納米粒子的制備

什么是納米粒子？納米粒子是怎么制備的？

納米粒子又稱超細(xì)微粒，是指粒度在1—100nm之間的粒子，屬于膠體粒子大小的范疇。納米粒子處于原子簇和宏觀物體之間的過度區(qū)，處于微觀體系和宏觀體系之間，是由數(shù)目不多的原子或分子組成的集團(tuán)，因此它們既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)。

近十多年，越來越多的科學(xué)家致力于納米材料的相關(guān)研究中并在制備、性質(zhì)和應(yīng)用方面都取得了豐碩的研究成果。鑠思百檢測提提供納米粒子，納米材料的檢測分析服務(wù)，詳情聯(lián)系鑠思百客服！

一、納米粒子效應(yīng)

納米粒子應(yīng)具有一些新異的物理化學(xué)特性，我們稱之為納米效應(yīng)。納米粒子區(qū)別于宏觀物體結(jié)構(gòu)的特點是，它表面積占很大比重，而表面原子既無長程序又無短程序的非晶層?？梢哉J(rèn)為納米粒子表面原子的狀態(tài)更接近氣態(tài)，而粒子內(nèi)部的原子可能呈有序的排列。即使如此，由于粒徑小，表面曲率大，內(nèi)部產(chǎn)生很高的Gilibs壓力，能導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)的某種變形。納米粒子的這種結(jié)構(gòu)特征使它具有下列幾個方面的納米效應(yīng)。

1、宏觀量子隧道效應(yīng)

宏觀量子隧道效應(yīng)是基本的量子現(xiàn)象之一，即當(dāng)微觀粒子的總能量小于勢壘高度時，該粒子仍能穿越這一勢壘。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強(qiáng)度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效應(yīng)，稱為宏觀的量子隧道效應(yīng)。宏觀量子隧道效應(yīng)的研究對基礎(chǔ)研究及實用都有著重要的意義，它限定了磁帶、磁盤進(jìn)行信息貯存的時間極限。量子尺寸效應(yīng)，隧道效應(yīng)將會是未來電子器件的基礎(chǔ)，或者它確立了現(xiàn)存微電子器件進(jìn)一步微型化的極限。當(dāng)電子器件進(jìn)一步細(xì)微化時，必須要考慮上述的量子效應(yīng)。

2、表面效應(yīng)

球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積（表面積/體積）與直徑成反比。隨著顆粒直徑的變小，比表面積將會顯著地增加，顆粒表面原子數(shù)相對增多，從而使這些表面原子具有很高的活性且極不穩(wěn)定，致使顆粒表現(xiàn)出不一樣的特性，這就是表面效應(yīng)。

3、小尺寸效應(yīng)

當(dāng)顆粒的尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時，晶體周期性的邊界條件將被破壞，非晶態(tài)納米粒子的顆粒表面層附近的原子密度減少，導(dǎo)致聲、光、電、磁、熱、力學(xué)等特性呈現(xiàn)新的物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對超微顆粒而言，尺寸變小，同時其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì)。

4、量子尺寸效應(yīng)。

當(dāng)粒子尺寸降到某一值時，費米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級。能級間距發(fā)生分裂，必將導(dǎo)致納米粒子宏觀特性有顯著不同。

二、納米粒子的應(yīng)用

1、納米陶瓷

高純度納米粉可作為精細(xì)陶瓷材料。它具有堅硬、耐磨、耐高溫、耐腐蝕的能力，并且有些陶瓷材料具有能量轉(zhuǎn)換，信息傳遞功能。

可作為紅外吸收材料，如Cr系合金納米粒子對紅外線有良好的吸收作用。

2、納米催化劑

納米粒子表面活化中心多，這就提供了納米粒子做催化劑的必要條件。目前，用納米粒子進(jìn)行催化反應(yīng)可以直接用納米微粒如鉑黑、銀、氧化鋁、氧化鐵等在高分子聚合物氧化、還原及合成反應(yīng)中做催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，利用納米鎳粉作為火箭固體燃料反應(yīng)觸媒，燃燒效率可提高100倍；催化反應(yīng)還表現(xiàn)出選擇性，如用硅載體鎳催化劑對丙醛的氧化反應(yīng)表明，鎳粒徑在5nm以下時選擇性急劇變化，醛分解得到控制，生成酒精的選擇性急劇上升。

3、納米粒子磁體

在磁性材料方面有許多應(yīng)用，例如：可以用納米粒子作為磁體材料，磁記錄材料和磁流體材料。

4、燒結(jié)活性劑

納米粒子體積效應(yīng)使得通常在高溫?zé)Y(jié)的材料如SiC、WC、BC等在納米狀態(tài)下在較低溫度下可進(jìn)行燒結(jié)，獲得高密度的燒結(jié)體。另一方面，由于納米粒子具有低溫?zé)Y(jié)、流動性大、燒結(jié)吸縮大的燒結(jié)特征，可作為燒結(jié)過程的活性劑使用，加速燒結(jié)過程降低燒結(jié)溫度，縮短燒結(jié)時間。例如，普通鎢絲粉須在3000℃的高溫下燒結(jié)，而在摻入0.1～0.5%的納米鎳粉后，燒結(jié)溫度可降到1200至1311℃。

復(fù)相材料的燒結(jié)：復(fù)相材料由于不同的熔點及相變溫度不同使得燒結(jié)較困難。納米粒子的體積效應(yīng)和表面效應(yīng)，不僅使其熔點降低，相轉(zhuǎn)變溫度也降低，在低溫下就能進(jìn)行固相反應(yīng)，因此可得到燒結(jié)性能很好的復(fù)相材料。

5、納米靶向藥物

納米材料在醫(yī)學(xué)和生物工程也有許多應(yīng)用。已成功開發(fā)了以納米磁性材料為藥物載體的靶向藥物，稱為“生物daodan”。即在磁性Fe3O4納米微粒包敷的蛋白質(zhì)表面攜帶藥物，注射進(jìn)入人體血管，通過磁場導(dǎo)航輸送到病變部位釋放藥物，可減少肝、脾、腎等所受由于藥物產(chǎn)生的副作用。利用納米傳感器可獲取各種生化反應(yīng)的信息和電化學(xué)信息。還可以利用納米粒子研制成納米機(jī)器人，注入人身的血液，對人體進(jìn)行全身健康檢查，疏通腦血管中血栓，清除心臟動脈脂肪沉積物，甚至還能吞噬病毒，殺死癌細(xì)胞等，可以預(yù)言，隨著制備納米材料技術(shù)的發(fā)展和功能開發(fā)，會有越來越多的新型納米材料在眾多的高科技領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。

三、納米粒子制備

自然界中廣泛存在著天然形成的納米材料，如蛋白石、隕石碎片、動物的牙齒、海洋沉積物等就都是由納米微粒構(gòu)成的。人工制備納米材料的實踐也已有1000年的歷史，中國古代利用蠟燭燃燒之煙霧制成碳黑作為墨的原料和著色的染料，就是最早的人工納米材料。目前實驗室制取納米粒子的方法主要有以下幾種：

1、沉淀法--把沉淀劑加入到鹽溶液中反應(yīng)后，將沉淀熱處理得到納米材料。其特點是簡單易行，但純度低，顆粒半徑大。

2、氣相沉積法--利用金屬化合物蒸汽的化學(xué)反應(yīng)合成納米材料。其特點是產(chǎn)品純度高，粒度分布窄。

3、水熱合成法--高溫高壓下在水溶液或蒸汽等流體中合成，再經(jīng)分離和熱處理得到納米粒子。其特點是純度高，分散性好，粒度易控制。

4、溶膠凝膠法--金屬化合物經(jīng)溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)低沮熱處理而生成納米粒子。其特點是反應(yīng)物種多，產(chǎn)物顆粒均一，過程易控制。

5、微乳液法--兩互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成乳液，在微泡中經(jīng)成核、聚結(jié)、團(tuán)聚、熱處理后得納米粒子。其特點是粒子的單分散和接口性好。