激光在納米材料制備中的研究進(jìn)展

文/李鳳喜（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作廣東中心）

納米材料是處于亞穩(wěn)態(tài)的物質(zhì)，粒徑極小，比表面積大，表面原子比例高，具有獨(dú)特的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、表面效應(yīng)和體積效應(yīng),表現(xiàn)出宏觀(guān)量子隧道效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)，這些結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)使納米材料具有很多優(yōu)良的特性[1]。目前制備納米材料，主要采用化學(xué)方法，化學(xué)方法制備納米材料的過(guò)程中不可避免地要使用酸、堿、鹽等物質(zhì)，而且反應(yīng)條件苛刻，對(duì)環(huán)境會(huì)造成一定的污染，并且產(chǎn)物容易團(tuán)聚。因此需要一種操作方便、反應(yīng)時(shí)間短、污染性小的方法來(lái)制備納米材料，這種方法就是激光照射法。

一、激光在金屬納米材料制備中的應(yīng)用情況

激光照射制備金屬納米，主要是將不同金屬放置在純?nèi)軇┲校ㄍǔ樗?，然后利用激光?duì)其表面照射，控制激光能量及輻照實(shí)際，即可以得到各種金屬的納米顆粒。該方法簡(jiǎn)單，對(duì)制備環(huán)境要求低，制備的納米顆粒一般呈圓球狀且粒度分布均勻，納米顆粒的大小可以通過(guò)調(diào)整激光強(qiáng)度來(lái)控制[2]。

孟憲賡等介紹了飛秒激光在金屬納米材料制備和材料微結(jié)構(gòu)加工中的應(yīng)用，指出飛秒激光燈超短脈沖激光可以制造滿(mǎn)足要求的納米顆粒尺寸，還可以用于改變納米顆粒的形狀。

襲鍇等利用飛秒激光制備金屬納米材料，直接用激光對(duì)準(zhǔn)金屬鹽溶液進(jìn)行照射，得到不同形貌的金屬納米材料。

曾和平等公開(kāi)了一種納米材料制備裝置及納米材料制備方法，將原料進(jìn)行研磨和壓片后，通過(guò)激光燒結(jié)模塊進(jìn)行燒結(jié)處理，得到燒結(jié)晶體；將燒結(jié)晶體通過(guò)激光消融模塊進(jìn)行消融處理，得到納米顆粒溶膠。

其中，所使用的脈沖激光器選擇納秒激光器、皮秒激光器、飛秒激光器。

二、激光在有機(jī)物納米材料制備中的應(yīng)用情況

激光制備有機(jī)納米材料的主要方法是將有機(jī)物粉末分散在其不良溶劑中，例如水，然后激光照射，形成納米顆粒。其原理是:當(dāng)用具有吸收波長(zhǎng)的激光束照射分散在非溶劑中的有機(jī)化合物時(shí)，有機(jī)化合物粉末吸收光，并且在光吸收部分中迅速發(fā)生局部溫度升高。在激光照射之后，在光照射部分中的該溫度升高瞬時(shí)發(fā)生，而在光照射部分周?chē)臏囟扔捎跓醾鲗?dǎo)而發(fā)生改變,在非吸收部分出現(xiàn)陡峭的溫度差。因此，在粉末的激光照射部分及其周邊部分產(chǎn)生明顯的內(nèi)部應(yīng)力，使得固體粉末破裂并破碎。使用的激光束應(yīng)該是具有有機(jī)化合物的吸收波長(zhǎng)和溶劑本身不吸收的波長(zhǎng)。當(dāng)然所使用的激光只要其輸出具有使由于粉末內(nèi)部的熱引起的應(yīng)力被細(xì)微地分開(kāi)的輸出即可。用過(guò)量的光強(qiáng)度照射會(huì)引起有機(jī)化合物的分解和劣化，照射時(shí)間長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致原料粉末的熔化和熱分解。這些有機(jī)化合物可以是萘、蒽、菲及其衍生物；顏料，例如酞菁和喹吖啶酮。使用的激光包括紫外線(xiàn)激光、可見(jiàn)光激光、近紅外激光、紅外激光，激光中的細(xì)分根據(jù)有機(jī)化合物的吸收波長(zhǎng)來(lái)選擇。優(yōu)選的激光是幾十毫微微秒至幾百納秒的短時(shí)脈沖激光。

朝日鋼等提出了制造醫(yī)用納米顆粒懸浮液的方法，將不良溶劑中加入低水溶性或水不溶性的藥物的藥效成分，形成懸浮溶液之后，通過(guò)激光照射懸浮溶液將懸浮溶液中的藥物的藥效成分碎裂形成藥效成分的納米顆粒。該文獻(xiàn)指出，與水混合之前，可以將藥效成分研磨成粗粉，這樣可以降低形成納米顆粒所需要的時(shí)間。將藥效成分分散在水溶液中形成水混合物，水混合物通過(guò)攪拌來(lái)制備懸浮溶液。然后，在懸浮溶液被持續(xù)攪拌時(shí)，利用激光照射形成納米顆粒。在激光照射時(shí)可以使用冷卻設(shè)備冷卻，避免由于激光照射引起的水溫增加而導(dǎo)致的效率降低。川上友則等采用激光照射有機(jī)化合物，可使有機(jī)化合物微粒子化。制備過(guò)程中可以向分散液中添加穩(wěn)定化劑（表面活性劑）來(lái)防止微粒之間的團(tuán)聚，能夠提高微粒的制造效率。梁仙一等采用激光照射制備有機(jī)化合物納米粒子，其中有機(jī)化合物可以是藥物的藥用成分、顏料、碳材料、農(nóng)藥和清潔劑。藥物的藥效成分包括抗癌劑、維生素、鎮(zhèn)痛藥和抗炎劑的藥用成分，顏料的實(shí)例包括喹吖啶酮和酞菁，碳材料的實(shí)例包括富勒烯C60和C70，金屬封裝的富勒烯、碳納米管等。

李子樵等采用激光制備納米藥物制劑，將難溶性藥物與輔料的水性混懸液，經(jīng)過(guò)激光輻射，獲得含有納米粒子的混懸液。整個(gè)納米化過(guò)程中，操作所用器械和藥物溶液之間沒(méi)有任何物理接觸，可以很好地保證藥液的無(wú)菌狀態(tài)，省卻繁復(fù)的滅菌步驟。王春銳等[10]將酞菁和（或）酞菁類(lèi)化合物與水混合，進(jìn)行超聲出料，得到酞菁懸濁液；然后將酞菁懸濁液進(jìn)行激光照射處理，離心干燥后，得到酞菁納米材料。

三、結(jié)論

作者檢索各數(shù)據(jù)庫(kù)以后發(fā)現(xiàn)，使用激光制備有機(jī)物納米顆粒的研究主要集中在日本，國(guó)內(nèi)相關(guān)的研究并不多。激光制備有機(jī)物納米顆粒具有可控、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，其在有機(jī)化合物的納米顆粒制備中具有良好的前景。