纳米微粒范文

关键词：纳米氧化物；微乳液；均匀沉淀；耦合

中图分类号：TB383文献标识码：A文章编号：1006-8937（2013）11-0172-02

纳米粉体的粒径、粒径分布及其他物理化学性质主要由制备工艺决定。近年来，对纳米氧化锌的制备工艺有良多，好比固相合成、激光气相沉积、喷雾热解等。考察制备前提对产物均匀粒径以及粒径分布的影响，并研究微波参与对产物的粒径、分布和晶体结构的作用。

纳米氧化锌粉体无毒、表面积大、张力大、非迁移、磁性强，而且原料很轻易获得。微乳液和平均沉淀耦正当同时具有微乳液法和平均沉淀法的长处，且操纵简朴，设备数目少，不仅能得到具有较窄粒径分布的纳米粒子，还能对粒子的粒径进行剪裁。

因为二氧化铈具有宽带强吸收不吸收可见光的优异机能，若在二氧化硅中如果少量的纳米二氧化铈，则能使玻璃具有防紫外线的功能，且仍旧具备透光的功能；若在催化剂中如果纳米二氧化铈的粉末，能够显著地降低催化剂的积碳程度，延长使用寿命。本文采用微乳液融合均匀沉淀方法，微波辐射的条件下进行纳米氧化物制造。在耐磨橡胶、陶瓷、玻璃、催化剂和雷达吸波材料制造领域得到广泛的应用。

1传统加热条件下的纳米氧化物制备

1.1试验方法

在常温条件下把一定量的正乙醇和表面活性剂融于65ml的C7H16中，同时准备好8ml的乙二酸二甲酯以及硝酸锌的融合性试剂，将试剂进行充分混合直至变成透明，此时为微乳液状态。将次混合性微乳液加热至45℃反应3h后，进行压力释放、蒸馏获得H2O和C7H16；然后采取以下清洗步骤：

①用酒精水洗沉淀3次。

②用去掉离子后的H2O清洗沉淀3次。

③在50℃的真空环境下干燥3h。

④干燥后形成白色乙二酸铈固体。

⑤将固体置于空气中焙烧1h，即得到纳米粉体。

1.2反应机理

用均匀沉淀法制备成HC2O4的关键步骤是：把乙二酸二甲酯以及NO3-在室温环境下在H2O中溶解，获得混沌溶剂。由于乙二酸二甲酯水解在室温下具有较长的诱导期，造成溶液中乙二酸浓度很低，因而能令乙二酸二甲酯和NO3-充分混合，但不会沉淀产生HC2O4。当加热混沌溶剂至45℃时，可以极大缩短乙二酸二甲酯水解的诱导期，乙二酸以及乙二酸根离子在溶液中平均地分布，从本质上降低了沉淀剂的浓度。如果混沌溶剂的过饱和HC2O4粒子的粒径分布较窄，但由于难以限制晶粒的生长程度和团聚作用，用一般的均匀沉淀法控制HC2O4的颗粒的直径是很困难的。

当微乳液的水核温度上升到一定程度时，乙二酸二甲酯的水解速率加快，出产乙二酸和甲醇，因为乙二酸的解离常数较大，而水核中的乙二酸浓度较低，因而乙二酸电离出产乙二酸根粒子；当水核溶液的过饱和度超过一定限度时，水核中就产生HC2O4晶核。微乳液与平均沉淀耦正当以微乳液的水核作为乙二酸二甲酯和NO3-平均沉淀的微反应器。

即使生成的HC2O4的颗粒直径在长时间的团聚作用下变大，但粒径表面可以被包裹在水核界面中，当HC2O4颗粒长大到水核的作用范围时，起到了稳定和控制其进一步变大的作用；

所以，微乳液与平均沉淀耦正当利于控制合成具有一定粒径和粒径分布的纳米粒子。另一方面，因为不需要将微乳液、一般溶液、固体甚至气体的进行混合制备，避免了浓度梯度对反应物造成影响。

微乳液水核中的反应式为：

C2O4（CH3）2+H2OC2O4H2+CH3OH

C2O4H2C2O42-+H-

C2O42-+Ce3-Ce2（C2O4）3

或者：C2O42-+Zn3-ZnC2O4

由以上分析可知，在微乳液和均匀沉淀耦合法制备纳米粒子的过程中，反应物是一次加入的，但是当加热微乳液时，在水核中依次发生了三个反应，生产HC2O4沉淀。所以，微乳液和均匀沉淀耦合发的工艺特点很简单、操作方便。

反应结束后分离出HC2O4晶体，经减压、干燥、烘烤获得CeO2以及ZnO纳米晶体。所以在整个制备工艺过程中，纳米晶粒其实是融合沉淀溶剂在干、湿环境下反应的产物：

Ce2（C2O4）3·10H2OCe2（C2O4）3

ZnC2O4·2H2OZnC2O4

Ce2（C2O4）3CeO2

ZnC2O4ZnO

2基于微波加热的微乳液和均匀沉淀偶合法的纳米

氧化物制备

微波的频率是在0.3～300GHz之间的电磁波，若某种物质在微波环境下收到辐射，其分子之间的结构会极化（电子、原子极化、偶极转向），其中，偶极转向极化可用于加热物质。微乳液的连续相本身并不吸收微波能，仅仅因为溶解了少量表面活性剂，助表面活性剂和反应物而具有很小的极性，吸收微波能的能力很弱。

水溶液的电介损耗系数较大，具有很强的吸收微波能力。因此当用微波辐射微乳液时，微波几乎能够在没有损耗的情况下穿透连续相加热水核，水核温度就迅速升高。这样微波就可以对水核进行平均地额甚至具有相称程度选择性的加热，水核的温度就几乎同步上升，保证了水核中的反应能够同步进行；而且因为与水核比拟，联系想的温度上升滞后，可以保持较长时间的不乱。而连续相主要通过与水核之间的热传导来加热。就能保证沉淀反应以较快的速率进行，而且得到先驱体和纳米氧化物粉体的粒径分布更窄。

先将一定量的表面活性剂和正乙醇加入70mlC7H16中，再加入8ml乙二酸二甲酯和Ce（NO3）3·6H2O的混合水溶液，搅拌反应成为透明的微乳液，放入微波反应器中进行一段时间的敷设。然后释放压力蒸馏得到C7H16和H2O，分别用乙醇和去离子水洗沉淀各三次。将沉淀在50℃真空干燥3h，得到白色水合乙二酸铈。水合乙二酸铈经过在空气氛下焙烧1h，就得到纳米粉体。

3结语

用微乳液和均匀沉淀耦合法制备出CeO2和ZnO纳米粒子，产物的粒径分布较窄；水与表面的活性、反应物相对浓度、助表面活性剂。温度等对平均粒径具有规律性的影响，在微波加热的条件下，不仅没有改变产物的晶体结构，还可以使产物的粒径分布变得更窄。

参考文献：

[1]李宁，袁国伟.化学镀镍基合金理论与技术[M].北京：哈尔滨工业大学出版社，2000.

[2]向阳辉.镁合金直接化学镀镍活化表面状态对镀速的影响[J].电镀与环保，2000，（2）.

纳米微粒范文篇2

自70年代纳米颗粒材料问世以来，80年代中期在实验室合成了纳米块体材料，至今已有20多年的历史，但真正成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点是在80年代中期以后。从研究的内涵和特点大致可划分为三个阶段。

第一阶段（1990年以前）主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体（包括薄膜），研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在80年代末期一度形成热潮。研究的对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料。

第二阶段（1994年前）人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料，通常采用纳米微粒与纳米微粒复合，纳米微粒与常规块体复合及发展复合材料的合成及物性的探索一度成为纳米材料研究的主导方向。

第三阶段（从1994年到现在）纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注，正在成为纳米材料研究的新的热点。国际上，把这类材料称为纳米组装材料体系或者称为纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝和管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系，基保包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系。纳米颗粒、丝、管可以是有序或无序地排列。

如果说第一阶段和第二阶段的研究在某种程度上带有一定的随机性，那么这一阶段研究的特点更强调人们的意愿设计、组装、创造新的体系，更有目的地使该体系具有人们所希望的特性。著名诺贝尔奖金获得者，美国物理学家费曼曾预言“如果有一天人们能按照自己的意愿排列原子和分子…，那将创造什么样的奇迹”。就像目前用STM操纵原子一样，人工地把纳米微粒整齐排列就是实现费曼预言，创造新奇迹的起点。美国加利福尼亚大学洛伦兹伯克力国家实验室的科学家在《自然》杂志上，指出纳米尺度的图案材料是现代材料化学和物理学的重要前沿课题。可见，纳米结构的组装体系很可能成为纳米材料研究的前沿主导方向。

二、纳米材料研究的特点

1、纳米材料研究的内涵不断扩大

第一阶段主要集中在纳米颗粒（纳米晶、纳米相、纳米非晶等）以及由它们组成的薄膜与块体，到第三阶段纳米材料研究对象又涉及到纳米丝、纳米管、微孔和介孔材料（包括凝胶和气凝胶），例如气凝胶孔隙率高于90％，孔径大小为纳米级，这就导致孔隙间的材料实际上是纳米尺度的微粒或丝，这种纳米结构为嵌镶、组装纳米微粒提供一个三维空间。纳米管的出现，丰富了纳米材料研究的内涵，为合成组装纳米材料提供了新的机遇。

2．纳米材料的概念不断拓宽

1994年以前，纳米结构材料仅仅包括纳米微粒及其形成的纳米块体、纳米薄膜，现在纳米结构的材料的含意还包括纳米组装体系，该体系除了包含纳米微粒实体的组元，还包括支撑它们的具有纳米尺度的空间的基体，因此，纳米结构材料内涵变得丰富多彩。

3．纳米材料的应用成为人们关注的热点

经过第一阶段和第二阶段研究，人们已经发现纳米材料所具备的不同于常规材料的新特性，对传统工业和常规产品会产生重要的影响。日本、美国和西欧都相继把实验室的成果转化为规模生产，据不完全统计，国际上已有20多个纳米材料公司经营粉体生产线，其中陶瓷纳米粉体对常规陶瓷和高技术陶瓷的改性、纳米功能涂层的制备技术和涂层工艺、纳米添加功能油漆涂料的研究、纳米添加塑料改性以及纳米材料在环保、能源、医药等领域的应用，磨料、釉料以及纸张和纤维填料的纳米化研究也相继展开。纳米材料及其相关的产品从1994年开始已陆续进入市场，所创造的经济效益以20％速度增长。

三、纳米材料的发展趋势

1．加强控制工程的研究

在纳米材料制备科学和技术研究方面一个重要的趋势是加强控制工程的研究，这包括颗粒尺寸、形状、表面、微结构的控制。由于纳米颗粒的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应都同时在起作用，它们对材料某一种性能的贡献大小、强弱往往很难区分，是有利的作用，还是不利的作用更难以判断，这不但给某一现象的解释带来困难，同时也给设计新型纳米结构带来很大的困难。如何控制这些效应对纳米材料性能的影响，如何控制一种效应的影响而引出另一种效应的影响，这都是控制工程研究亟待解决的问题。国际上近一两年来，纳米材料控制工程的研究主要有以下几个方面：一是纳米颗粒的表面改性，通过纳米微粒的表面做异性物质和表面的修饰可以改变表面带电状态、表面结构和粗糙度；二是通过纳米微粒在多孔基体中的分布状态（连续分布还是孤立分布）来控制量子尺寸效应和渗流效应；三是通过设计纳米丝、管等的阵列体系（包括有序阵列和无序阵列）来获得所需要的特性。

2．近年来引人注目的几具新动向

（1）纳米组装体系蓝绿光的研究出现新的苗头。日本Nippon钢铁公司闪电化学阳极腐蚀方法获得6H多孔碳化硅，发现了蓝绿光发光强度比6H碳化硅晶体高100倍：多孔硅在制备过程中经紫外辐照或氧化也发蓝绿光；含有Dy和Al的SiO2气凝胶在390nm波长光激发下发射极强的蓝绿光，比多孔Si的最强红光还高出1倍多，250nm波长光激发出极强的蓝光。

（2）巨电导的发现。美国霍普金斯大学的科学家在SiO2一Au的颗粒膜上观察到极强的高电导现象，当金颗粒的体积百分比达到某临界值时，电导增加了14个数量级；纳米氧化镁铟薄膜经氢离子注入后，电导增加8个数量级；

纳米微粒范文

纳米技术是在0.1～100nm尺寸空间内研究电子、原子和分子运动规律和特性的科学技术。纳米微粒是指尺寸介于1～100nm之间的金属或半导体的细小微粒。纳米微粒所具有的特殊结构层次赋予了它许多特殊的性质和功能，如表面效应，小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。这一系列新颖的物理化学特性使它在众多领域，特别是光、电、磁、催化等方面有着重大的应用价值。

纳米材料是纳米科技的一个分支，它是纳米科技的一个分支，它是纳米技术发展的基础。科学家们正致力于研究对纳米材料的组成、结构、形态、尺寸、排列等的控制，以制备符合各种预期功能的纳米材料。纳米材料的制备方法有很多，制备纳米材料中最基本的原则有二：一是将大块固体分裂成纳米微粒；二是由单个基本微粒聚集形成微粒，并控制微粒的生长，使其维持在纳米尺寸。

二、纳米材料制备方法简述

（一）传统的物理方法

1.粉碎法

粉碎法制备纳米材料属于物理方法，主要包括低温粉碎法，超声粉碎法，爆炸法，机械球磨法等，这些方法操作简单成本低，但产品纯度不高，颗粒分布不均匀，形状难以控制。

2.凝聚法

凝聚法制备纳米材料也是属于一种物理方法，主要包括真空蒸发凝聚和等离子体蒸发凝聚

（二）传统的化学法

1.气相沉积法

该法是利用挥发性金属化合物蒸气的化学反应来合成所需物质的方法，它的优点主要在于：①金属化合物原料具有挥发性，容易提纯，而且生成粉料不需进行粉碎，因而生成物纯度高；②生成颗粒的分散性好；③控制反应条件可以得到颗粒直径分布范围较窄的超微细粉；④容易控制气氛；⑤特别适合制备具有某些特别用途的碳、氮、硼化合物超细微粉。

2.化学沉淀法

沉淀法主要包括共沉淀法、均匀沉淀法、直接沉淀法等，这些方法都是利用生成沉淀的液相反应来制取。

3.胶体化学法

该法首先采用离子交换法、化学絮凝法、溶胶法制得透明的阳性金属氧化物的水溶胶，以阴离子表面活性剂进行处理，然后用有机溶剂冲洗制得有机溶胶，经脱水和减压蒸馏在低于所有表面活性剂热分解温度的条件下制得无定型球形纳米颗粒。

（三）纳米材料制备的新进展

目前，纳米材料制备新方法、新工艺不断涌现，发展方向是能使产物颗粒粒径更小，且大小均匀、形貌均匀、粒径和形貌均匀可调控、性质稳定且成本降低，并可推向产业化。

1.模板法

模板法所选用的模板可以是固体基质，单层或多层膜，有机分子或生物分子等。根据模板限域能力的不同，可以把各种模板分为硬模板和软模板。硬模板主要包括以碳纳米管、多孔Al2O3等为模板制备纳米线的技术，可以有效的控制直径、长度和长径比，软模板法是近几年发展起来的技术，主要包括高分子模板，液相反应体系中的表面活性剂为模板以及其他液相控制合成技术。与硬模板技术相比，它有时尚不能严格控制产物几何形貌，但操作简单，成本较低。

2.水热/溶剂热合成技术

水热合成技术是指在密封反应釜（高压釜）中，以水作为溶媒，通过对反应体系加热至临界温度（或接近临界温度），以高压的环境下进行无机合成与材料制备的一种有效的方法，但是一些对水敏感的化合物如氮化物、磷化物等则不能用水热合成的方法制备，因此以有机溶剂代替水的溶剂热合成技术发展起来，大大的扩大了水热法的应用范围，是水热法的发展。

3.溶胶-凝胶法

该法作为低温或温和条件下合成化合物已广泛应用于制备纳米微粒，其过程是首先将原料分散在溶剂中，形成溶液，然后经水解反应成为溶胶，进而生成具有一定结构的凝胶而固化，最后干燥或低温处理制得纳米微粒。

（四）纳米材料性能表征

随着科学技术的发展，大型精密仪器的不断涌现，纳米材料的性能的表征手段越来越多。

1.纳米材料的粒度分析

纳米材料的粒度主要可以采用电镜观察粒度分析和激光粒度分析法（激光衍射光谱粒度分析法、激光光散射粒度分析法、激光相关光谱粒度分析法等）。

2.纳米材料的形貌分析

纳米材料的形貌可以用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、扫描探针显微镜（扫描隧道显微镜等）等方法进行表征。

3.纳米材料的成分分析

纳米材料的成分分析可以用体相成分分析法（原子吸收光谱、电感耦合等离子体发射光谱、X射线荧光光谱）、表面与微区成分分析方法（电子能谱分析方法、电镜能谱分析方法、电子探针分析方法）等。

4.纳米材料的结构分析

纳米材料的结构可以用X射线衍射物相结构分析、激光拉曼物相分析等常量结构分析法，也可用电子衍射微区结构分析法进行分析。

5.纳米材料的表面与界面分析

纳米材料的表面与界面可用X射线光电子能谱、俄歇电子能谱等手段进行分析。