納米材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域

納米材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域

由于納米微粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等使得它們?cè)诖?、光、電、傳感等方面呈現(xiàn)常規(guī)材料不具備的特性。因此納米微粒在磁性材料、電子材料、光學(xué)材料、高致密度材料的燒結(jié)、催化、傳感、陶瓷增韌等方面有廣闊的應(yīng)用前景。納米材料主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：一、光學(xué)應(yīng)用納米微粒由于小尺寸效應(yīng)使它具有常規(guī)大塊材料不具備的光學(xué)特性，如光學(xué)非線性、光吸收、光反射、光傳輸過程中的能量損耗等都與納米微粒的尺寸有很強(qiáng)的依賴關(guān)系。下面簡(jiǎn)要介紹一下各種納米微粒在光學(xué)方面的應(yīng)用。1．紅外反射材料納米微粒用于紅外反射材料上主要制成薄膜和多層膜來使用。納米微粒的膜材料在燈泡工業(yè)上有很好的應(yīng)用前景。高壓鈉燈以及各種用于拍照、攝影的碘弧燈都要求強(qiáng)照明，但是電能的69％轉(zhuǎn)化為紅外線，這就表明有相當(dāng)多的電能轉(zhuǎn)化為熱能被消耗掉，僅有一少部分轉(zhuǎn)化為光能來照明。同時(shí)，燈管發(fā)熱也會(huì)影響燈具的壽命。如何提高發(fā)光效率，增加照明度一直是亟待解決的關(guān)鍵問題，20世紀(jì)80年代以來，用納米SiO2和納米TiO2微粒制成了多層干涉膜，總厚度為微米級(jí)，襯在有燈絲的燈泡罩的內(nèi)壁，不但透光率好，而且有很強(qiáng)的紅外線反射能力。與傳統(tǒng)的鹵素?zé)粝嗤瑫r(shí)，可節(jié)省約15％的電。2．優(yōu)異的光吸收材料納米微粒的量子尺寸效應(yīng)等使它對(duì)某種波長(zhǎng)的光吸收帶有藍(lán)移現(xiàn)象。納米微粒粉體對(duì)各種波長(zhǎng)光的吸收帶有寬化現(xiàn)象。目前，對(duì)紫外吸收好的幾種材料有：30~40nm的TiO2納米粒子的樹脂膜；Fe2O3納米微粒的聚固醇樹脂膜。前者對(duì)400nm波長(zhǎng)以下的紫外光有極強(qiáng)的吸收能力，后者對(duì)600nm以下的光有良好的吸收能力，可用作半導(dǎo)體器件的紫外線過濾器。

最近發(fā)現(xiàn)，納米Al2O3粉體對(duì)250nm以下的紫外光有很強(qiáng)的吸收能力，這一特性可用于提高日光燈管使用壽命上。我們知道，日光燈管是利用水銀的紫外譜線來激發(fā)燈管壁的熒光粉導(dǎo)致高亮度照明。一般來說，185nm的短波紫外光對(duì)燈管的壽命有影響，而且燈管的紫外線泄漏對(duì)人體有損害，這一關(guān)鍵問題一直是困擾日光燈管工業(yè)的主要問題。如果把幾個(gè)納米的Al2O3粉摻合到稀土熒光粉中，利用納米紫外吸收的藍(lán)移現(xiàn)象有可能吸收掉這種有害的紫外光，而且不降低熒光粉的發(fā)光效率，在這方面的試驗(yàn)工作正在進(jìn)行。目前，用納米微粒與樹脂結(jié)合用于紫外吸收的例子是很多的。例如，防曬油、化妝品中普遍加入納米微粒。我們知道，大氣中的紫外線主要是在300-400nm波段，太陽光對(duì)人體有傷害的紫外線也是在此波段。防曬油和化妝品中就是要選擇對(duì)這個(gè)波段有強(qiáng)吸收的納米微粒。最近研究表明，納米TiO2、納米ZnO、納米SiO2、納米Al2O3、納米云母都有在這個(gè)波段吸收紫外光的特征。這里還需要強(qiáng)調(diào)一下，納米添加時(shí)顆粒的粒徑不能太小，否則會(huì)將汗毛孔堵死，不利于身體健康。而粒徑太大，紫外吸收又會(huì)偏離這個(gè)波段。為了解決這個(gè)問題，應(yīng)該在具有強(qiáng)紫外吸收的納米微粒表面包敷一層對(duì)身體無害的高聚物，將這種復(fù)合體加入防曬油和化妝品中既發(fā)揮了納米顆粒的作用，又改善了防曬油的性能。塑料制品在紫外線照射下很容易老化變脆，如果在塑料表面涂上一層含有納米微粒的透明涂層，這種涂層對(duì)300－400nm范圍有較強(qiáng)的紫外吸收性能，這樣就可以防止塑料老化。紅外吸收材料在日常生活和國(guó)防上都有重要的應(yīng)用前景。一些經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家已經(jīng)開始用具有紅外吸收功能的纖維制成軍服供部隊(duì)使用，這種纖維對(duì)人體釋放的紅外線有很好的屏蔽作用。眾所周知，人體釋放的紅外線大致在4-16μm的中紅外頻段，研制具有對(duì)人體紅外線進(jìn)行屏蔽的衣服是很有必要的。而納米微粒小很容易填充到纖維中，在拉纖維時(shí)不會(huì)堵噴頭，而且某些納米微粒具有很強(qiáng)的吸收中紅外頻段的特性。納米Al2O3、納米TiO2、納米SiO2和納米Fe2O3的復(fù)合粉就具有這種功能。納米添加的纖維還有一個(gè)特性，就是對(duì)人體紅外線有強(qiáng)吸收作用，這就可以增加保暖作用，減輕衣服的重量。有人估計(jì)用添加紅外吸收納米粉的纖維做成的衣服，其重量可以減輕30％。3、隱身材料“隱身”這個(gè)名詞，顧名思義就是隱蔽的意思?！傲凝S”故事中就有“隱身術(shù)”的提法，它是指把人體偽裝起來，讓別人看不見。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種探測(cè)手段越來越先進(jìn)。例如，用雷達(dá)發(fā)射電磁波可以探測(cè)飛機(jī)；利用紅外探測(cè)器也可以發(fā)現(xiàn)放射紅外線的物體。當(dāng)前，世界各國(guó)為了適應(yīng)現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，提高在軍事對(duì)抗中的實(shí)力，也將隱身技術(shù)作為一個(gè)重要研究對(duì)象，其中隱身材料在隱身技術(shù)中占有重要的地位。1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，歷時(shí)42天的戰(zhàn)斗中，執(zhí)行任務(wù)的飛機(jī)達(dá)1270架次，使伊軍95％的重要軍事目標(biāo)被毀，而美國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)卻無一架受損。為什么伊拉克的雷達(dá)防御系統(tǒng)對(duì)美國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)束手無策？為什么美國(guó)的導(dǎo)彈擊中伊拉克的軍事目標(biāo)如此準(zhǔn)確？空對(duì)地導(dǎo)彈擊中伊拉克的坦克為什么有極高命中率？一個(gè)重要的原因就是美國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)F117A型機(jī)身表面包覆了紅外與微波隱身材料，它具有優(yōu)異的寬頻帶微波吸收能力，可以逃避雷達(dá)的監(jiān)視。而伊拉克的軍事目標(biāo)和坦克等武器沒有防御紅外線探測(cè)的隱身材料，很容易被美國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)上靈敏紅外線探測(cè)器所發(fā)現(xiàn)，通過先進(jìn)的激光制導(dǎo)武器很準(zhǔn)確地?fù)糁心繕?biāo)。美國(guó)F117A型飛機(jī)蒙皮上的隱身材料就含有多種超微粒子，它們對(duì)不同波段的電磁波有強(qiáng)烈的吸收能力。為什么超微粒子，特別是納米粒子對(duì)紅外和電磁波有隱身作用呢？（重要）主要原因有兩點(diǎn)：一方面由于納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長(zhǎng)，因此納米微粒材料對(duì)這種波的透過率比常規(guī)材料要強(qiáng)得多，這就大大減少波的反射率，使得紅外探測(cè)器和雷達(dá)接收到的反射信號(hào)變得很微弱，從而達(dá)到隱身的作用；另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大3~4個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多，這就使得紅外探測(cè)器及雷達(dá)得到的反射信號(hào)強(qiáng)度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測(cè)目標(biāo)，起到了隱身作用。納米磁性材料，特別是類似鐵氧體的納米磁性材料放入涂料中，既有優(yōu)良的吸波特性，又有良好的吸收和耗散紅外線的性能，加之比重輕，在隱身方面的應(yīng)用上有明顯的優(yōu)越性。另外，這種材料還可以與駕駛艙內(nèi)信號(hào)控制裝置相配合，通過開關(guān)發(fā)出干擾，改變雷達(dá)波的反射信號(hào)，使波形畸變，或者使波形變化不定，能有效地干擾、迷惑雷達(dá)操縱員，達(dá)到隱身目的。納米級(jí)的硼化物、碳化物，包括納米纖維及納米碳管在隱身材料方面的應(yīng)用也將大有作為。二、磁性材料1、巨磁電阻材料磁性金屬和合金一般都有磁電阻現(xiàn)象，所謂磁電阻是指在一定磁場(chǎng)下電阻改變的現(xiàn)象，稱為磁電阻。所謂巨磁電阻就是指在一定的磁場(chǎng)下電阻急劇減小，一般減小的幅度比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻數(shù)值約高10余倍。（重要）1986年德國(guó)的Crünberg教授首先在Fe/Cr/Fe多層膜中觀察到反鐵磁層間藕合。1988年法國(guó)巴黎大學(xué)的肯特教授研究組首先在Fe／Cr多層膜中發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng)，這在國(guó)際上引起了很大的反響。20世紀(jì)90年代，人們?cè)贔e/Cu，F(xiàn)e/Al，F(xiàn)e/Al，F(xiàn)e/Au，Co/Cu，Co/Ag和Co/Au等納米結(jié)構(gòu)的多層膜中觀察到了顯著的巨磁阻效應(yīng)。巨磁阻多層膜在高密度讀出磁頭、磁存儲(chǔ)元件上有廣泛的應(yīng)用前景。1992年美國(guó)率先報(bào)道了Co-Ag，Co-Cu顆粒膜中存在巨磁電阻效應(yīng)。顆粒膜中的巨磁電阻效應(yīng)目前以Co-Ag體系為最高，在液氮溫度可達(dá)55％，室溫可達(dá)20％，而目前實(shí)用的磁性合金僅為2％~3％，但顆粒膜的飽和磁場(chǎng)較高，降低顆粒膜磁電阻飽和磁場(chǎng)是顆粒膜研究的主要目標(biāo)。在巨磁電阻效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)后的第六年，1994年，IBM公司研制成巨磁電阻效應(yīng)的讀出磁頭，將磁盤記錄密度一下子提高了17倍，從而在與光盤競(jìng)爭(zhēng)中磁盤重新處于領(lǐng)先地位。利用巨磁電阻效應(yīng)在不同的磁化狀態(tài)具有不同電阻值的特點(diǎn)，可以制成隨機(jī)存儲(chǔ)器（MRAM），其優(yōu)點(diǎn)是在無電源的情況下可繼續(xù)保留信息。鑒于巨磁電阻效應(yīng)重要的基礎(chǔ)研究意義和重大的應(yīng)用前景，對(duì)巨磁電阻效應(yīng)作出重大開拓工作的肯特教授等人曾獲二次世界級(jí)大獎(jiǎng)。巨磁電阻效應(yīng)在高技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的另一個(gè)重要方面是微弱磁場(chǎng)探測(cè)器。瑞士蘇黎士高工在實(shí)驗(yàn)室研制成功了納米尺寸的巨磁電阻絲，他們?cè)诰哂屑{米孔洞的聚碳酸脂的襯底上通過交替蒸發(fā)Cu和Co并用電子束進(jìn)行轟擊，在同心聚碳酸脂多層薄膜孔洞中由Cu、Co交替填充形成幾微米長(zhǎng)的納米絲，其巨磁電阻值達(dá)到15％，這樣的巨磁電阻陣列體系飽和磁場(chǎng)很低，可以用來探測(cè)10－11T的磁通密度。由上述可見，巨磁阻較有廣闊的應(yīng)用情景。2．新型的磁性液體和磁記錄材料1963年，美國(guó)國(guó)家航空與航天局的帕彭首先采用油酸為表面活性劑，把它包覆在超細(xì)的Fe3O4微顆粒上(直徑約為l0m)，并高度彌散于煤油(基液)中，從而形成一種穩(wěn)定的膠體體系。在磁場(chǎng)作用下，磁性顆粒帶動(dòng)著被表面活性劑所包裹著的液體一起運(yùn)動(dòng)，因此，好像整個(gè)液體具有磁性，于是，取名為磁性液體。生成磁性液體的必要條件是強(qiáng)磁性顆粒要足夠小，可以削弱磁偶極矩之間的靜磁作用，能在基液中作無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)。例如對(duì)鐵氧體類型的微顆粒，大致尺寸為l0nm，對(duì)金屬微顆粒，通常大于6nm。在這樣小的尺寸下，強(qiáng)磁性顆粒已喪失了大塊材料的鐵磁或亞鐵磁性能，而呈現(xiàn)沒有磁滯現(xiàn)象的超順磁狀態(tài)，其磁化曲線是可逆的。為了防止顆粒間由于靜磁與電偶矩的相互作用而聚集成團(tuán)，產(chǎn)生沉積，每個(gè)磁性微顆粒的表面必需化學(xué)吸附一層長(zhǎng)鏈的高分子(稱為表面活性劑)，高分子的鏈要足夠長(zhǎng)，以致顆粒接近時(shí)排斥力應(yīng)大于吸引力。此外，鏈的一端應(yīng)和磁性顆粒產(chǎn)生化學(xué)吸附，另一端應(yīng)和基液親和，分散于基液中。由于基液不同，可生成不同性能、不同應(yīng)用領(lǐng)域的磁性液體，如水基、煤油基、硅油基、氟碳基等。(1)磁性液體的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況磁性液體自20世紀(jì)60年代初問世以來，引起了世界各國(guó)的重視與興趣。1977年在意大利召開了第一次有關(guān)磁性液體國(guó)際會(huì)議。美國(guó)、日本、英國(guó)、蘇聯(lián)等國(guó)均有磁性液體專業(yè)工廠生產(chǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外正積極研制金屬型的磁性液體，其中磁性顆粒為鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)等金屬、合金及其氮化物，其飽和磁化強(qiáng)度比鐵氧體型約高3倍以上。我國(guó)從20世紀(jì)70年代以來，南京大學(xué)、西南應(yīng)用磁學(xué)研究所、東北工學(xué)院、哈爾濱化工所、北京理工大學(xué)、北京鋼鐵研究院等單位相繼開展了這一領(lǐng)域的研制工作，并有產(chǎn)品可提供市場(chǎng)。如南京大學(xué)已試制成水基、硅油基等多種類型的磁性液體。但目前國(guó)內(nèi)還未廣泛地了解此類新型磁性材料的特性，也未開拓該材料在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用，與國(guó)外相比，我們的差距是相當(dāng)大的。（2）磁性液體的主要應(yīng)用密封材料：利用磁性液體可以被磁控的特性，人們利用環(huán)狀永磁體在旋轉(zhuǎn)軸密封部件產(chǎn)生一環(huán)狀的磁場(chǎng)分布，從而可將磁性液體約束在磁場(chǎng)之中而形成磁性液體的“O”形環(huán)，且沒有磨損，可以做到長(zhǎng)壽命的動(dòng)態(tài)密封。這也是磁性液體較早、較廣泛的應(yīng)用之一。在電子計(jì)算機(jī)中為防止塵埃進(jìn)入硬盤中損壞磁頭與磁盤，在轉(zhuǎn)軸處也已普遍采用磁性液體的防塵密封。在精密儀器的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，如X射線衍射儀中的轉(zhuǎn)靶部分的真空密封，大功率激光器件的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，甚至機(jī)械人的活動(dòng)部件亦采用磁性液體密封法。新的潤(rùn)滑劑通常潤(rùn)滑劑易損耗、易污染環(huán)境。磁性液體中的磁性顆粒尺寸僅為10單位，因此，不會(huì)損壞軸承，而基液亦可用潤(rùn)滑油，只要采用合適的磁場(chǎng)就可以將磁性潤(rùn)滑油約束在所需的部位。增進(jìn)揚(yáng)聲器功率在音圈與磁鐵間隙處滴入磁性液體，由于液體的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣高5~6倍，從而使得在相同條件下功率可以增加1倍。阻尼器件。磁性液體具有一定的粘滯性，利用此特性可以阻尼掉不希望的系統(tǒng)中所產(chǎn)生的振蕩模式。應(yīng)用比重不同進(jìn)行礦物分離磁性液體被磁化后相當(dāng)于增加磁壓力，以致在磁性液體中的物體將會(huì)浮起，好像磁性液體的視在密度隨著磁場(chǎng)增加而增大。利用此原理可以設(shè)計(jì)出磁性液體比重計(jì)，磁性液體對(duì)不同比重的物體進(jìn)行比重分離，控制合適的磁場(chǎng)強(qiáng)度可以使低于某密度值的物體上浮，高于此密度的物體下沉，原則上可以用于礦物分離。例如，使高密度的金與低密度的砂石分離，亦可用于城市廢料中金屬與非金屬的分離。用作磁記錄材料。近年來各種信息量飛速增加，需要記錄的信息量也不斷增加，要求記錄材料高性能化，特別是記錄高密度化。高記錄密度的記錄材料與超微粒有密切的關(guān)系。例如，要求每1cm2可記錄1000萬條以上信息，那么，一條信息要求被記錄在1~10mm2中，至少具有300階段分層次的記錄，在1~10mm2中至少必須要有300個(gè)記錄單位。若以超微粒作記錄單元，使記錄密度大大提高。

磁性納米微粒由于尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)，矯頑力很高的特性，用它制作磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質(zhì)量。作為磁記錄單位的磁性粒子的大小必須滿足以下要求：顆粒的長(zhǎng)度應(yīng)遠(yuǎn)小于記錄波長(zhǎng)；粒子的寬度(如可能，長(zhǎng)度也包括在內(nèi))應(yīng)該遠(yuǎn)小于記錄深度；一個(gè)單位的記錄體積中，就盡可能有更多的磁性粒子。磁性納米微粒除了上述應(yīng)用外，還可作光快門、光調(diào)節(jié)器(改變外磁場(chǎng)，控制透光量)、激光磁艾滋病毒檢測(cè)儀等儀器儀表，抗癌藥物磁性載體，細(xì)胞磁分離介質(zhì)材料，復(fù)印機(jī)墨粉材料以及磁墨水和磁印刷等。3．納米磁致冷工質(zhì)磁致冷發(fā)展的趨勢(shì)是由低溫向高溫發(fā)展，據(jù)報(bào)道1997年美國(guó)已研制成以Gd釓（ga）為磁致冷工質(zhì)的磁致冷機(jī)。如將磁致冷工質(zhì)納米化，可能用來展寬致冷的溫區(qū)。4．納米巨磁阻抗材料巨磁阻抗效應(yīng)是磁性材料交流阻抗隨外磁場(chǎng)發(fā)生急劇變化物特性，利用納米材料巨磁阻抗效應(yīng)制成的磁傳感器已在實(shí)驗(yàn)室問世。例如，用鐵基納米晶巨磁阻抗材料研制的磁敏開關(guān)具有靈敏度高，體積小，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于自動(dòng)控制、速度和位置測(cè)定、防盜報(bào)警系統(tǒng)和汽車導(dǎo)航、點(diǎn)火裝置等。三、納米微粒的活性及其在催化方面的應(yīng)用最近，關(guān)于納米微粒表面形態(tài)的研究指出，隨著粒徑的減小，表面光滑程度變差，形成了凸凹不平的原子臺(tái)階，這就增加了化學(xué)反應(yīng)的接觸面。有人預(yù)計(jì)超微粒子催化劑在下一世紀(jì)很可能成為催化反應(yīng)的主要角色。盡管納米級(jí)的催化劑還主要處于實(shí)驗(yàn)室階段，尚未在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用，但是它的應(yīng)用前途非常遠(yuǎn)大。催化劑的作用主要可歸結(jié)為三個(gè)方面：一是提高反應(yīng)速度，增加反應(yīng)效率；二是決定反應(yīng)路徑，有優(yōu)良的選擇性，例如只進(jìn)行氫化、脫氫反應(yīng)，不發(fā)生氫化分解和脫水反應(yīng)；三是降低反應(yīng)溫度。納米粒子作為催化劑必須滿足上述的條件。超細(xì)的Fe，Ni與γ-Fe2O3混合輕燒結(jié)體可以代替貴金屬而作為汽車尾氣凈化劑；超細(xì)Ag粉，可以作為乙烯氧化的催化劑；超細(xì)Fe粉，可在氣相熱分解(1000-1100°C)中起成核的作用而生成碳纖維。Au超微粒子固載在Fe2O3，Co3O4，NiO中，在70℃時(shí)就具有較高的催化氧化活性。納米TiO2在可見光的照射下對(duì)碳?xì)浠衔镆灿写呋饔?，利用這樣一個(gè)效應(yīng)可以在玻璃、陶瓷和瓷磚的表面涂上一層納米TiO2薄層有很好的保潔作用，日本東京已有人在實(shí)驗(yàn)室研制成功自潔玻璃和自潔瓷磚。這種新產(chǎn)品的表面有一薄層納米TiO2，在光的照射下任何粘污在表面上的物質(zhì)，包括油污、細(xì)菌在光的照射下由納米TiO2的催化作用，使這些碳?xì)浠衔镂镔|(zhì)進(jìn)一步氧化變成氣體或者很容易被擦掉的物質(zhì)。日本已經(jīng)制備出保潔瓷磚，裝飾了一家醫(yī)院的墻壁，經(jīng)使用證明，這種保潔瓷磚有明顯的殺菌作用。目前，關(guān)于納米粒子的催化劑有以下幾種：一、金屬納米粒子催化劑，主要以貴金屬為主，如Pt，Rh，Ag，Pd，非貴金屬還有Ni，F(xiàn)e，Co等。二、以氧化物為載體把粒徑為1~10nm的金屬粒子分散到這種多孔的襯底上。襯底的種類很多，有氧化鋁、氧化硅、氧化鎂、氧化鈦、沸石等。三、碳化鎢、γ-A12O3，γ-Fe2O3等納米粒子分散于載體上。1．金屬納米粒子的催化作用貴金屬納米粒子作為催化劑已成功地應(yīng)用到高分子高聚物的氫化反應(yīng)上。例如：納米粒子銠在經(jīng)氫化反應(yīng)中顯示了極高的活性和良好的選擇性。烯雙鍵上往往與尺寸較大的烷基相鄰接，致使雙鍵很難打開，加上粒徑為lnm的銠微粒，可使打開雙鏈變得容易，使氫化反應(yīng)順利進(jìn)行。粒徑愈小，氫化速度愈快。2．帶有襯底的金屬納米粒子催化劑這種類型催化劑用途比較廣泛，一般采取化學(xué)制備法，概括起來有以下幾種：浸入法。將金屬的納米粒子(<2nm)均勻分散到溶劑中，再將多孔的氧化物襯底浸入該溶劑中使金屬納米粒子沉積在上面，然后取出。這種方法僅適用于襯底上含有少量納米粒子的情況。例如用這種方法制備的n-Rh／A12O3中銠的含量?jī)H占1％。離子交換法。這種方法的基本過程是將襯底(沸石、SiO2等)表面處理使活性極強(qiáng)的陽離子(如H+，Na+等)附著在表面上，再將襯底放入含有復(fù)合離子的溶液中。復(fù)合陽離子有Pt(NH3)2+4，Rh(NH3)5C12+等，由于發(fā)生了置換反應(yīng)，即襯底上的活性陽離子取代了復(fù)合陽離子中的貴金屬離子，這樣在襯底的表面上形成了貴金屬的納米粒子。吸附法。把襯底放入含有銠Rh

6(CO)6等聚合體的有機(jī)溶劑中，將吸附在襯底上的聚合體進(jìn)行分解，還原處理，就在襯底上形成了粒徑約lnm的金屬納米粒子。蒸發(fā)法。這種方法是將純金屬在惰性氣體中加熱蒸發(fā)，形成納米粒子，直接附著在催化劑襯底上。此方法的優(yōu)點(diǎn)是純度高、尺寸可控。醇鹽法。將金屬的乙二醇鹽與含有襯底元素的醇鹽混合，首先形成溶膠，然后使其凝膠化、熔燒、還原形成了金屬納米粒子，并分散在襯底材料中。金屬納米粒子催化劑還有一個(gè)使用壽命問題，特別是在工業(yè)生產(chǎn)上要求催化劑能重復(fù)使用，因此催化劑的穩(wěn)定性尤為重要。在這方面金屬納米粒子催化劑目前還不能滿足上述要求，如何避免金屬納米粒子在反應(yīng)過程中由于溫度的升高，顆粒長(zhǎng)大還有待進(jìn)行研究。3、半導(dǎo)體納米粒子的光催化所謂半導(dǎo)體的光催化效應(yīng)是指：在光的照射下，價(jià)帶電子越遷到導(dǎo)帶，價(jià)帶的孔穴把周圍環(huán)境中的羥基電子奪過來，變成羥基自由基，作為強(qiáng)氧化劑將酯類變化如下：酯→醇→醛→酸→CO2，完成了對(duì)有機(jī)物的降解。具有這種光催化半導(dǎo)體的能隙既不能太寬，也不能太窄，對(duì)太陽光敏感的具有光催化特性的半導(dǎo)體能隙一般為1.9~3.1eV。常用的光催化半導(dǎo)體納米粒子有TiO2(銳鈦礦相)、Fe2O3，CdS，ZnS，PbS，PbSe，ZnFe2O4等。主要應(yīng)用：將在這類材料做成空心小球，浮在含有有機(jī)物的廢水表面上，利太陽光可進(jìn)行有機(jī)物的降解。美國(guó)、日本利用這種方法對(duì)海上石油泄露造成的污染進(jìn)行處理。采用這種方法還可以將粉體添加到陶瓷釉料中，使其具有保潔殺菌的功能，也可以添加到人造纖維中制成殺菌纖維。銳鈦礦白色納米TiO2粒子表面用Au+，Ag+離子修飾，殺菌效果更好。這種材料在電冰箱、空調(diào)、醫(yī)療器械、醫(yī)院手術(shù)室裝修等方面有著廣泛的應(yīng)用情景。鉛化的TiO2納米粒子的光催化可以使丙炔與水蒸氣反應(yīng)，生成可燃性的甲烷、乙烷和丙烷；鉑化的TiO2納米粒子，通過光催化使醋酸分解成甲烷和CO2。近年來，納米TiO2的光催化在污水有機(jī)物降解方面得到了應(yīng)用。為了提高光催化效率，人們?cè)噲D將納TiO2組裝到多孔固體中增加比表面，。利用準(zhǔn)一維納米TiO2絲的陣列提高光催化效率已獲得成功，有推廣價(jià)值，方法是利用多孔有序陣列氧化鋁模板，在其納米柱形孔洞的微腔內(nèi)合成銳鐵礦型納米TiO2絲陣列，再將此復(fù)合體系粘到環(huán)氧樹脂襯底上，將模板去后，在環(huán)氧樹脂襯底上形成納米TiO2絲陣列。由于納米絲表面積大，比同樣平面面積的TiO2膜的接受光的面積增加幾百倍，最大的光催化效率可以高300多倍，對(duì)雙酚、水楊酸和帶苯環(huán)一類有機(jī)物光降解十分有效。4．納米金屬、半導(dǎo)體粒子的熱催化金屬納米粒子十分活潑，可以作為助燃劑在燃料中使用。也可以摻雜到高能密度的材料，如炸藥，增加爆炸效率；也可以作為引爆劑進(jìn)行使用。為了提高熱燃燒效率，金屬納米粒子和半導(dǎo)體納米粒子摻雜到燃料中，提高燃燒的效率，因此這類材料在火箭助推器和煤中作助燃劑。目前，納米Ag和Ni粉已被用在火箭燃料作助燃劑。Pd/Al2O3一氧化碳助燃劑的開發(fā)四、陶瓷增韌納米微粒顆粒小，比表面大并有高的擴(kuò)散速率，因而用納米粉體進(jìn)行燒結(jié)，致密化的速度快，還可以降低燒結(jié)溫度。前提條件：保證納米粉體的質(zhì)量，尺寸和分布可控，無團(tuán)聚，能控制顆粒的形狀，生產(chǎn)量大，這將為發(fā)展新型納米陶瓷奠定良好的基礎(chǔ)。科學(xué)工作者為了擴(kuò)大納米粉體在陶瓷改性中的應(yīng)用，提出了納米添加劑使常規(guī)陶瓷綜合性能得到改善的想法。例如，把納米Al2O3粉體加入粗晶粉體中提高氧化鋁的致密度和和耐熱疲勞性能；英國(guó)把納米氧化鋁與二氧化鋯進(jìn)行混合在實(shí)驗(yàn)室已獲得高韌性的陶瓷材料，燒結(jié)溫度可降低100℃；日本正在試驗(yàn)用納米氧化鋁與亞微米的二氧化硅合成制成莫來石，這可能是一種非常好的電子封裝材料，目標(biāo)是提高致密度、韌性和熱導(dǎo)性；德國(guó)Jiilich將納米碳化硅摻入粗晶a－碳化硅粉體中，當(dāng)摻加量為20％時(shí)，這種粉體制成的塊體的斷裂韌性提高了25％。最近用流延法初步制備了添加納米氧化鋁的基板材料，光潔度大大提高，冷熱疲勞、斷裂韌性提高將近1倍，熱導(dǎo)系數(shù)比常規(guī)氧化鋁的基板材料提高了20％，顯微組織均勻。在高性能納米陶瓷研究方面，我國(guó)科技工作者取得了很好的成果，例如，由納米陶瓷研制結(jié)果觀察到納米級(jí)ZrO2陶瓷的燒結(jié)溫度比常規(guī)的微米級(jí)ZrO2陶瓷燒結(jié)溫度降低400℃。五、在其他方面的應(yīng)用美國(guó)、英國(guó)等國(guó)家已制備成功納米拋光液，并有商品出售。常規(guī)的拋光液是將不同粒徑的無機(jī)小顆粒放入基液制成拋光劑，廣泛用于金相拋光、高級(jí)照像鏡頭拋光、高級(jí)晶體拋光以及巖石拋光等。最細(xì)的顆粒尺寸一般在微米到亞微米級(jí)。高技術(shù)的發(fā)展，要求晶體的表面有更高的光潔度，這就要求拋光劑中的無機(jī)小顆粒越來越細(xì)，分布越來越窄。納米微粒為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)提供了基礎(chǔ)。據(jù)報(bào)道，目前已成功制備出納米A12O3，納米CrO3、納米SiO2的懸浮液，并用于高級(jí)光學(xué)玻璃、石英晶體及各種寶石的拋光。納米靜電屏蔽材料用于家用電器和其他電器的靜電屏蔽具有良好的作用。一般的電器外殼都是由樹脂加碳黑的涂料噴涂而形成的一個(gè)光滑表面，由于碳黑有