樂建華+李甘

摘 要：當粒子的尺寸為納米量級時，粒子會具備一些奇特的功能，如宏觀量子隧道效應、表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應等，因此會表現出許多的特性，在新材料、磁介質、醫(yī)學、濾光、光吸收和催化等方面的應用前景都十分廣闊。通常納米粒子從學科的角度來劃分，可分為物理化學方法、化學方法和物理方法等。本文就會納米粒子的化學制備方法及應用進行分析和探討。

關鍵詞：納米粒子；化學制備方法；應用

大氣、各種微粒子粉塵、煙塵等各類塵埃物中都存在著大量的納米粒子，但是自然界中存在的納米粒子大多屬于有害污染物，無法對其進行直接利用。隨著社會的發(fā)展和時代的進步，通過人工制備的手段來利用各類有益的納米粒子已經成為重要研究方向。由于納米粒子具有奇特的化學性能、熱學性能、磁學性能、電學性能以及力學性能等，目前被世界各國的科學人員所關注與高度重視。

一、納米粒子的化學制備方法及應用

（一）氣相化學反應法及應用

利用氣相化學反應法來制備超微粒子，其具有活性與化學反應高、分散性好、粒徑小、純度高、粒子均勻等特點，適用于非金屬化合物、金屬化合物以及各類金屬納米粒子的制備。該方法包括氣固反應法、氣相合成法、氣相分解法，其中對于氣相合成法而言，其主要是指在高溫條件下，借助多種物質之間的氣相化學反應，有效合成相應的化合物；然后通過快速冷凝來制備出納米粒子，具有互換性與靈活性。利用激光誘導氣相法進行納米粒子的合成時，往往會出現反應原料問題，C2H4、SiH4等會吸收激光光子，其反應式為：2SiCI4（g）+C2H4（g）→2SiC（s）+6H2（g），3SiH4（g）+4NH3（g）→Si3H4（s）+12H2（g），其中得到的SiC（s）和Si3H4（s）都是納米粒子。值得注意的是，氣相合成法制備納米材料時，關鍵需要促進沉積速度的提升，以傳統真空蒸發(fā)為依據，利用激光和超聲波等加熱手段進行制備，這樣納米材料會具有很好的分散性與透明性，但是具有成本高與產量小的缺點。

另外，氣相分解法是對中間化合物進行預處理，通過加熱、蒸發(fā)和分解等來獲得納米粒子；而氣相熱分解的原料多是采用金屬氯化物與有機硅等，如Si（OH）4、Fe（CO）5等。氣相分解法在制備納米薄膜材料方面的使用最多，如復合氧化物、硼化物、碳化物和金屬氧化物等功能與結構材料的制備，并且廣泛應用于太陽能利用、光學材料、表面裝飾、熱電材料和氣體傳感器等領域。

（二）濕化學法及應用

1.水熱合成法

該方法多是在高氣壓或100～350℃的環(huán)境下，讓有機化合物或無機化合物與水進行化合，然后控制物理過程與加速滲析反應，在此基礎上進行過濾、干燥與洗滌等，從而得到超細與高純的微粒子。一般可在不同的實驗環(huán)境下采用水熱合成法：①密閉動態(tài)：將加磁性轉子置于高壓釜內，密閉后將其放在電磁攪拌器上，動態(tài)環(huán)境下保溫會加快合成的速率；②密閉靜態(tài)：在高壓反應釜內放置沉淀物或金屬鹽溶液，密閉之后加恒溫，靜止情況下長期保溫。當前此方法在高壓高溫的水中溶解其他金屬或鋯鹽，會得到高質量的磁性氧化鐵、氧化鋁、氧化鋯納密粒子。

2.水解沉淀法

利用水解來使化合物生產相應的沉淀物，基本是利用水合物與氫氧化物，選用各類無機鹽作為水溶液的原料，以此來制備超微粒子。以無機鹽為依據來配制水合物，對其水解條件進行控制，合成單分散性的立方體或球狀的納米粒子，如水解三價鐵鹽溶液，獲得a—Fe2O3納米粒子等。此外，金屬醇鹽與水進行反應，可以生產水合物、氫氧化物和氧化物的沉淀，因此可以多種醇鹽為基礎，利用干燥、沉淀和水解等手段來制備氧化物陶瓷納米粒子。

3.共沉淀法

該方法主要是在溶液中混合各種陰離子，當特定的陽離子加以沉淀時，溶液中的其他離子也會陳定，從而達到原子級的混合。溶液中的pH值主要包括草酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽和氫氧化物等，這些物質構成沉淀溶液時，其調節(jié)范圍相對靈活，金屬離子會隨pH值的升高而依次沉淀，形成混合沉淀物[3]。由于沉淀屬于分別發(fā)生，要想避免共沉淀方法出現分別沉淀的傾向，可以適當使沉淀劑濃度加以提高，然后導入金屬溶液，攪拌溶液，確保溶液中金屬離子全都符合沉淀的條件，保證沉淀的均勻性。當然沉淀物轉變?yōu)楫a物化合物時，往往需要進行加熱反應，這樣無法有效控制其構成的均勻性。

二、納米粒子的應用領域

由于納米粒子具有的宏觀量子催化效應與隧道效應、量子效應、界面與表面效應、小尺寸效應，因此其在增強增韌性能、潤滑性能、儲氫性能、磁性能、光學性能和催化性能等方面具有特殊的功能，在各個領域得到了廣泛的應用。通常納米粒子在生物醫(yī)學材料、增韌補強材料、隱身材料、光學材料、磁性材料、納米電子器件、催化劑。

（1）光學隱身材料方面：激光隱身、紅外隱身、微波隱身、光隱身等納米光學隱身材料。

（2）半導體方面：納米光敏材料、納米氣敏材料、納米濕敏材料、納米壓敏材料、納米溫敏材料等。

（3）生物材料方面：納米復合骨替代材料、納米復合牙齒替代材料等。

（4）磁性材料方面：納米磁制冷工質材料、納米微晶稀土永磁材料、納米微晶軟磁材料、納米磁記錄材料、納米巨磁電阻材料等。

（5）增強結構材料方面：納米焊接技術、納米顆粒助燒結材料、纖維增強材料、納米晶須、納米顆粒增強材料等。

三、結束語

納米材料和納米技術是當前最具發(fā)展前景的材料，已經成為材料領域的重要研究問題。通常納米粒子作為功能材料，可應用于生物學、聲學和光學等，而其作為結構材料，則可制備三維納米碳管、二維納米薄膜、一維鈉米晶須等。目前在社會快速發(fā)展的背景下，多是通過人工制備的手段來直接制備有益的各類納米歷史，而實際上人工制備所需的納米粒子十分困難。

參考文獻：

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[3]陶凱，王繼乾，夏道宏，徐海，呂建仁，山紅紅.多肽在貴金屬納米粒子制備中的應用[J].化學進展，2012（07）：1294-1308.

[4]王海英，孟圍，劉志明.納米纖維素/銀納米粒子的制備和表征[J].功能材料，2013（05）：677-681.