的機遇，而且為磁記錄材料改善音質(zhì)、圖像和提高信噪比。此外，近人們提供了嶄新的思維方式，即直接原子、分子在年開發(fā)研制的納米巨磁電阻材料、納米致冷工質(zhì)、納納米尺度上制造具有特定功能的產(chǎn)品，宴現(xiàn)生產(chǎn)方米微晶軟磁及永磁材料在磁記錄、貯存、傳感、致冷式的飛躍，來滿足更高層次的要求。因此.納米材料等方面的應(yīng)用均取得了重要進展，這都表明納米科學(xué)應(yīng)稱為“納米科學(xué)”，它并不局限于某一個領(lǐng)域，磁性材料具有巨大的發(fā)展?jié)摿Χ鴳?yīng)是包含多個學(xué)科交叉的橫斷學(xué)科。國際納米科光學(xué)材料摻有CdS或CdSe的納米復(fù)臺材料有較高的三階非線性光學(xué)系數(shù)和高的響應(yīng)速度，因技會議將其細分為六個主要分支，即納米電子學(xué)、納米物理學(xué)、納米化學(xué)、納米生物學(xué)、納米機械學(xué)和納而在非線性光學(xué)材料領(lǐng)域顯示出潛在的應(yīng)用價值高的響應(yīng)速度可使計算機信息處理速度得到大幅米測量學(xué)。目前“納米科學(xué)的研究正處于重大突破的前夜，它所取得的一系列成果已使全人類為之震度的提高，為下一步發(fā)展壘光計算機打下堅實的基礎(chǔ)_2。此外，巖鹽型ZnO納米微粒具有明顯類似于動，并引起全世界關(guān)心未來發(fā)展的科學(xué)家的思索。我國科學(xué)家錢學(xué)森曾精辟地預(yù)言“納米左右和納米以激子限域下激子半導(dǎo)體納米微粒的光學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)下結(jié)構(gòu)將是下一階段科技發(fā)展的重點，會是一次技特征，因而有可能成為一種新的光學(xué)材料。術(shù)革命，從而將引起21世紀又一次產(chǎn)業(yè)革命”。傳感器材料利用納米微粒巨大的表面積、高致謝：在查閱資料過程中物理與電子信息系王活性和特異物性的特點可制成氣敏、濕敏、光敏、延風(fēng)館給予j極大幫助.謹致謝忱。溫敏等多種傳感器，其優(yōu)點是響應(yīng)速度快，靈敏度高、選擇性優(yōu)良。所，納米材料在傳感領(lǐng)域有廣闊參考文獻：［1］ 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