纳米技术与纳米材料(ppt96)-工艺技术(编辑修改稿)

纳米技术与纳米材料(ppt96)-工艺技术(编辑修改稿)内容摘要：

发展出电化学热法以及微波水热合成法。 前者将水热法与电场相结合，而后者用微波加热水热反应体系。 与一般湿化学法相比较，水热法可直接得到分散且结晶良好的粉体，不需作高温灼烧处理，避免了可能形成的粉体硬团聚。 5溶剂热合成法 用有机溶剂代替水作介质，采用类似水热合成的原理制备纳米微粉。 非水溶剂代替水，不仅扩大了水热技术的应用范围，而且能够实现通常条件下无法实现的反应，包括制备具有亚稳态结构的材料。 苯由于其稳定的共轭结构，是溶剂热合成的优良溶剂，最近成功地发展成苯热合成技术，溶剂加压热合成技术可以在相对低的温度和压力下制备出通常在极端条件下才能制得的、在超高压下才能存在的亚稳相。 6微乳液法 微乳液通常是有表面活性剂、助表面活性剂 (通常为醇类 )、油类 (通常为碳氢化合物 )组成的透明的、各向同性的热力学稳定体系。 微乳液中，微小的“水池”为表面活性剂和助表面活性剂所构成的单分子层包围成的微乳颗粒，其大小在几至几十个纳米间，这些微小的“水池”彼此分离，就是“微反应器”。 它拥有很大的界面，有利于化学反应。 这显然是制备纳米材料的又一有效技术。 与其它化学法相比，微乳法制备的粒子不易聚结，大小可控，分散性好。 运用微乳法制备的纳米微粒主要有以下几类：(1)金属，如 Pt， Pd， Rh， Ir[84]Au,Ag,Cu等； (2)硫化物 CdS，PbS， CuS等； (3)Ni, Co, Fe等与 B的化合物 [； (4)氯化物 AgCl，AuCl3等； (5)碱土金属碳酸盐，如 CaCO3， BaCO3， SrCO3；(6)氧化物 Eu2O3， Fe2O3， Bi2O3及氢氧化物 Al(OH3)等。 微乳液法制备 Fe2O3示意图 利用外部提供必要的能量诱发高放热化学反应，体系局部发生反应形成化学反应前沿 (燃烧波 )，化学反应在自身放出热量的支持下快速进行，燃烧波蔓延整个体系。 反应热使前驱物快速分解，导致大量气体放出，避免了前驱物因熔融而粘连，减小了产物的粒径。 体系在瞬间达到几千度的高温，可使挥发性杂质蒸发除去。 例如，以硝酸盐和有机燃料经氧化还原反应制备 Y掺杂的10nmZrO2粒子，采用柠檬酸盐 /醋酸盐 /硝酸盐体系，所形成的凝胶在加热过程中经历自点燃过程，得到超微。 在合成氮化物、氢化物时，反应物为固态金属和气态 N H2等，反应气渗透到金属压坯空隙中进行反应。 如采用钛粉坯在 N2中燃烧，获得的高温来点燃镁粉坯合成出 Mg3N2。 利用基质材料结构中的空隙作为模板进行合成。 结构基质为多孔玻璃、分子筛、大孔离子交换树脂等。 例如将纳米微粒置于分子筛的笼中，可以得到尺寸均匀，在空间具有周期性构型的纳米材料。 Herron等 NaY将型沸石与Cd(NO3)溶液混合，离子交换后形成 CdY型沸石，经干燥后与 N2S气体反应，在分子筛八面体沸石笼中生成 CdS超微粒子。 南京大学采用气体输运将 C60引入 13X分子筛与水滑石分子层间，并可以将 Ni置换到 Y型沸石中去，观察到C60Y光致光谱由于 Ni的掺入而产生蓝移现象。 此法包括水溶液电解和熔盐电解两种。 用此法可制得很多用通常方法不能制备或难以制备的金属超微粉，尤其是负电性很大的金属粉末。 还可制备氧化物超微粉。 采用加有机溶剂于电解液中的滚筒阴极电解法，制备出金属超微粉。 滚筒置于两液相交界处，跨于两液相之中。 当滚筒在水溶液中时，金属在其上面析出，而转动到有机液中时，金属析出停止，而且已析出之金属被有机溶液涂覆。 当再转动到水溶液中时，又有金属析出，但此次析出之金属与上次析出之金属间因有机膜阻隔而不能联结在一起，仅以超微粉体形式析出。 用这种方法得到的粉末纯度高，粒径细，而且成本低，适于扩大和工业生产。 第三节 纳米技术及纳米材料的应用  由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、敏感性等方面呈现常规材料不具备的特性。 因此纳米微粒在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景。 一、陶瓷增韧  陶瓷材料在通常情况下呈脆性，由纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料有很好的韧性。 因为纳米材料具有较大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与延展性。 纳米陶瓷 二、磁性材料方面的应用 １．巨磁电阻材料 2．新型的磁性液体和磁记录材料 三、纳米材料在催化领域的应用  催化剂在许多化学化工领域中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。 大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。 纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。 纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。 纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高 10～ 15倍。 1．金属纳米粒子的催化作用  贵金属纳米粒子作为催化剂已成功地应用到高分子高聚物的氢化反应上，例如纳米粒子铑在氢化反应中显示了极高的活性和良好的选择性。 烯烃双键上往往连有尺寸较大的基团，致使双键很难打开，若加上粒径为 lnm的铑微粒，可使打开双键变得容易，使氢化反应顺利进行。 2．半导体纳米粒子的光催化  半导体的光催化效应发现以来，一直引起人们的重视，原因在于这种效应在环保、水质处理、有机物降解、失效农药降解等方面有重要的应用。 所谓半导体的光催化效应是指：在光的照射下，价带电子跃迁到导带，价带的孔穴把周围环境中的羟基电子夺过来，短基变成自由基，作为强氧化剂将物质氧化，变化如下：酯、 醇、 醛、 酸、 CO2，完成了对有机物的降解。 常用的光催化半导体纳米粒子有 TiO2(锐铁矿相 )、 Fe2O CdS、ZnS、 PbS、 PbSe、 ZnFe2O4等。 主要用处：将这类材料做成空心小球，浮在含有有机物的废水表面上，利太阳光可进行有机物的降解。 美国、日本利用这种方法对海上石油泄露造成的污染进行处理。 采用这种方法还可以将粉体添加到陶瓷釉料中，使其具有保洁杀菌的功能，也可以添加到人造纤维中制成杀菌纤维。 锐钛矿白色纳米 TiO2粒子表面用 Cu+、 Ag+离子修饰，杀菌效果更好。 这种材料在电冰箱、空调、医疗器械、医院手术室装修等方面有着广泛的应用前景。 铅化的 TiO2纳米粒子的光催化可以使丙炔与水蒸气反应，生成可燃性的甲烷、乙烷和丙烷；铂化的 TiO2纳米粒子，通过光催化使醋酸分解成甲烷和 CO2。 还有一个重要的应用是，纳米 TiO2光催化效应可以用来从甲醇水溶液中提取 H2。 3．纳米金属、半导体粒子的热催化  金属纳米粒子十分活泼，可以作为助燃剂在燃料中使用。 也可以掺杂到高能密度的材料，如炸药，增加爆炸效率；也可以作为引爆剂进行使用。 为了提高热燃烧效率，将金属纳米粒子和半导体纳米粒子掺杂到燃料中，以提高燃烧的效率，因此这类材料在火箭助推器和煤中作助燃。