有关纳米材料的特性和制备方法及应用

田爱环（山西职业技术学院，太原 030006）



有关纳米材料的特性和制备方法及应用

田爱环
（山西职业技术学院，太原 030006）

摘 要：纳米这一技术产生于20世纪80年代，该技术产生以来得到了迅猛的发展，目前已经成为了一项新技术，并广泛应用于各个行业。那什么是纳米技术呢，该技术是指把一些纳米微粒如分子、原子，用来制造成各种材料或者是微型器械零件的一种科学技术。纳米材料是纳米技术发展的重要物质基础。

关键词：纳米材料的特性；制备方法；应用

1　纳米材料的特性

当物体的粒子的直径减小到纳米这一数量级时，能够使一些材料的声、、电、磁、热性等呈现一些新的特性。对纳米体材料的一些特性可以用“更轻、更高、更强”进行概括。

2　制备方法

2.1物理制备纳米材料的方法

在早期常将较粗的固体物质进行粉碎，如超声波粉碎法、蒸气快速冷却法、蒸气快速油面法等方法。随着时代的方法近年来出现了一些新的方法，如旋转涂层法，通过控制转速来获得不同空隙的颗粒.然后再在其表面积一层膜，最后经过热处理的方法得到纳米颗粒的阵列。

（1）真空蒸发获得纳米材料。利用电弧高频加热对需要处理的固体材料进行加热，使之形成等离子体，然后对该材料进行骤冷，最后凝结成纳米材料。纳米材料的微粒径可通过改变通入气体的种类或压力等方法进行控制。具体操作过程是将需要蒸发的材料放人柑锅中，先更高程度的真空，然后向里面注人少量的惰性气体，然后再加热，最后蒸发形成纳米微粒。

（2）利用等离子体蒸发凝聚获得纳米材料这种方法是把一种或多种固体颗粒注人到等离子体中，使之蒸发，再通过骤冷装置获得纳米微粒。

2.2化学制备纳米微粒的方法

化学法制纳米材料的方法是通过适当的化学反应，把分子或原子制备成纳米物质，其中包括化学气相沉积（CVD）法、化学气相冷凝法（CVC）等。

（1）化学气相沉积法是目前最广泛的方法，这种方法是在一个加热的衬底上，通过几种气态元素形成纳米材料的过程，这种方法可以可分成热分解反应沉积的方法和化学反应沉积的方法。使用这种方法能均匀的对整个基体进行沉积。缺点是衬底的温度比较高。随着科技的进步，由此产生了许多的新技术，比如等离子体增强化学气相沉积方法及激光诱导化学气相沉积的方法等。

（2）化学气相冷凝法制备纳米材料是通过热解有机高分子获得纳米颗粒。

（3）化学沉淀法的方法是通过在金属盐类的水溶液中适当控制条件使沉淀剂与金属离子进行反应，产生难溶化合物形成沉淀，然后经分离、热分解得到纳米微粒。化学沉淀法有多种如直接沉淀法、共沉淀法等。

2.3物理化学方法制纳米材料

一般在实践情况下是不会只用物理或只用化学方法进行制作纳米材料的，很多是结合了物理和化学两种方法的，主要方法有

（1）热等离子体法是用等离子体将金属等粉末融化后进行蒸发然后再冷凝，从而制成纳米微粒，这种方法是制作金属台金系列纳米微粒比较有效的方法。比如用电弧的方法混合等离子体，它能有效的弥补了传统法存在的一些缺陷，如等离子枪功率小、使用年限比较短和热转化的效率比较低等一些缺点。

（2）利用激光加热蒸气的方法，这种方法是用激光快速加热热源，使反应物分子内部能够很快地吸收能量和传递能量，气体在很短的时间内就能反应的长大和终止.这种方法可以很快生成表面洁净纳米的颗粒。

（3）利用辐射合成法来制作纳米颗粒，这种方法是用用辐射台成法制备纳米材料，它的制备工艺一般是比较简单的，可以在常温常压下进行操作，制备周期时间比较短，生成的粒度比较容易易控制，生成的效率也是较高的，使用这种方法不仅可制备纯度比较高的金属粉末，还可制备各种氧化物纳米粒子以及纳米复台材料，所以纳米材料的辐射法制备近年来得到了很大的发展。

3　纳米技术的一些技术应用

（1）纳米材料的用途十分的广泛，比如目前在许多医药领域使用了纳米技术，这样能使药品生产非常的精细，它直接利用原子或者分子的排布制造一些有特殊功能的药品。由于纳米材料所使用的颗粒比较小，所以这种药品在人体内的传输是相当方便的，有些药品会采用多层纳米粒子包裹，这种智能药物到人体后可直接并攻击癌细胞或者对有损伤的组织进行修复。纳米技术也可以用来监测诊少量血液，通过对人体中的蛋白质的分析诊断出许多种疾病。

（2）在家电方面，选用那么材料制成的产品有许多的特性，如具有抗菌性、防腐抗紫外线防老化等的作用。在电子工业方面应用那么材料技术可以从扩大其产品的存储容量，目前是普通材料上千倍级的储器芯片已经投入生产并广泛应用。在计算机方面的应用是可以把电脑缩小成为“掌上电脑”，使电脑使用起来更为方便。在环境保护领域未来将出现多功能纳米膜。这种纳米膜能够对化学或生物制剂造成的污染进行过滤，从而改善环境污染。在纺织工业方面通过在原始材料中添加纳米ZnO等复配粉体材料，再通过经抽丝、织布，最终能够制成除臭或抗紫外线辐射等特殊功能的服装，这些产品可以满足国防工业要求。

（3）最新型的纳米侦察卫星是采用的是纳米元件和按照纳米进行加工方的方法组装而成的，它的质量小于10kg。纳米卫星的体积虽然只有一般比麻雀稍微大一点，但是却拥有非常强大的运算能力，在太空中数十颗甚至数百颗这样的纳米卫星连接在一起就可以织成“天网”，形成纳米卫星侦察系统，能够实现对全球各个地区的覆盖和侦察，在军事上是的应用是非常的重要的，能实现军队对高空无“死区”的侦查。纳米飞行侦察系统属于是一种比较微型化的飞行系统，它能够携带多种探测侦查设备，他们具有非常高的信息处理和导航和通信的能力。该系统的其主要功能是对敌方进行秘密的部署，关键时候可以到敌方信息资源库和相关武器系统的内部或附近地区进行监视敌方的情况，与此同时也可对敌方的各种雷达、通信设备等实施有效监视和干扰。它能够附着在敌方的建筑物或者机械设备上进行监听，有时也可以直接把敌方目标的位置坐标传送到我方发送到我方的炮兵发射基地进行发射导弹，这能够有效地引导精确制导武器进行有效地攻击。当然除了可以放在飞行的纳米飞行器上，还有其它理性的的纳米传感器和侦查设备。他们的体积一般都比较小不容易被发现，内部都装有非常敏锐的传感器。还有一些传感器广泛的分布在一些武器装备的表面，这种传感器叫做环境传感器，它能够察觉比较细微的外部环境的一些“刺激”，用来对武器系统进行调整。潜艇的蒙皮改用纳米材料以后能够灵敏地察觉水流、水压等一些极为细微的外部环境环境的变化，同时及时反馈给潜艇的中央控制系统，实现最低限度地降低噪声，通过对水波的变化的“察觉”能够判断来袭的敌方鱼雷，使潜艇及时有效的进行规避；这能用比较低辐射功率完成“敌我识别，能有效的避免免误伤自己。

（4）纳米材料技术现在已广泛应用于遗传育种中，该技术能够结合转基因技术并且已经在培育新品种方面取得了很大的进展。这种技术是通过纳米手段将染色体分解为单个的基因，然后对它们进行组装，这种技术整合成的基因产品的成功率几乎可以达到100%。经过实践证明，科研人员能够让单个的基因分子链展现精细的结构，并可以通过具体的操纵其实现分子结构改变其性能，从而形成纳米图形，这样就能使人们可以在更小的世界范围内、更加深的一种层次上进行探索生命的秘密。

（5）纳米材料技术在发动机尾气处理方面的应用，目前有一种新型的纳米级净水剂有非常强的吸附能力，它是一般净水剂的20倍左右。纳米材料的过滤装置，还能有效的去除水中的一些细菌，使矿物质以及一些微量元素有效的保留下来，经过处理后的污水可以直接饮用。纳米材料技术的为解决大气污染方面的问题提供了新的途径。这种技术对空气中的污染物的净化的能力是其它技术所不可替代的。

现在我国已经建立十多条的纳米材料和技术的生产线。纳米复合材料、纤维的改性、纳米材料在能源和环保等方面的应用与开发已在我国兴起。国内纳米技术注册的公司已经近百个，一些知名的企业家对纳米技术的关注，已经为我国纳米技术产业注入了新的活力。相信在不久将来，纳米材料技术将会应用很快的应用于我国的船舶行业。

4　结语

目前世界上的的纳米物质和产品的种类非常的多，制作方法上也是五花八门，但总体上看还很不完整.从纳米材料的发展角度看，需要开发一些比较简单的，能够大规模进行生产的方法.从对纳米颗粒的基础来看，需要开发能够进行严格控制其微粒尺寸的制备方法.这些工作的进展将有助于以后更好的开发纳米材料的用途，从而创立新的电子学材料、光学材料、传感器等。

参考文献：

［1］曹茂盛.纳米材料导论［M］纳米材料应用，2014（6）

［2］董啸啸.浅析纳米材料的应用［J］纳米材料在我国的进展2010（8）

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

作者简介：田爱环（1975-），山西孝义人，研究生，助讲，研究方向：材料加工工程镁合金。