【文章內(nèi)容簡介】 1年日本 NEC公司飯島澄男 (Iijima)等發(fā)現(xiàn)納米碳管以來 ， 立刻引起了許多科技領(lǐng)域的科學(xué)家們的極大關(guān)注 。 因?yàn)闇?zhǔn)一維納米材料在介觀領(lǐng)域和納米器件研制方面有著重要的應(yīng)用前景 ， 它可用作掃描隧道顯微鏡 (STM)的針尖 、 納米器件和超大集成電路 (Ultra Large Scale Integrated Circuits, ULSIC)中的連線 、 光導(dǎo)纖維 、 微電子學(xué)方面的微型鉆頭以及復(fù)合材料的增強(qiáng)劑等 。 一維納米材料制備方法 Schematic illustrations of six different strategies that have been demonstrated for achieving 1D growth: A) dictation by the anisotropic crystallographic structure of a solid。 B) confinement by a liquid droplet as in the vaporliquidsolid process。 C) direction through the use of a template。 D) kiic control provided by a capping reagent。 E) selfassembly of 0D nanostructures。 F) sizereduction of a 1D microstructure. 納米帶 納米薄膜制備方法 納米薄膜可分為：單分子膜；由納米粒子組成 （ 或堆砌而成 ） 的薄膜；納米粒子間有較多空隙或無序原子或另一種材料的薄膜等 。 還可分為顆粒膜 、 膜厚為納米級的多層膜；納米晶態(tài)薄膜和納米非晶態(tài)薄膜 。 ? LB技術(shù) ? 自組裝技術(shù) ? 物理氣相沉積 ? MBE技術(shù) ? 化學(xué)氣相沉積 ?? ?? 納米膜 A薄膜制備的物理方法 B， 薄膜制備的化學(xué)方法 用于制備 LB膜的裝置示意圖 C， Langmuir－ Blodgett技術(shù) 典型的 LB膜成膜材料必須是具有 “ 雙親性 ” ， 即親水基和疏水基的化合物 。 通常的 LB膜成膜過程可分為三個(gè)基本階段： 1) 液面上單分子膜的形成 。 首先將成膜材料溶解在諸如苯 、 氯仿等不溶于水的有機(jī)溶劑之中 ， 然后滴加在水面上鋪展開來 ， 材料分子被吸附在空氣 水的界面上； 2) 待溶劑蒸發(fā)后 ， 通過一可移動的擋板 ， 減少每一分子所占有的面積 (即水面的面積 /滴入的分子數(shù) )。 在某一表面壓下 ,各個(gè)分子的親水基團(tuán)與水面接觸 。 疏水基團(tuán)與空氣一側(cè)接觸 ， 即所有分子在亞相表面都基本上成對地取向排列并密集充填而形成單分子層； 3) 通過機(jī)械裝置以一定的速度降下基片 ,亞相表面的單分子層便轉(zhuǎn)移到基片上 。 如果再提升基片 ， 則第二層單分子層又轉(zhuǎn)移到基片上 。 D， 自組裝技術(shù) E， 物理氣相沉積技術(shù) 物理氣相沉積 (Physical Vapour Deposion, PVD)方法作為一類常規(guī)的薄膜制備手段被廣泛的應(yīng)用于納米薄膜的制備 ， 包括蒸鍍 、 電子束蒸鍍 、 濺射等 。 其基本過程包括： 氣相物質(zhì)的產(chǎn)生 氣相物質(zhì)的輸運(yùn) 氣相物質(zhì)的沉積 蒸發(fā) 、 濺射 高真空 凝 聚 F， 化學(xué)氣相沉積技術(shù) 化學(xué)氣相沉積 (Chemical Vapour Deposition, CVD)法主要是利用含有薄膜元素的一種或幾種氣相化合物或單質(zhì)在襯底表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成薄膜的方法 。 其薄膜形成的基本過程包括氣體擴(kuò)散 、反應(yīng)氣體在襯底表面的吸附 、 表面反應(yīng) 、 成核和生長以及氣體解吸 、擴(kuò)散揮發(fā)等步驟 。 CVD內(nèi)的輸運(yùn)性質(zhì) (包括熱 、 質(zhì)量及動量輸運(yùn) )、氣流的性質(zhì) (包括運(yùn)動速度 、 壓力分布 、 氣體加熱 、 激活方式等 )、基板種類 、 表面狀態(tài) 、 溫度分布狀態(tài)等都影響薄膜的組成 、 結(jié)構(gòu) 、形態(tài)與性能 。 利用該方法可以制備氧化物 、 氟化物 、 碳化物等納米復(fù)合薄膜 。 該方法目前被廣泛的應(yīng)用于納米薄膜材料的制備 ， 主要用于制備半導(dǎo)體 、 氧化物 、 氮化物 、 碳化物納米薄膜 。 CVD法可分為：常壓 CVD；低壓 CVD；熱 CVD； 等離子 CVD；間隙 CVD；激光 CVD；超聲 CVD等等。 G， 溶膠－凝膠法 溶膠－凝膠法 (solgel)是 20世紀(jì) 60年代發(fā)展起來的一種制備玻璃 、 陶瓷等無機(jī)材料的新方法 。 其基本步驟是先用金屬無機(jī)鹽或有機(jī)金屬化合物在低溫下液相合成為溶膠 ， 然后采用提拉法 (dipcoating)或旋涂 (spincoating)， 使溶液吸附在襯底上 ， 經(jīng)膠化過 程 (gelating)成為凝膠 ， 凝膠經(jīng)一定溫度處 理后即可得到納米晶薄膜 。 目 前 已 采 用 solgel 法得到的納米鑲嵌復(fù)合薄膜主要有 Co(Fe, Ni, Mn)/SiO2, CdS(ZnS, PbS)/SiO2。 由于溶膠的先驅(qū)體可以提純且溶膠－凝膠 過程在常溫下可液相成膜 ， 設(shè)備簡單 ， 操 作方便 ， 因此溶膠－凝膠法是常見的納米 薄膜的制備方法之一 。 納米固體材料制備方法 三維納米材料是指由尺寸為 1～ 100nm的粒子為主體形成的塊體 (nanostructured bulk)材料 ， 又稱納米固體 。納米固體中的納米微粒有三種形式： 長程有序的晶態(tài) ，短程有序的非晶態(tài)和只有取向有序的準(zhǔn)晶態(tài) 。 以納米顆粒為單元沿著一維方向排列形成納米絲 ， 在二維空間排列形成納米薄膜 ， 在三維空間可以堆積成納米塊體 ， 經(jīng)人工的控制和加工 ， 納米微粒在一維 、 二維和三維空間有序排列 ， 可以形成不同維數(shù)的陣列體系 。 納米固體 納米固體按照小顆粒結(jié)構(gòu)狀態(tài)可分為納米 晶體材料(nanocrystalline, nanometersized crystalline, 又稱納米微晶材料 )、 納米 非晶材料 (nano amorphous materials)和納米 準(zhǔn)晶材料 。 按照小顆粒鍵的形式又可以把納米材料劃分為納米金屬材料 、 納米離子晶體材料 (如 CaF2等 )、 納米半導(dǎo)體材料 (nano semiconductors)、 以及納米陶瓷材料(nano ceramic materials)。 納米材料是由單相微粒構(gòu)成的固體稱為納米相材料 (nanophase materials)。 每個(gè)納米微粒本身由兩相構(gòu)成 (一種相彌散于另一種相中 )則相應(yīng)的納米材料稱為納米復(fù)相材料 (nanomultiphase materials)。 納米固體材料分類 （ 1） 惰性氣體蒸發(fā) 、 原位加壓制備法 納米結(jié)構(gòu)材料中的納米金屬與合金材料是一種二次凝聚晶體或非晶體 ， 第一次凝聚是由金屬原子形成納米顆粒 ， 在保持新鮮表面的條件下 ， 將納米顆粒壓在一起形成塊狀凝聚固體 。 從納米金屬材料形成過程 ， 可以總結(jié)出用 “ 一步法 ”制備納米金屬固體的步驟是： ① 制備納米顆粒； ② 顆粒收集； ③ 壓制成塊體 。 為了防止氧化 ， 上述步驟一般都是在真空 (小于 10～ 6Pa)中進(jìn)行 ， 這就給制備納米金屬和合金固體帶來很大困難 。 納米金屬與合金材料制備方法 * 惰性氣體凝聚、 原位加壓裝置示意圖 右圖是用惰性氣體蒸發(fā) (凝聚 )、 原位加壓法制備納米金屬和合金的裝置 。這個(gè)裝置主要由 3個(gè)部分組成：第一個(gè)部分為納米粉體獲得；第二個(gè)部分為納米粉體的收集；第三個(gè)部分為粉體的壓制成型 。 其中第一和第二部分與用惰性氣體蒸發(fā)法制備納米金屬粒子的方法基本一樣 。 在第三部分 ， 由惰性氣體蒸發(fā)制備的納米金屬或合金微粒在真空中由聚四氟乙烯刮刀從冷阱上刮下經(jīng)漏斗直接落入低壓壓實(shí)裝置 ， 粉體在此裝置中經(jīng)輕度壓實(shí)后由機(jī)械手將其送至高壓原位加壓裝置壓制成塊狀試樣 ， 壓力為1～ 5GPa， 溫度為 300～ 800K。 （ 2） 高能球磨法結(jié)合加壓成塊法 高能球磨是一種用來制備具有可控微結(jié)構(gòu)的金屬基或陶瓷基復(fù)合粉末的技術(shù) 。 即在干燥的球型裝料機(jī)內(nèi) ， 在高真空 Ar2氣保護(hù)下 ，通過機(jī)械研磨過程中高速運(yùn)行的硬質(zhì)鋼球與研磨體之間相互碰撞 ，對粉末粒子反復(fù)進(jìn)行熔結(jié) 、 斷裂 、 再熔結(jié)的過程使晶粒不斷細(xì)化 ，達(dá)到納米尺寸 。 納米粉再采用熱擠壓 、 熱等靜壓等技術(shù)加壓制得塊狀納米材料 。 研究表明非晶 、 準(zhǔn)晶 、 納米晶 、 超導(dǎo)材料 、 稀土永磁合金 、 超塑性合金 、 金屬間化合物 、 輕金屬高比強(qiáng)合金均可通過這一方法合成 。 該法合金基體成分不受限制 、 成本低 、 產(chǎn)量大 、 工藝簡單 ，特別是在難熔金屬的合金化 、 非平衡相的生成及開發(fā)特殊使用合金等方面顯示出較強(qiáng)的活力 。 （ 3） 非晶晶化法 該法是近年來發(fā)展極為迅速的一種新工藝 ， 它是通過控制非晶態(tài)固體的晶化動力學(xué)過程使產(chǎn)物晶化為納米尺寸的晶粒 ， 它通常由非晶態(tài)固體的獲得和晶化兩個(gè)過程組成 。 非晶態(tài)固體可通過熔體急冷 、 高速直流濺射 、 等離子流霧化 、 固態(tài)反應(yīng)法等技術(shù)制備 ， 最常用的是單輥或雙輥旋淬法 。 由于以上方法只能獲得非晶粉末 、 絲及條帶等低維材料 ， 因而還需采用熱模壓實(shí) 、 熱擠壓或高溫高壓燒結(jié)等方法合成塊狀樣品 。 晶化通常采用等溫退火方法 ， 近年來還發(fā)展了分級退火 、脈沖退火 、 激波誘導(dǎo)等方法 。 目前 ， 利用該法已制備出 Ni、Fe、 Co、 Pd基等多種合金系列的納米晶體 ， 也可制備出金屬間化合物和單質(zhì)半導(dǎo)體納米晶體 ， 并已發(fā)