無機功能材料

無機功能材料Inorganicfunctionalmaterials目錄超細及納米粉體無機抗菌材料無機多孔材料無機膜材料精細陶瓷無機功能材料展望2納米微粒納米微粒指顆粒尺寸為納米量級的超細微粒，尺寸一般為1-100nm，也稱超微顆粒。粒徑小于100納米以后，粒子表面的原子數(shù)與其體內(nèi)數(shù)目可比，例如5納米微粒，表面原子比例占百分之四十，比表面積達成180平方米/克，導致納米材料出現(xiàn)不同于傳統(tǒng)固體材料的小尺寸，表面和量子隧道等效應(yīng)引發(fā)的結(jié)構(gòu)和能態(tài)的變化，產(chǎn)生了許多獨特的光、電、磁、力學等物理化學特能。例如納米鐵具有磁性、原不導電的材料變成導電、特殊的遠紅外線輻射、強紫外反射、強催化作用、強吸附性等。因此納米材料科學及工業(yè)應(yīng)用已成為國內(nèi)外跨新世紀研究開發(fā)熱點，并開拓發(fā)展成為高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，在電子、化工、機械、生物醫(yī)學等工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，具有日益廣泛發(fā)展的應(yīng)用前景。超細及納米粉體納米二氧化鈦是金紅石型白色疏松粉末，屏蔽紫外線作用強，有良好的分散性和耐候性。可用于化妝品、功能纖維、塑料、涂料、油漆等領(lǐng)域，作為紫外線屏蔽劑，防止紫外線的侵害。也可用于高檔汽車面漆，具有隨角異色效應(yīng)。目前，制備納米TiO2的方法很多，基本上可歸納為物理法和化學法。物理法又稱為機械粉碎法，對粉碎設(shè)備要求很高；化學法又可分為氣相法（CVD）、液相法和固相法。超細及納米粉體納米二氧化鈦①氣相水解法TiCl4（g）+2H2（g）+O2（g）→TiO2（s）+4HCl（g）②硫酸氧鈦溶液中和法TiSO4+2H2O→TiO(OH)2+H2SO4TiO(OH)2→TiO2+2H2O③膠體化學法主要是將金屬醇鹽或無機鹽經(jīng)水解直接形成溶膠或經(jīng)解凝形成溶膠，然后使溶質(zhì)聚合凝膠化，再將凝膠干燥，焙燒去除有機成分，最后得到無機材料。該法工藝簡單，易于操作，是目前用得比較多的方法④水熱合成法以水或有機溶劑作溶媒，在內(nèi)襯耐腐蝕材料的密閉高壓釜中加入納米二氧化鈦的前驅(qū)體，按一定升溫速度加熱，待高壓釜達所需溫度值，恒溫一段時間，卸壓后經(jīng)洗滌、干燥即可得納米TiO2。超細及納米微粒納米二氧化鈦生產(chǎn)工藝相對于傳統(tǒng)的氧化鐵粉，超細氧化鐵粉由于粒子細化，其體積和表面積有很大變化，具有明顯的體積效應(yīng)和表面效應(yīng)，在光學、磁學、電學、模量、阻透性等方面性能大為改善，具有更優(yōu)良的耐候性、耐光性、紫外線吸收和屏蔽效應(yīng)和特殊的電、磁、光以及催化、吸附和化學反應(yīng)性等。因此，超細鐵粉在生物醫(yī)學、生命科學、電子信息材料、軍事、環(huán)境保護等方面有非常廣泛的用途。超細及納米微粒超細氧化鐵粉①液相法②固相法固相法包括機械粉碎法，固相化學反應(yīng)法和熱分解法。機械粉碎法是使用粉碎機，依靠機械力的作用使物料細化。固相反應(yīng)法是將Fe(NO)3·9H2O或FeCl3·6H2O與NaOH按照一定比例充分混合后進行燒結(jié)，由于固相反應(yīng)中擴散非常緩慢，而且首先生成無定形的FeOOH，表面包覆著NaCl等阻止長大或團聚，故可得到納米級的粒子。③氣相法氣相法是直接利用氣體或者通過各種手段將物質(zhì)變成氣體，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理變化或化學反應(yīng)，最后在冷卻過程中凝聚長大形成納米微粒的方法。超細及納米微粒超細氧化鐵粉制備方法納米三氧化二鋁晶相穩(wěn)定、硬度高、尺寸穩(wěn)定性好，可廣泛應(yīng)用于各種塑料、橡膠、陶瓷產(chǎn)品的補強增韌，特別是提高陶瓷的致密性、光潔度、冷熱疲勞性、斷裂韌性、抗蠕變性能和高分子材料產(chǎn)品的耐磨性能尤為顯著。由于納米三氧化二鋁也是性能優(yōu)異的遠紅外發(fā)射材料，作為遠紅外發(fā)射和保溫材料被應(yīng)用于化纖產(chǎn)品和高壓鈉燈中。此外，α相氧化鋁電阻率高，具有良好的絕緣性能，可應(yīng)用于YGA激光晶的主要配件和集成電路基板中。超細及納米微粒納米氧化鋁粉①機械化學法

機械化學法是將鋁粉與其他金屬氧化物在球磨條件下進行固相反應(yīng)生成氧化鋁粉末②溶膠凝膠法溶膠凝膠法采用有機醇鹽或者無機鹽在液相中均勻分布成溶膠，然后加入水使之發(fā)生反應(yīng)，在一定溫度和ｐＨ值等條件下生成凝膠。待凝膠干燥后，在不同溫度下煅燒而得到所需粉體③氣沉淀法Al（OH）3是兩性氧化物，可以通過調(diào)節(jié)酸堿度來促使存在于溶液中的Al離子反應(yīng)生成Al（OH）3，沉淀。對一些可溶性鋁鹽，如AlCl3、Al（NO3）3等，可通過加人堿性物質(zhì)調(diào)整溶液ｐＨ值來產(chǎn)生Al（OH）3沉淀。再通過對Al（OH）3熱處理可以得到氧化鋁.超細及納米微粒納米氧化鋁粉制備納米二氧化硅是極其重要的高科技超微細無機新材料之一，因其粒徑很小，比表面積大，表面吸附力強，表面能大，化學純度高、分散性能好、熱阻、電阻等方面具有特異的性能，以其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補強性、增稠性和觸變性，在眾多學科及領(lǐng)域內(nèi)獨具特性，有著不可取代的作用。納米二氧化硅俗稱“超微細白炭黑”，廣泛用于各行業(yè)作為添加劑、催化劑載體，石油化工，脫色劑，消光劑，橡膠補強劑，塑料充填劑，油墨增稠劑，金屬軟性磨光劑，絕緣絕熱填充劑，高級日用化妝品填料及噴涂材料、醫(yī)藥、環(huán)保等各種領(lǐng)域。超細及納米微粒納米二氧化硅①物理法

物理法一般指機械粉碎法。利用超級氣流粉碎機或高能球磨機將SiO2,的聚集體粉碎可獲得粒徑1～5微米的超細產(chǎn)品。該法工藝簡單但易帶入雜質(zhì).粉料特性難以控制，制備效率低且粒徑分布較寬。②化學法與物理法相比較?；瘜W法可制得純凈且粒徑分布均勻的超細SiO2顆粒。化學法包括化學氣相沉積(CVD)法、液相法、離子交換法、沉淀法和溶膠凝膠(Sol-Gel)法等但主要的生產(chǎn)方法還是以四氯化硅為原料的氣相法.Ti酸鈉和無機酸為原料的沉淀法和以硅酸醋等為原料的溶膠凝膠法。超細及納米微粒納米二氧化硅制備精細陶瓷精細陶瓷

采用高度精選或人工合成的原料，保持精確的化學組成，經(jīng)嚴格的、精確控制的工藝方法，達到設(shè)計要求的顯微結(jié)構(gòu)和精確的尺寸精度，獲得高新技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)異性能的陶瓷材料。（１）產(chǎn)品原料全都是在原子、分子水平上分離、精制的高純度的人造原料。（２）在制備工藝上，精細陶瓷要有精密的成型工藝，制品的成型與燒結(jié)等加工過程均需精確的控制。（３）產(chǎn)品具有完全可控制的顯微結(jié)構(gòu)，以確保產(chǎn)品應(yīng)用于高技術(shù)領(lǐng)域。精細陶瓷具有多種特殊的性質(zhì)，如高強度、高硬度、耐磨耐蝕，同時在磁、電、熱、聲光、生物工程等各方面有特殊功能，因而使其在高溫、機械、電子、計算機、航天、醫(yī)學工程各方面得到廣泛應(yīng)用。精細陶瓷精細陶特點精細陶瓷的制造工藝：原料粉體的調(diào)整成型燒結(jié)加工成品1.精細陶瓷粉體的制備（１）機械法滾動球磨、振動球磨、攪動（高能）球磨、氣流粉碎等（２）合成法固相合成法、液相合成法、氣相合成法（氣相熱分解法、蒸發(fā)凝聚法）2.成型（1）注漿法（2）壓制法（3）可塑法3.精細陶瓷的燒結(jié)是指生坯在高溫加熱時發(fā)生一系列物理化學變化（水的蒸發(fā)，硅酸鹽分解，有機物及碳化物的氣化，晶體轉(zhuǎn)型及熔化），并使生坯體積收縮，強度、密度增加，最終形成致密、堅硬的具有某種顯微結(jié)構(gòu)燒結(jié)體的過程。精細陶瓷精細陶瓷精細陶瓷分類：結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷精細功能陶瓷導電陶瓷介電鐵電陶瓷氣敏陶瓷和濕敏陶瓷鐵氧體生物陶瓷高溫超導陶瓷精細陶瓷展望精細陶瓷是今年來出現(xiàn)的一種性能優(yōu)異的新型工業(yè)材料，由于它資源豐富、應(yīng)用廣泛，因此發(fā)展迅速，有人預言，精細陶瓷將成為21世紀材料工業(yè)的基礎(chǔ)。目前，世界上對精細陶瓷研究成績最突出的是日本，其次是美國、德國、加拿大和意大利等，許多國家都已將精細陶瓷的研究列入國家的重點計劃。用精細陶瓷制作的汽車發(fā)動機部件可大大延長使用壽命，省卻了冷卻系統(tǒng)，節(jié)能13%，且可使排氣溫度上升，回收廢氣熱能，使熱效率從30%提高到40%~48%，并能減少汽車的重量，降低價格。當前，精細陶瓷的研究一方面在于提高其專用性能，擴大應(yīng)用范圍，另一方面至關(guān)重要的是進行高純度物質(zhì)超微粉體的生產(chǎn)工藝研究。因為當物質(zhì)逐步微細化到1~100nm顆粒范圍時，就成為超微顆粒，這時它在性能上出現(xiàn)與原固體顆粒完全不同的行為，成為“物質(zhì)的新狀態(tài)”，表現(xiàn)在磁性、電阻性、對光的反射性、溶劑中的分散性及化學反應(yīng)性都與原物質(zhì)有很大的差異。中國的陶瓷制造有著悠久的歷史，但對精細陶瓷的研究起步較晚，與世界發(fā)達國家相比，還有很大的差距。目前許多科研單位、大專院校已開始了這方面的研究，可以相信，經(jīng)過努力這種差距將會逐漸縮小。抗菌劑（anti-bacterialagents）指能夠在一定時間內(nèi)，使某些微生物（細菌、真菌、酵母菌、藻類及病毒等）的生長或繁殖保持在必要水平以下的化學物質(zhì)。抗菌劑是具有抑菌和殺菌性能的物質(zhì)或產(chǎn)品無機抗菌材料抗菌劑有機抗菌劑；無機抗菌劑；天然抗菌劑。有抗菌防霉作用；長效；安全?？咕鷦┓诸惪咕鷦┨攸c無機抗菌材料有機抗菌劑（季胺鹽、雙胍類、酚類、噻唑類、咪唑類、醛等）殺菌作用、防霉作用快耐溫較差安全性較差穩(wěn)定性差（UV）短效無機抗菌劑（Ag、Cu、Zn系）安全耐熱問題：變色、昂貴天然抗菌劑（殼聚糖）銀系無機抗菌劑銀的抗菌作用與自身的化合價態(tài)有關(guān)。這種能力按下列順序遞減：Ag3+>Ag2+>Ag+高價態(tài)銀的還原勢極高，能使其周圍的空間產(chǎn)生原子氧，具有抗菌作用。Ag+可強烈吸引細菌體內(nèi)酶蛋白的巰基，并迅速結(jié)合，使以此為必要基的酶喪失活性，致使細菌死亡，其機理簡示如下；

無機抗菌材料無機抗菌劑的抗菌機理

當菌體被殺滅后，新Ag+又游離出來與其他菌落接觸，進行新一輪殺滅。周而復始。據(jù)測定：當水中含銀離子為0.05mg／L時，就能完全殺滅大腸桿菌等繁殖菌，并可保持在長達90天內(nèi)不再有新的菌叢繁衍。在開發(fā)銀系抗菌劑時，可采用物理吸附或離子交換等方法，將銀粒子固定在沸石、磷酸鹽等多孔材料中。光催化半導體抗菌劑納米二氧化鈦、納米氧化鋅等光催化殺菌劑，通常表現(xiàn)出超過傳統(tǒng)抗菌劑(即僅能殺滅細菌本身)的性能。經(jīng)確認，光催化殺菌劑能有效殺火的菌類有：大腸菌、綠膿菌、黃球菌等，這一類粉體抗菌的效果就超越了比表面積增大所致的范疇。對于納米半導體．當粒子細化到納米級時，光生電子和空穴的氧化還原能力增強，受陽光和紫外線的照射時．納米二氧化鈦和納米氧化鋅等抗菌劑在有水分和空氣存在的體系中能自行分解并釋放出自由運動的電子(e-)，同時留下帶正電的空穴(h+)，其主要反應(yīng)為：ZnO/TiO2+hv→e-+h+e-+O2→·O2-h++H2O→·OH+H+生成的帶羥基的自由基·OH和超氧化物陰離子自由基·O2-都非?；顫姡瘜W活性極強，能與多種有機物發(fā)生反應(yīng)(包括細菌內(nèi)的有機物及其分泌的毒素)．從而將細菌、殘骸和毒素一起殺滅，達到消除之目的

無機抗菌材料無機抗菌劑的抗菌機理無機抗菌材料抗菌制品家電制品冰箱、洗衣機、電飯煲、電視機、電話機、照相機、攝象機、通風機、衣服干燥機、傳真機、洗碗干燥機、加濕器、凈水器、飲水機、切削器、換氣扇、電源開關(guān)、遙控器廚房用品餐（飲、茶、酒）具、盆、勺、筷子、刀、菜板、餐盤、保溫瓶殼、洗鍋刷皮革制品鞋、服裝、皮椅、內(nèi)襯、表帶、皮手套、吊帶、腰帶無機抗菌材料抗菌冰箱1432重點抗菌零部件1-內(nèi)膽2-門襯3-門封條4-門把手無機抗菌材料抗菌纖維及其織物無機抗菌材料抗菌產(chǎn)品市場和商機1996199719981999日本250400-1000（7000萬美元）中國0040150（120萬美元）日本3.5--7.4（60億美元）中國00-0.12（1億美元）抗菌劑（噸）抗菌制品（萬噸）20002005中國200500中國-400億元多孔材料的重要特征是孔的種類和屬性，具體包括孔道與窗口的大小尺寸和形狀、孔道維數(shù)、孔道走向、孔壁組成等性質(zhì)，可以按照不同標準來劃分多孔材料的類型。如按孔道結(jié)構(gòu)可以劃分為一維（1-dimensional）孔道結(jié)構(gòu)、二維（2-dimensional）孔道結(jié)構(gòu)、三維（3-dimensional）孔道結(jié)構(gòu)等；按孔道走向可以劃分為直形（straight）孔道，彎形（curved）孔道等；按孔壁組成可分為非金屬無機材料，金屬無機材料，有機-無機雜化材料等。無機多孔材料無機多孔材料分類a沸石分子篩沸石分子篩是結(jié)晶鋁硅酸金屬鹽的水合物，其化學通式為：Mx/m[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O。M代表陽離子，m表示其價態(tài)數(shù)，z表示水合數(shù)，x和y是整數(shù)。沸石分子篩活化后，水分子被除去，余下的原子形成籠形結(jié)構(gòu)，孔徑為3～10Å。分子篩晶體中有許多一定大小的空穴，空穴之間有許多同直徑的孔（也稱“窗口”）相連。由于分子篩能將比其孔徑小的分子吸附到空穴內(nèi)部，而把