有關(guān)納米材料的特性和制備方法及應(yīng)用

田愛環(huán)（山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，太原 030006）

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有關(guān)納米材料的特性和制備方法及應(yīng)用

田愛環(huán)
（山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，太原 030006）

摘 要：納米這一技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)80年代，該技術(shù)產(chǎn)生以來得到了迅猛的發(fā)展，目前已經(jīng)成為了一項(xiàng)新技術(shù)，并廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。那什么是納米技術(shù)呢，該技術(shù)是指把一些納米微粒如分子、原子，用來制造成各種材料或者是微型器械零件的一種科學(xué)技術(shù)。納米材料是納米技術(shù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：納米材料的特性；制備方法；應(yīng)用

1　納米材料的特性

當(dāng)物體的粒子的直徑減小到納米這一數(shù)量級時(shí)，能夠使一些材料的聲、、電、磁、熱性等呈現(xiàn)一些新的特性。對納米體材料的一些特性可以用“更輕、更高、更強(qiáng)”進(jìn)行概括。

2　制備方法

2.1物理制備納米材料的方法

在早期常將較粗的固體物質(zhì)進(jìn)行粉碎，如超聲波粉碎法、蒸氣快速冷卻法、蒸氣快速油面法等方法。隨著時(shí)代的方法近年來出現(xiàn)了一些新的方法，如旋轉(zhuǎn)涂層法，通過控制轉(zhuǎn)速來獲得不同空隙的顆粒.然后再在其表面積一層膜，最后經(jīng)過熱處理的方法得到納米顆粒的陣列。

（1）真空蒸發(fā)獲得納米材料。利用電弧高頻加熱對需要處理的固體材料進(jìn)行加熱，使之形成等離子體，然后對該材料進(jìn)行驟冷，最后凝結(jié)成納米材料。納米材料的微粒徑可通過改變通入氣體的種類或壓力等方法進(jìn)行控制。具體操作過程是將需要蒸發(fā)的材料放人柑鍋中，先更高程度的真空，然后向里面注人少量的惰性氣體，然后再加熱，最后蒸發(fā)形成納米微粒。

（2）利用等離子體蒸發(fā)凝聚獲得納米材料這種方法是把一種或多種固體顆粒注人到等離子體中，使之蒸發(fā)，再通過驟冷裝置獲得納米微粒。

2.2化學(xué)制備納米微粒的方法

化學(xué)法制納米材料的方法是通過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)，把分子或原子制備成納米物質(zhì)，其中包括化學(xué)氣相沉積（CVD）法、化學(xué)氣相冷凝法（CVC）等。

（1）化學(xué)氣相沉積法是目前最廣泛的方法，這種方法是在一個(gè)加熱的襯底上，通過幾種氣態(tài)元素形成納米材料的過程，這種方法可以可分成熱分解反應(yīng)沉積的方法和化學(xué)反應(yīng)沉積的方法。使用這種方法能均勻的對整個(gè)基體進(jìn)行沉積。缺點(diǎn)是襯底的溫度比較高。隨著科技的進(jìn)步，由此產(chǎn)生了許多的新技術(shù)，比如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法及激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積的方法等。

（2）化學(xué)氣相冷凝法制備納米材料是通過熱解有機(jī)高分子獲得納米顆粒。

（3）化學(xué)沉淀法的方法是通過在金屬鹽類的水溶液中適當(dāng)控制條件使沉淀劑與金屬離子進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生難溶化合物形成沉淀，然后經(jīng)分離、熱分解得到納米微粒?；瘜W(xué)沉淀法有多種如直接沉淀法、共沉淀法等。

2.3物理化學(xué)方法制納米材料

一般在實(shí)踐情況下是不會只用物理或只用化學(xué)方法進(jìn)行制作納米材料的，很多是結(jié)合了物理和化學(xué)兩種方法的，主要方法有

（1）熱等離子體法是用等離子體將金屬等粉末融化后進(jìn)行蒸發(fā)然后再冷凝，從而制成納米微粒，這種方法是制作金屬臺金系列納米微粒比較有效的方法。比如用電弧的方法混合等離子體，它能有效的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)法存在的一些缺陷，如等離子槍功率小、使用年限比較短和熱轉(zhuǎn)化的效率比較低等一些缺點(diǎn)。

（2）利用激光加熱蒸氣的方法，這種方法是用激光快速加熱熱源，使反應(yīng)物分子內(nèi)部能夠很快地吸收能量和傳遞能量，氣體在很短的時(shí)間內(nèi)就能反應(yīng)的長大和終止.這種方法可以很快生成表面潔凈納米的顆粒。

（3）利用輻射合成法來制作納米顆粒，這種方法是用用輻射臺成法制備納米材料，它的制備工藝一般是比較簡單的，可以在常溫常壓下進(jìn)行操作，制備周期時(shí)間比較短，生成的粒度比較容易易控制，生成的效率也是較高的，使用這種方法不僅可制備純度比較高的金屬粉末，還可制備各種氧化物納米粒子以及納米復(fù)臺材料，所以納米材料的輻射法制備近年來得到了很大的發(fā)展。

3　納米技術(shù)的一些技術(shù)應(yīng)用

（1）納米材料的用途十分的廣泛，比如目前在許多醫(yī)藥領(lǐng)域使用了納米技術(shù)，這樣能使藥品生產(chǎn)非常的精細(xì)，它直接利用原子或者分子的排布制造一些有特殊功能的藥品。由于納米材料所使用的顆粒比較小，所以這種藥品在人體內(nèi)的傳輸是相當(dāng)方便的，有些藥品會采用多層納米粒子包裹，這種智能藥物到人體后可直接并攻擊癌細(xì)胞或者對有損傷的組織進(jìn)行修復(fù)。納米技術(shù)也可以用來監(jiān)測診少量血液，通過對人體中的蛋白質(zhì)的分析診斷出許多種疾病。

（2）在家電方面，選用那么材料制成的產(chǎn)品有許多的特性，如具有抗菌性、防腐抗紫外線防老化等的作用。在電子工業(yè)方面應(yīng)用那么材料技術(shù)可以從擴(kuò)大其產(chǎn)品的存儲容量，目前是普通材料上千倍級的儲器芯片已經(jīng)投入生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用。在計(jì)算機(jī)方面的應(yīng)用是可以把電腦縮小成為“掌上電腦”，使電腦使用起來更為方便。在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域未來將出現(xiàn)多功能納米膜。這種納米膜能夠?qū)瘜W(xué)或生物制劑造成的污染進(jìn)行過濾，從而改善環(huán)境污染。在紡織工業(yè)方面通過在原始材料中添加納米ZnO等復(fù)配粉體材料，再通過經(jīng)抽絲、織布，最終能夠制成除臭或抗紫外線輻射等特殊功能的服裝，這些產(chǎn)品可以滿足國防工業(yè)要求。

（3）最新型的納米偵察衛(wèi)星是采用的是納米元件和按照納米進(jìn)行加工方的方法組裝而成的，它的質(zhì)量小于10kg。納米衛(wèi)星的體積雖然只有一般比麻雀稍微大一點(diǎn)，但是卻擁有非常強(qiáng)大的運(yùn)算能力，在太空中數(shù)十顆甚至數(shù)百顆這樣的納米衛(wèi)星連接在一起就可以織成“天網(wǎng)”，形成納米衛(wèi)星偵察系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對全球各個(gè)地區(qū)的覆蓋和偵察，在軍事上是的應(yīng)用是非常的重要的，能實(shí)現(xiàn)軍隊(duì)對高空無“死區(qū)”的偵查。納米飛行偵察系統(tǒng)屬于是一種比較微型化的飛行系統(tǒng)，它能夠攜帶多種探測偵查設(shè)備，他們具有非常高的信息處理和導(dǎo)航和通信的能力。該系統(tǒng)的其主要功能是對敵方進(jìn)行秘密的部署，關(guān)鍵時(shí)候可以到敵方信息資源庫和相關(guān)武器系統(tǒng)的內(nèi)部或附近地區(qū)進(jìn)行監(jiān)視敵方的情況，與此同時(shí)也可對敵方的各種雷達(dá)、通信設(shè)備等實(shí)施有效監(jiān)視和干擾。它能夠附著在敵方的建筑物或者機(jī)械設(shè)備上進(jìn)行監(jiān)聽，有時(shí)也可以直接把敵方目標(biāo)的位置坐標(biāo)傳送到我方發(fā)送到我方的炮兵發(fā)射基地進(jìn)行發(fā)射導(dǎo)彈，這能夠有效地引導(dǎo)精確制導(dǎo)武器進(jìn)行有效地攻擊。當(dāng)然除了可以放在飛行的納米飛行器上，還有其它理性的的納米傳感器和偵查設(shè)備。他們的體積一般都比較小不容易被發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部都裝有非常敏銳的傳感器。還有一些傳感器廣泛的分布在一些武器裝備的表面，這種傳感器叫做環(huán)境傳感器，它能夠察覺比較細(xì)微的外部環(huán)境的一些“刺激”，用來對武器系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。潛艇的蒙皮改用納米材料以后能夠靈敏地察覺水流、水壓等一些極為細(xì)微的外部環(huán)境環(huán)境的變化，同時(shí)及時(shí)反饋給潛艇的中央控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)最低限度地降低噪聲，通過對水波的變化的“察覺”能夠判斷來襲的敵方魚雷，使?jié)撏Ъ皶r(shí)有效的進(jìn)行規(guī)避；這能用比較低輻射功率完成“敵我識別，能有效的避免免誤傷自己。

（4）納米材料技術(shù)現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于遺傳育種中，該技術(shù)能夠結(jié)合轉(zhuǎn)基因技術(shù)并且已經(jīng)在培育新品種方面取得了很大的進(jìn)展。這種技術(shù)是通過納米手段將染色體分解為單個(gè)的基因，然后對它們進(jìn)行組裝，這種技術(shù)整合成的基因產(chǎn)品的成功率幾乎可以達(dá)到100%。經(jīng)過實(shí)踐證明，科研人員能夠讓單個(gè)的基因分子鏈展現(xiàn)精細(xì)的結(jié)構(gòu)，并可以通過具體的操縱其實(shí)現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)改變其性能，從而形成納米圖形，這樣就能使人們可以在更小的世界范圍內(nèi)、更加深的一種層次上進(jìn)行探索生命的秘密。

（5）納米材料技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理方面的應(yīng)用，目前有一種新型的納米級凈水劑有非常強(qiáng)的吸附能力，它是一般凈水劑的20倍左右。納米材料的過濾裝置，還能有效的去除水中的一些細(xì)菌，使礦物質(zhì)以及一些微量元素有效的保留下來，經(jīng)過處理后的污水可以直接飲用。納米材料技術(shù)的為解決大氣污染方面的問題提供了新的途徑。這種技術(shù)對空氣中的污染物的凈化的能力是其它技術(shù)所不可替代的。

現(xiàn)在我國已經(jīng)建立十多條的納米材料和技術(shù)的生產(chǎn)線。納米復(fù)合材料、纖維的改性、納米材料在能源和環(huán)保等方面的應(yīng)用與開發(fā)已在我國興起。國內(nèi)納米技術(shù)注冊的公司已經(jīng)近百個(gè)，一些知名的企業(yè)家對納米技術(shù)的關(guān)注，已經(jīng)為我國納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)注入了新的活力。相信在不久將來，納米材料技術(shù)將會應(yīng)用很快的應(yīng)用于我國的船舶行業(yè)。

4　結(jié)語

目前世界上的的納米物質(zhì)和產(chǎn)品的種類非常的多，制作方法上也是五花八門，但總體上看還很不完整.從納米材料的發(fā)展角度看，需要開發(fā)一些比較簡單的，能夠大規(guī)模進(jìn)行生產(chǎn)的方法.從對納米顆粒的基礎(chǔ)來看，需要開發(fā)能夠進(jìn)行嚴(yán)格控制其微粒尺寸的制備方法.這些工作的進(jìn)展將有助于以后更好的開發(fā)納米材料的用途，從而創(chuàng)立新的電子學(xué)材料、光學(xué)材料、傳感器等。

參考文獻(xiàn)：

［1］曹茂盛.納米材料導(dǎo)論［M］納米材料應(yīng)用，2014（6）

［2］董嘯嘯.淺析納米材料的應(yīng)用［J］納米材料在我國的進(jìn)展2010（8）

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.198

作者簡介：田愛環(huán)（1975-），山西孝義人，研究生，助講，研究方向：材料加工工程鎂合金。