淺談納米材料的制備方法及應用
摘要：綜述了納米材料研究概況，對納米材料的研究進展、制備方法、及其應用領域進行了介紹，并與傳統材料進行比對，介紹了納米材料的的優(yōu)點。
關鍵詞：納米材料;制備方法;應用
德國科學家H.Gleiter教授最先提出納米晶體材料這一概念，指的是晶粒尺寸在納米數量級(通常該尺寸<100nm)以下的超細材料，隨著時代的進步科技的不斷發(fā)展，人們對納米材料的概念也在不斷發(fā)生轉變，理解初期階段，它是指由納米超微顆粒通過壓制等方法形成的納米固體或具有一定厚度的薄膜，時至今日，廣義的納米材料是指在材料的三維尺度中至少有一維處于納米尺度范圍或由它們作為基本單元構成的材料[1]。
經過時代的演變和發(fā)展，納米材料的概念一直演繹更新，國際上普遍認同凡是尺寸在納米數量級(1～100nm)或出現納米效應的超細材料均可認為是納米材料，在納米材料中金屬納米粒子一直是人們關注的焦點，金屬納米粒子由于自身的獨特性， 在醫(yī)藥、光電、電子產業(yè)、熱學、生物信息等方面具有重要的應用前景，在這些領域有許多新的突破和進展，如Frens采用不同濃度的檸檬酸鈉作為還原劑而得到了金納米顆粒系列，其粒徑范圍在 16～ 147nm[2];Nersisyam等利用溶膠-凝膠法制造銀納米粒子，通過使用不同的還原劑將銀納米粒子的范圍控制在20～50mm[3];王睿等利用乙二醇還原性，在對溶劑進行高溫加熱的情況下并施以光誘導作用將銀納米粒子的尺寸控制在50nm左右同時得到三角形和圓盤形兩種粒子形態(tài)[4]。除開金銀這些貴重金屬，對銅納米粒子的研究最近也掀起了一股熱潮，李延君等人通過對不同溫度和不同濃度試劑的調配在極性溶劑中制備了粒徑范圍在7～ 70nm的銅納米粒子[5]。
納米材料的晶粒尺寸一般在100nm以下數量級，在納米材料中晶粒的晶界呈多面性，而晶界的體積百分數往往和材料缺陷密度呈正比，體積百分數越大其缺陷密度越高，這種獨特的晶粒結構使得納米材料相對于傳統材料呈現出許多的優(yōu)越性，它的奇特性能包括宏觀量子隧道效應、量子尺寸效應、導電性好、力學性能優(yōu)異等等。
納米材料其實對我們每個人來說它并不陌生，自然界中就存在許多的天然的納米材料，比如牙齒、隕石等都是由納米顆粒組成，而如今大多數國家都將納米材料制作及技術發(fā)展作為重要的科研領域，它在某種程度上反應了一個國家在材料領域的發(fā)展水平，時至今日，制備納米材料的方法多種多樣，例如機械研磨、物理粉碎、氣相沉積、溶膠法及真空冷凝等方法[6]。針對納米材料的制備方法按照其原理不同分法亦不相同：發(fā)生反應的狀態(tài)不同主要分為干法(固體之間的反應)和濕法(水溶液里進行的反應);原料存在的狀態(tài)不同亦可分為固相法(金屬鹽或金屬氧化物混合后通過煅燒的方法直接發(fā)生固相反應)、氣相法(物質在氣體的狀態(tài)下發(fā)生物理或化學反應)與液相法(可溶性性鹽溶液通過蒸發(fā)、升華將金屬粒子結晶出來);按制備手段也可分為化學法(沉淀法、相轉變法、氣溶膠反應法等)、物理法(蒸汽冷凝法、電火花法、離子濺射法等)和綜合法(PECVD、LICVD等)。
這些方法各有所長各有所短，比如固相法利用熱分解原理得到的產物容易再次凝結成塊，需要重新粉碎、攪拌，增加了成本;物理粉碎法相對來說工藝簡單、低成本高產量，但是極易引入雜質，造成產物質量純度低;氣相法制備的納米顆粒純度較高，與之相應的成本高，對納米顆粒的粒徑尺寸也有要求，這些制備方法既有優(yōu)勢也有自身的劣勢，而這些劣勢限制了納米材料的進一步發(fā)展。
納米材料作為材料科學領域的熱點焦點，納米技術也被國際公認為21世紀最具發(fā)展力的的科研領域，諾貝爾獲獎者Feyneman早年就預言：如果能在極小的尺度下對粒子進行重新組合排列，物質就會顯示出不一樣的特性?，F在我們明白他所說的就是納米材料，通過對納米材料中超微顆粒結構的變化得到的獨特性能解決科研領域中的許多難題，它的應用領域是非常廣泛的，以下列領域為代表：
陶瓷領域 納米技術在陶瓷中的應用越來越流行，其原理是將納米尺度的陶瓷粉加入瓷釉中，改善傳統陶瓷性能，達到抗菌、自凈等功能，特別是在力學增強方面，如材料的硬度、強度、韌性等。傳統陶瓷的加工工藝離不開高溫，可是通過高溫燒結會增加材料的脆性，陶瓷的斷裂韌度會隨著脆性的增加而降低，這就使得傳統陶瓷具有易碎的特點，納米陶瓷材料所需要的溫度在傳統的基礎上可降低接近600℃，同時無需催化劑，大大降低了對材料品質的污染，減少了能耗需要，納米陶瓷材料在較低的溫度下進行燒結，在保留陶瓷硬度的同時增加了它的韌性、彈性形變、耐腐蝕、耐高溫高壓等特點，新型的陶瓷甚至可以磨削，至此陶瓷材料遠離高能耗、易碎。
催化方向 納米技術廣泛的滲透到催化領域，納米催化的出現及關于它相關研究越來越受到更多人的重視，普通的催化劑對溫度有較高的要求，但是納米催化劑對溫度的要求較低的，通常在常溫后者低溫就可以進行，納米催化劑是超微顆粒，尺寸小，故高表面能高，發(fā)生反應后其效果是普通催化劑的數十倍或百倍以上，例如金屬納米粒子Ni和Cu-Zn組成的催化劑與傳統的催化劑Ni相比對有機加氫的效率增長了10倍。
醫(yī)藥方面 納米材料在醫(yī)藥方面的應用也有明顯的優(yōu)勢，可增加患者的療效，而納米技術在醫(yī)藥生產上的應用可以使醫(yī)療技術更加細化，同時能研制出普通醫(yī)藥無法比擬具有特定功能的藥品，而一些具有納米技術的儀器在對疾病的診斷方面只需要患者極少的一點的血液，通過對蛋白質、DNA的匹對就可確定出疾病，如果將納米粒子作為藥物載體，那么藥物就具有靶向作用，可以直擊病灶。使治療更加直接，而藥物產生的毒性也能明顯降低。
復合材料 復合材料由于其優(yōu)良的綜合性能而廣泛應用于光電、航天材料、交通運輸等領域，而納米復合材料更具吸引力，現如今納米復合材料主要括納米聚合物基、納米碳管功能、納米鎢銅，例如Wu-Cu納米復合物具有較高的綜合性能，導電性能優(yōu)異，傳熱好，不易發(fā)生熱膨脹。
參考文獻：
[1]張立德，牟繼美.納米材料和納米結構.第一版，北京科學出版社，2001年.
[2]Frens G. Regulation of the particle size in monodisperse gold suspensions[J]. Nature：Physical Science，1973，241(105)：20-22.
[3]Nesisyan H H， Lee H， Son H T， et al. Materials Research Bulletin，2003，38：949-956.
[4]王睿，等.不同形態(tài)銀納米粒子的非線性光學特性.高等學?；瘜W學報.2012，33：149-152.
[5]李延軍，唐建國，等.粒徑可控的銅納米粒子的液相還原法制備.化學工程師.2008(5)：17-20.
[6]Lu K，Lu J， Wang T， et al.A new method for synthesizing nanocrystaline alloys[J].Journal of Applied Physics，1991，69(1)：522-524.