化工專業(yè)-納米材料的概述及化工制備方法-預(yù)覽頁(yè)
【正文】 器的原理、形成與結(jié)構(gòu)，并對(duì)微乳液在納米材料制備領(lǐng)域中的應(yīng)用狀況進(jìn)行了闡述。早在二十世紀(jì) 60 年代 ,英國(guó)化學(xué)家 Thomas 就使用“膠體”來(lái)描述懸浮液中直徑為 1nm100nm 的顆粒物。 1982年， Boutonmt 首先報(bào)道了應(yīng)用微乳液制備出了納米顆粒：用水合胼或者氫氣還原在 W／ O 型微乳液水核中的貴金屬鹽，得到了單分散的Pt， Pd， Ru， Ir 金屬顆粒（ 3～ 10nm）。作為高級(jí) 納米結(jié)構(gòu)材料和納米器件的基本構(gòu)成單元(Bui1ding Blocks),納米顆粒的合成與組裝是納米科技的重要組成部分和基礎(chǔ)。 納米材料具有一定的獨(dú)特性，當(dāng)物質(zhì)尺度小到一定程度時(shí)，則必須改用量子力學(xué)取代傳統(tǒng)力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)描述它的行為，當(dāng)粉末粒子尺寸由 10 微米降至 10納米時(shí)，其粒徑雖改變?yōu)?1000 倍，但換算成體積時(shí)則將有 10的 9 次方倍之巨，所以二者行為上將產(chǎn)生明顯的差異。 一般常見(jiàn)的磁性物質(zhì)均屬多磁區(qū)之集合體，當(dāng)粒子尺寸小至無(wú)法區(qū)分出其磁區(qū)時(shí)，即形成單磁區(qū)之磁性物質(zhì)。納米材料因其光吸收率大的特色，可應(yīng)用于紅外線感測(cè)器材料。機(jī)械球磨法無(wú)需從外部供給熱能 ,通過(guò)球磨讓物質(zhì)使材料之間發(fā)生界面反應(yīng) ,使大晶粒變?yōu)樾【Я?,得到納米材料。超重力技術(shù)利用超重力旋轉(zhuǎn)床高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的相當(dāng)于重力加速度上百倍的離心加速度 ,使相間傳質(zhì)和微觀混合得到極大的加強(qiáng) ,從而制備納米材料。Takaki 等在惰性氣體保護(hù)下 ,利用氣相冷凝法制備了懸浮的納米銀粉。深度塑性變形法是在準(zhǔn)靜態(tài)壓力的作用下 ,材料極大程度地發(fā)生塑性變形 ,而使尺寸細(xì)化到納米量級(jí)。目前 ,濺射技術(shù)已經(jīng)得到了較大的 發(fā)展 ,常用的有陰極濺射、直流磁控濺射、射頻磁控濺射、離子束濺射以及電子回旋共振輔助反應(yīng)磁控濺射等技術(shù)。 化學(xué)制備方法 （ 1） 溶膠 — 凝膠法的化學(xué)過(guò)程首先是將原料分散在溶劑中 ,然后經(jīng)過(guò)水解反應(yīng)生成活性單體 ,活性單體進(jìn)行聚合 ,開(kāi)始成為溶膠 ,進(jìn)而生成具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠。即使在較高的溫度下 ,離子液仍具有低揮發(fā)性 ,不易造成環(huán)境污染 ,是一類綠色溶劑。他們證實(shí) ,這些納米花由直徑 60nm— 80nm 的納米線構(gòu)成 ,隨老化時(shí)間的增加 ,這些納米線會(huì)從母花上坍塌 ,最終形成單根的納米線。 Liu 等用Bi(NO3)3?5H2O、 NaOH 及硫的化合物為原料 ,甘油和水為溶劑 ,采用溶劑熱法在高壓釜中 160℃ 反應(yīng) 2472 h 制得了長(zhǎng)達(dá)數(shù)毫米的 Bi2S3 納米帶。微乳法制備納米材料 ,由于它獨(dú)特的工藝性能和較為簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置 ,在實(shí)際應(yīng)用中受到了國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。近年來(lái)還開(kāi)發(fā)了含有離子液體或超臨界物質(zhì)的新型微乳體系。體系中的水核可以看作是一種“微反應(yīng)器”或“納米反應(yīng)器”，提供合適的環(huán)境控制微粒的成核及生長(zhǎng)，在微粒后期的生長(zhǎng)過(guò)程中，表面活性 劑的存在可以有效阻止生成的納米微粒的團(tuán)聚。另一種合成納米微粒的方法是只使用一種微乳液，其中一種反應(yīng)物溶解在微乳液中，另一種反應(yīng)物直接加入體系，該反應(yīng)物穿過(guò) 微乳體系的界面膜進(jìn)入水核參加反應(yīng)，產(chǎn)物粒子的最終粒徑取決于水核的尺寸。 AOS、 SDS（十二烷基硫酸鈉）、SDBS（十六烷基磺酸鈉）陰離子表面活性劑、 CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）陽(yáng)離子表面活性劑、 TritonX（聚氧乙烯醚類 ）非離子表面活性劑等；助表面活性劑一般為中等碳鏈 C5～ C8 的脂肪酸。由于水核半徑是固定的，不同水核內(nèi)的晶核或粒子之間的物質(zhì)交換不能實(shí)現(xiàn)，所以水核內(nèi)粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸銀和氯化鈉反應(yīng)制備氯化鈉納粒。 Transmission electron micrograph and size distributionof nickel nanoparticles. [NiCl2]= M。 C 圖 23 鐵，鎳，鋅納米粒子的制備 反應(yīng)物 A 的微乳液與反應(yīng)物 B 氣體 一種反應(yīng)物在增溶的水核內(nèi)，另一種為氣體（如 O2 、 NH3，CO2），將氣體 通入液相中，充分混合使兩者發(fā)生反應(yīng)而制備納米顆粒，例如， Matson 等用超臨界流體一反膠團(tuán)方法在 AOT 一丙烷一H2O 體系中制備用 Al（ OH） 3 膠體粒子時(shí)，采用快速注入干燥氨氣方法得到球形均分散的超細(xì) Al（ OH） 3 粒子，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，可根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)選用相應(yīng)的模式。 微乳液的形成機(jī)理 Schulman 和 Prince 等提出瞬時(shí)負(fù)界面張力形成機(jī)理。若是發(fā)生微乳液滴的聚結(jié)，那么總的界還原劑 Microemulsion containing reactant A 或氣體 西安工業(yè)大學(xué) 繼續(xù)教育學(xué)院（?？疲┊厴I(yè)設(shè)計(jì)論文 11 面面積將會(huì)縮小，復(fù)又產(chǎn)生瞬時(shí)界面張力，從而對(duì)抗微乳液滴的聚結(jié)。在介紹『微乳液』之前，我們須先了解『界面活性劑』的特性。 McBain (1913)指出此一類似相變現(xiàn)象的發(fā)生乃肇因于溶液中許多『微胞』的形成。采用NP－ 5/環(huán)已烷／氯化銠微乳體系，非離子表面活性劑 NP－ 5 的濃度為 ，氯化銠在溶液中濃度為 0． 37mol／ L，水相體積分?jǐn)?shù)為0． 11。使用原料有：十二烷基硫酸鈉 、二乙烯基苯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、正戊醇和過(guò)硫酸銨均為 實(shí)驗(yàn)品， 加脂劑 23 和滲透劑為工業(yè)品。以 TX10+AE09/正戊醇 /環(huán)己烷 /水為微乳體系，表面活性劑（ TX10 與 AE09 以質(zhì)量比 1： 1 配制）與正戊醇按質(zhì)量比 2： 1 混合，并稱去 混合物置于燒瓶中，加入 環(huán)己烷攪勻并置于恒溫水浴中，滴加 5mL 濃度為 +與 +的鹽溶液，充分?jǐn)噭颉? 磁性氧化物顆粒的制備 利用 W／ O 型微乳體系可以制備納米磁性 Fe3O4 微粒。 將微乳液 A、 B 按一定比例于圓底四口燒瓶?jī)?nèi)混合，接通循環(huán)水泵抽真空，維持表壓在 ，勻速攪拌，于真空條件下再適當(dāng)添加微乳液 B 直至體系 pH＞ 8，此時(shí)，體系的顏色由棕紅色慢慢變成黑色。對(duì)這一領(lǐng)域的研究引起了眾多科研工作者的極大興趣，國(guó)內(nèi)外相關(guān)的報(bào)導(dǎo)也日益增多且取得了顯著進(jìn)展。在學(xué)習(xí)中 ,老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識(shí)、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)范是我終生學(xué)習(xí)的楷模，導(dǎo)師們的高深精湛的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)精神，將永遠(yuǎn)激勵(lì)著
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