纳米相增强金属材料制备技术的研究进展及应用
纳米四氧化三铁的制备及应用的研究报告进展论文综述
目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Key words (1)前言 (1)制备方法 (2)1 固相法 (2)1.1 球磨法 (2)1.2 热分解法 (2)1.3 直流电弧等离子体法 (3)2 液相法 (3)2.1 沉淀法 (4)2.1.1 共沉淀法 (4)2.1.2 氧化沉淀法 (5)2.1.3 还原沉淀法 (5)2.1.4 超声沉淀法 (6)2.2 微乳液法 (6)2.3 水热法/溶剂热法 (7)2.4 水解法 (8)2.5 溶胶-凝胶法 (8)应用 (9)(一)生物医药 (9)(二)磁性液体 (9)(三)催化剂载体 (10)(四)微波吸附材料 (10)(五)磁记录材料 (10)(六)磁性密封 (10)(七)磁保健 (11)展望 (11)致 (11)参考文献 (12)纳米四氧化三铁的制备及应用的研究进展摘要:纳米Fe3O4粒子因其特殊的理化性质而在多个领域得到广泛的应用。
本文综述了纳米四氧化三铁的制备方法和应用领域,其中的制备方法主要有球磨法、沉淀法、微乳液法、水热法/溶剂热、水解法、氧化法、高温分解法和溶胶-凝胶法等,并讨论了纳米四氧化三铁的主要制备方法的优缺点,最后展望了纳米四氧化三铁的应用前景。
关键词:纳米四氧化三铁;制备方法;应用;进展Progress in Preparation and Application of Nano-iron tetroxideStudent majoring in Applied chemistry Name XXXTutor XXXAbstract: Nano-Fe3O4 particles because of their special physical and chemical properties and is widely used in many fields. In this paper, the preparation methods and applications of nano-iron oxide, one of the main methods for preparing milling, precipitation, microemulsion, hydrothermal method / solvent heat, hydrolysis, oxidation, pyrolysis and sol - gel method and discusses the advantages and disadvantages of the main method for preparing iron oxide nanoparticles, and finally the application prospect of nano-iron oxide. Key words: nano-iron oxide; preparation methods; application; progress前言纳米材料是指颗粒尺寸小于100nm的单晶体或多晶体,纳米微粒具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特性[1-2]。
纳米管材料的制备及其应用研究
纳米管材料的制备及其应用研究随着科技的飞速发展,纳米技术逐渐成为一个备受关注的领域,许多新型材料和器件也在纳米技术的推动下不断涌现。
其中,纳米管材料是非常重要的一类,它们具有很多优异的特性,如高比表面积、高强度、高导电、高导热等,因此被广泛应用于催化、电子器件、生物传感、节能环保等方面。
本文将介绍纳米管材料的制备方法以及它们在不同领域的应用。
纳米管材料制备方法目前,纳米管材料的制备方法比较多样,主要包括物理气相沉积、化学气相沉积、电化学沉积、溶胶凝胶法、热解法、碳化法、电子束制备等。
其中,最成熟的制备方法是碳纳米管的电弧放电法和化学气相沉积法。
下面我们将简单介绍几种常用的制备方法。
化学气相沉积法是一种较为常用的制备方法,它采用一定的金属催化剂,在高温下引入一定流量的碳源气体,通过反应生成纳米管材料。
常用的催化剂有铁、镍、钴等,常用的碳源气体有乙炔、甲烷等。
可以通过改变反应条件、催化剂种类、碳源气体种类等来控制纳米管材料的性质。
电子束制备法是一种通过电子束辐射物质,使其在高真空环境下形成纳米管的制备方法。
该方法的优点是可以得到单一直径的纳米管,但需要使用昂贵的设备,生产成本较高。
化学还原法是一种通过还原剂将金属离子还原成金属颗粒,金属颗粒在高温下可以形成纳米管材料的制备方法。
该方法制备的纳米管材料晶体质量较好,但制备过程需要严格控制反应条件。
纳米管材料的应用纳米管材料具有许多优异的性质,因此在各个领域都有着广泛的应用。
纳米管催化剂纳米管材料具有高比表面积、高活性、高稳定性等特点,因此在催化剂领域具有巨大的应用潜力。
通过改变纳米管的类型、形貌、尺寸等,可以制备高效的催化剂,用于有机合成、环境治理等方面。
纳米管电子器件纳米管材料具有优异的导电性能,可以制备出高性能的电子器件。
例如,纳米管场效应管、纳米管发光二极管、纳米管太阳能电池等都已经得到了广泛的研究和应用。
纳米管生物传感纳米管具有高敏感性、高选择性等特点,因此在生物传感领域也开始有着广泛应用。
石墨烯增强铝基纳米复合材料研究进展
石墨烯增强铝基纳米复合材料研究进展燕绍九;陈翔;洪起虎;王楠;李秀辉;赵双赞;南文争;杨程;张晓艳【摘要】石墨烯以其优异力学、物理性能以及独特二维结构成为铝基复合材料的理想纳米增强相.金属基纳米复合材料制备技术快速发展,促进了石墨烯增强铝基纳米复合材料在结构和功能材料领域中的广泛研究.石墨烯在铝基体中的分散以及石墨烯/铝的界面控制问题具有重要科学研究和工程应用价值.重点介绍石墨烯增强铝基纳米复合材料最新研究进展,主要包括石墨烯增强铝基纳米复合材料的分散和冶金成型技术及其结构表征和力学性能研究.实验表明石墨烯能够显著提高铝基体力学性能,但作者认为通过优化工艺参数、改善微观结构和控制结合界面能够进一步优化材料性能.此外,为实现工程应用,还需加强石墨烯增强铝基复合材料的腐蚀性能和热、电性等物理性能研究,并突破材料的低成本、大规模制备技术.本文还基于石墨烯独特二维结构和表面状态,对石墨烯的增强增韧机制进行了深入讨论.【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2016(036)003【总页数】14页(P57-70)【关键词】石墨烯;铝基纳米复合材料;制备工艺;力学性能;分散工艺;界面结合;增强机制【作者】燕绍九;陈翔;洪起虎;王楠;李秀辉;赵双赞;南文争;杨程;张晓艳【作者单位】北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095;北京航空材料研究院石墨烯及应用研究中心,北京100095【正文语种】中文【中图分类】TB331近些年,石墨烯作为一种极具研究价值和应用前景的新材料引起了研究者们的广泛关注。
《贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究》
《贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究》贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究一、引言近年来,贵金属/MXene纳米复合材料由于其优异的电、磁、光等性能,在能源储存、催化、生物医疗等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在研制贵金属/MXene纳米复合材料,并对其性能进行深入研究。
二、贵金属/MXene纳米复合材料的研制1. 材料选择与制备贵金属(如金、银、铂等)具有优异的导电性、催化性能和生物相容性,而MXene作为一种新型二维材料,具有高导电性、高强度和高化学稳定性等特点。
因此,选择贵金属和MXene作为复合材料的组成成分。
制备过程中,首先合成MXene纳米片,然后通过化学还原法或光还原法将贵金属纳米粒子负载在MXene纳米片上,形成贵金属/MXene纳米复合材料。
2. 制备工艺优化为提高贵金属/MXene纳米复合材料的性能,对制备工艺进行优化。
通过调整贵金属前驱体的浓度、反应温度、反应时间等参数,以及采用表面活性剂、还原剂等辅助手段,实现对贵金属纳米粒子的尺寸、形貌和分布的控制。
三、性能研究1. 电学性能贵金属/MXene纳米复合材料具有优异的电学性能。
通过测量复合材料的电导率、电阻率等参数,发现其电学性能随贵金属含量的增加而提高。
此外,MXene的高导电性和二维结构有利于提高电子传输速度和减少电子传输过程中的能量损失。
2. 催化性能贵金属/MXene纳米复合材料在催化领域具有广泛应用。
通过测试复合材料对某些有机反应的催化活性,发现其催化性能优于单一贵金属或MXene。
这主要是由于贵金属和MXene之间的协同作用,以及纳米级粒子提供的大量活性位点。
3. 稳定性与生物相容性MXene的高化学稳定性和生物相容性使得贵金属/MXene纳米复合材料在生物医疗领域具有潜在应用价值。
通过测试复合材料在生理环境中的稳定性以及与生物体的相互作用,发现其具有良好的生物相容性和较低的生物毒性。
四、结论本文成功研制了贵金属/MXene纳米复合材料,并对其性能进行了深入研究。
纳米氮化硼增强金属基复合材料的研究进展
第14卷 第9期 精 密 成 形 工 程收稿日期:2022–05–11基金项目:国家自然科学基金(52105259);中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室开放课题(2020K06);江苏大学优秀青年人才基金(19JDG021,18JDG030);江苏省研究生科研与实践创新计划(KYCX21_3328);江苏省高校自然科学基金(19KJB460012);江苏省博士后基金(2021K389C ) 作者简介:刘振强(1996—),男,博士生,主要研究方向为金属基复合材料。
刘振强,王匀,李瑞涛,何培瑜,刘宏,刘为力(江苏大学 机械工程学院,江苏 镇江 212013)摘要:在金属中添加陶瓷增强相是调控和改善金属材料结构和性能的重要途径。
传统硬质陶瓷增强相难以满足金属材料日益严苛的应用需求。
以氮化硼纳米片(boron nitride nanosheet ,BNNS )和氮化硼纳米管(boron nitride nanotube ,BNNT )为代表的纳米氮化硼具有极大的比表面积和优异的力学性能、热稳定性、化学稳定性等,是制备性能优异的金属基复合材料的理想增强相。
系统总结了纳米氮化硼的种类和特征,综述了纳米氮化硼增强金属基复合材料的制备方法,归纳了纳米氮化硼增强Cu 、Al 、Ti 复合材料的研究成果,总结了纳米氮化硼/金属复合材料的力学和摩擦学性能,并揭示了复合材料性能改善的机理。
最后,展望了纳米氮化硼/金属复合材料的发展趋势。
关键词:纳米氮化硼;金属基复合材料;力学性能;摩擦学性能DOI :10.3969/j.issn.1674-6457.2022.09.017中图分类号:TB331 文献标识码:A 文章编号:1674-6457(2022)09-0119-12Research Progress of Nano-boron Nitride Reinforced Metal Matrix CompositesLIU Zhen-qiang , WANG Yun , LI Rui-tao , HE Pei-yu , LIU Hong , LIU Wei-li(School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Jiangsu Zhenjiang 212013, China)ABSTRACT: The introduction of ceramic fillers into metal is an effective way to optimize the microstructure and enhance the properties of metal. Traditional hard ceramic reinforcements are difficult to meet the rising application requirements of metal materials. Nano-boron nitrides such as boron nitride nanosheet (BNNS) and boron nitride nanotube (BNNT) are ideal fillers for high-performance MMCs due to the large specific surface areas and excellent mechanical, chemical and thermal properties. The types and performance of nano-boron nitrides were systematically reviewed. The preparation method of nano-boron nitride re-inforced metal matrix composites was introduced. The research works that led to the advances in nano-boron nitride reinforced Cu, Al, and Ti matrix composites were summarized. The mechanical and wear properties of nano-boron nitride/metal composites were concluded, and the mechanisms improving performance of composites were also revealed. Finally, the promising outlook of nano-boron nitride/metal composites is prospected.KEY WORDS: nano-boron nitride; metal matrix composite; mechanical properties; wear properties航空航天、深海舰船、汽车交通、核电、化工、能源等领域的迅猛发展使金属基复合材料的服役条件日趋复杂和苛刻。
纳米材料与纳米技术研究进展
纳米材料与纳米技术研究进展近年来,随着科学技术的不断进步,纳米材料与纳米技术已成为热门话题,各国科学家也在纳米技术研究方面投入了大量的精力。
本文将介绍一些目前纳米材料与纳米技术研究的进展。
一、纳米材料研究进展1.金属纳米粒子金属纳米粒子是目前应用最广泛的纳米材料之一。
它的独特性质在医学、光电和材料科学等方面得到了广泛的应用。
近年来,科学家们发现,通过控制金属纳米粒子的形状和尺寸,可以进一步改善其性质。
例如,长轴为50纳米的椭球形金属纳米粒子比球形金属纳米粒子具有更好的光学特性。
因此,在未来的应用中,控制纳米粒子形状和尺寸将成为一项重要的研究方向。
2.化学合成纳米材料化学合成纳米材料是基于化学反应合成的新型材料。
其制备方法简单,成本低廉。
同时,科学家们也发现,通过控制反应条件,可以控制纳米材料的形状和尺寸。
因此,化学合成纳米材料发展前景非常广阔。
3.碳基纳米材料碳基纳米材料是一类以碳为主要成分的纳米材料。
它的制备方法多样,包括碳纳米管、石墨烯和类石墨烯材料。
在纳米材料领域,碳基纳米材料具有许多独特的性质,例如高强度、高导电性和高导热性。
因此,碳基纳米材料的应用范围非常广泛,包括能源存储、生物医学和电子器件等领域。
二、纳米技术研究进展1.纳米电子学纳米电子学是以纳米技术为基础的电子学。
在这个领域,科学家们研究如何使用纳米器件来替代传统电子器件,从而提高计算机的运行速度和存储容量。
同时,纳米电子学还可以应用于生物传感器、纳米机械和量子计算等领域。
2.纳米材料在能源存储中的应用随着可再生能源的发展,能源存储技术已变得越来越重要。
纳米材料在能量存储和转换中起着重要作用。
例如,纳米结构的锂离子电池具有更高的能量密度和更长的寿命,因此成为了研究热点之一。
同时,科学家们也在探索使用纳米结构的太阳能电池、燃料电池和超级电容器等能源存储装置。
3.纳米药物学纳米药物学是利用纳米技术制备药物纳米粒子,从而提高药物在体内的分布和靶向性。
纳米金粒子制备及应用研究进展
纳米金粒子制备及应用研究进展纳米技术在21 世纪将发挥极为重要的作用,是未来纳米器件、微型机器、分子计算机制造的最可能的途径之一。
纳米材料学作为纳米技术的重要组成部分也将会受到更广泛的重视。
科学家们利用纳米颗粒作为结构和功能单元,可以组装具有特殊功能如特殊敏感性和光、电、化学性能的纳米器件。
金属纳米颗粒由于其在量子物理,信息存储,复合材料等方面的潜在应用而引起了人们的注意。
其中,金纳米粒子由于其优异的导电性能,良好的化学稳定性及其独特的光学、催化特性而吸引了更多的目光。
这主要是因为:金是一种惰性元素,其化学稳定性良好;金和硫元素之间可以形成一种非常稳定的键合作用,这有利于在其表面组装带有各种官能团的单分子层。
由于纳米金粒子这些特有的化学性能以及独特的光、电性能,自上世纪80 年代至今,化学界对纳米金粒子的应用及其功能化研究方兴未艾。
本文综述了近年来纳米金粒子的制备及应用研究进展。
纳米金粒子的制备方法一.化学还原法制备法超细金粉制备原理:将金化合物的适当溶液通过化学还原而得到单质金粉.1.抗坏血酸为还原剂生产超细金粉工艺①王水溶金将黄金用去离子水冲洗,在置于稀硝酸中煮洗5~10min后,适当加热以启动反应,当反应较为平缓后,可再加入少量王水,直至大部分尽快获金粉溶解.反映结束时应保证体系中有少量未反应的黄金存在,即在投料时必须保证黄金的过量.②浓缩,赶硝将溶金液倾入另一烧杯中,用水洗净未反应的金块或金粉,转入下一循环使用。
洗液并入溶金液。
加热并在此过程中滴加浓盐酸以赶尽氮氧化物,过滤,滤液转入旋转蒸发皿进行浓缩结晶,然后配成适当浓度的水溶液。
③还原将抗坏血酸配成饱和溶液,在不断搅拌下,将氯金酸溶液滴加到抗坏血酸溶液中,滴加完毕后继续搅拌1h,静置沉降。
④清洗、干燥和筛分将上层清液倾出,用水和乙醇以倾析法清洗金粉。
所得金粉置于真空干燥。
冷却后,将金粉过筛分级,得到不同粒度的球形金粉末。
2.Na3C6H5O7 柠檬酸钠为还原剂制得纳米金颗粒粒径在15-20nm 之间Na3C6H5O7 为还原剂时,柠檬酸钠与氯金酸的摩尔比为1.5:1 时最佳;采用HAuCl4 溶液加入到加热的Na3C6H5O7 与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)混合溶液Na3C6H5O7 溶液加入到室温的NaBH4 与PVP 混合溶液制得的纳米金溶胶的颗粒分散性好,粒径小且更均一。
纳米材料的研究进展以及应用前景研究
纳米材料的研究进展以及应用现状1.绪论从概念来说,纳米材料是由无数个晶体组成的,它的大小尺寸在1~100纳米范围内的一种固体材料。
主要包括晶态、非晶态的金属、陶瓷等材料组成。
因为它的大小尺寸已经接近电子的相干长度,它有着特殊的性质。
这些特殊性质所表现出来的有导电、导热、光学、磁性等。
目前国内、国际的科学家都在研究纳米材料,试图打造一种全新的新技术材料,将来为人类创造更大的价值。
纳米科学技术也引起了科学家的重视,在当代的科学界有着举足轻重的地位。
纳米技术的范围包括纳米加工技术、纳米测量技术,纳米材料技术等。
其中纳米材料技术主要应用于材料的生产,主要包括航天材料、生物技术材料,超声波材料等等。
从1861年开始,因为胶体化学的建立,人们开始了对直径为1~100纳米粒子的研究工作。
然而真正意义上的研究工作可以追溯到20世纪30年代的日本为了战争的胜利进行了“沉烟实验”,由于当时科技水平落后研究失败。
2.纳米材料的应用现状研究表明在纺织和化纤制品中添加纳米微粒,不仅可以除去异味和消毒。
还使得衣服不易出现折叠的痕迹。
很多衣服都是纤维材料制成的,通常衣服上都会出现静电现象,在衣服中加入金属纳米微粒就可消除静电现象。
利用纳米材料,冰箱可以消毒。
利用纳米材料做的无菌餐具、无菌食品包装用品已经可以在商场买到了。
另外利用纳米粉末,可以快速使废水彻底变清水,完全达到饮用标准。
这个技术可以提高水的重复使用率,可以运用到化学工业中。
比如污水处理厂、化肥厂等,一方面使得水资源可以再次利用,另一方面节约资源。
纳米技术还可以应用到食品加工领域,有益健康。
纳米技术运用到建筑的装修领域,可以使墙面涂料的耐洗刷性可提高11倍。
玻璃和瓷砖表面涂上纳米材料,可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖,根本不用擦洗。
这样就可以节约成本,提高装修公司的经济效益。
使用纳米微粒的建筑材料,可以高效快速吸收对人体有害的紫外线。
纳米材料可以提高汽车、轮船,飞机性能指标。
《贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究》
《贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究》贵金属-MXene纳米复合材料的研制及性能研究一、引言随着纳米科技的飞速发展,贵金属与新型二维材料MXene的复合材料因其独特的物理和化学性质,在能源转换、存储、催化以及传感器等领域展现出巨大的应用潜力。
本文旨在介绍贵金属/MXene纳米复合材料的研制过程,并对其性能进行深入研究。
二、贵金属/MXene纳米复合材料的研制1. 材料选择与制备贵金属的选择主要依据其良好的导电性、催化活性以及化学稳定性。
常见的贵金属如金(Au)、银(Ag)和铂(Pt)等被选为研究对象。
MXene作为一种新型二维材料,具有优异的电导性、高机械强度以及良好的亲水性,是贵金属的理想载体。
制备过程中,我们采用液相还原法,将贵金属前驱体溶液与MXene溶液混合,通过控制反应条件,实现贵金属在MXene表面的均匀沉积。
2. 工艺流程与参数优化在制备过程中,我们通过调整反应温度、反应时间、贵金属前驱体浓度以及pH值等参数,优化贵金属/MXene纳米复合材料的制备工艺。
通过多次试验,我们找到了最佳的工艺参数,成功制备出性能优良的贵金属/MXene纳米复合材料。
三、性能研究1. 结构与形貌分析通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等手段,我们对贵金属/MXene纳米复合材料的结构与形貌进行了分析。
结果表明,贵金属成功负载在MXene表面,形成了均匀的纳米复合结构。
2. 电化学性能研究我们以Au/MXene纳米复合材料为例,研究了其电化学性能。
在催化剂应用中,Au/MXene表现出优异的催化活性,对某些反应具有较高的催化效率。
此外,其良好的电导性和稳定的电化学性能使其在能源转换和存储领域具有巨大的应用潜力。
3. 物理与化学性质研究贵金属/MXene纳米复合材料具有优异的物理和化学性质,如高机械强度、良好的热稳定性以及抗腐蚀性等。
这些性质使得该材料在各种恶劣环境下均能保持良好的性能。
纳米四氧化三铁的化学制备方法研究进展
纳米四氧化三铁的化学制备方法研究进展一、本文概述纳米四氧化三铁(Fe₃O₄),作为一种重要的磁性纳米材料,因其独特的磁学、电学以及催化性质,在生物医学、信息存储、环境保护等多个领域具有广泛的应用前景。
随着纳米技术的不断发展,纳米四氧化三铁的化学制备方法研究成为了当前材料科学领域的热点之一。
本文旨在对近年来纳米四氧化三铁的化学制备方法研究进展进行全面的概述,旨在探讨其制备方法的发展趋势、面临的挑战以及未来可能的应用方向。
通过系统综述已有研究成果,旨在为科研人员和相关从业人员提供有益的参考和借鉴,进一步推动纳米四氧化三铁在实际应用中的发展和进步。
二、纳米四氧化三铁的化学制备方法概述纳米四氧化三铁(Fe₃O₄)的制备方法多种多样,其中化学制备法因其实验条件温和、操作简便、产物纯度高和粒径可控等优点而受到广泛关注。
化学制备纳米四氧化三铁的方法主要包括共沉淀法、热分解法、微乳液法、溶胶-凝胶法和水热法等。
共沉淀法是最常用的制备纳米四氧化三铁的方法之一。
通过向含有铁盐(如FeCl₃、FeSO₄等)的溶液中加入沉淀剂(如NaOH、NH₃·H₂O等),使铁离子在溶液中发生沉淀,再通过热处理得到纳米四氧化三铁。
共沉淀法具有操作简单、反应条件温和、易于工业化生产等优点,但制备过程中易引入杂质,影响产物的纯度。
热分解法是通过在高温下分解含铁有机化合物或无机化合物来制备纳米四氧化三铁的方法。
常用的含铁有机化合物有乙酰丙酮铁、油酸铁等,无机化合物有草酸铁、碳酸铁等。
热分解法可以制备出高纯度、结晶性好的纳米四氧化三铁,但设备成本高,制备过程需要高温,操作较为困难。
微乳液法是一种在微乳液滴中进行化学反应制备纳米材料的方法。
通过将含铁盐溶液和沉淀剂分别溶于两种不同的表面活性剂形成的微乳液中,在微乳液滴内部发生沉淀反应,从而制备出纳米四氧化三铁。
微乳液法具有粒径分布窄、易于控制等优点,但制备过程中需要使用大量的表面活性剂,对环境造成一定污染。
Fe3O4纳米材料的制备与应用研究进展
Fe3O4纳米材料的制备与应用研究进展刘超;王广健;朱世从;朱威威;郭亚杰【摘要】阐述Fe3O4纳米材料的主要合成方法及其在生物医药、电磁辐射吸收、污染物处理和光电催化等方面的应用,并对其发展方向进行展望.【期刊名称】《牡丹江师范学院学报(自然科学版)》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】4页(P39-42)【关键词】Fe3O4;纳米材料;制备方法【作者】刘超;王广健;朱世从;朱威威;郭亚杰【作者单位】淮北师范大学化学与材料科学学院 ,安徽淮北 235000;淮北师范大学化学与材料科学学院 ,安徽淮北 235000;淮北师范大学化学与材料科学学院 ,安徽淮北 235000;淮北师范大学化学与材料科学学院 ,安徽淮北 235000;淮北师范大学化学与材料科学学院 ,安徽淮北 235000【正文语种】中文【中图分类】O614.7Fe3O4纳米微粒因其优异的物理化学性质和广阔的应用前景,备受科研人员的关注.本文重点阐述纳米Fe3O4粒子液相化学制备法及其在生物医药、电磁辐射吸收、污染物处理和光电催化等方面的应用,并对其发展方向进行展望.1 Fe3O4纳米材料制备方法1.1沉淀法沉淀法是将Fe3O4与其他物质混合到溶液中,加入沉淀剂,使混合液中的离子变成氢氧化物胶体析出.加热氢氧化物胶体,胶体受热脱水会变成含有Fe3O4纳米颗粒的悬浮液,经过洗涤、干燥等步骤后得到Fe3O4粉体微粒.共沉淀法 Massart和Khalafalla最早采用化学共沉淀法制备Fe3O4纳米颗粒,将Fe2+和Fe3+在碱性环境中共沉淀.高道江等将NH3·H2O作为沉淀剂,研究熟化温度及时间对Fe3O4粒子磁性能的影响.Jiang等用氮气做保护气,将FeCl3和FeCl2的混合溶液逐滴滴入溶解了多巴胺的水溶液中,获得Fe3O4纳米线.在金属Pd上负载该纳米线,使得水分散性更为稳定,对Suzuki反应有良好的催化活性.Wang等向超纯水中加入聚丙烯酸并使之溶解,对体系加热至80 ℃后,迅速加入盐酸酸化的FeCl2和FeCl3溶液,得到Fe3O4纳米微粒.氧化沉淀法 Thapa等用氨水作为沉淀剂,在80~90 ℃的高温条件下,将溶液中的Fe2+完全沉淀,获得纳米Fe3O4微粒.王娟分别以三种不同碱(NH3·H2O、NaOH 溶液、NH3·H2O+NaOH)共同作为碱源,以空气中的氧气做氧化剂,制备出三种不同形貌的磁性纳米粒子.还原沉淀法 Qu等采用NH3·H2O为沉淀剂,加入Na2SO3将Fe3+还原,从而得到Fe3O4纳米粒子.涂国荣等将适量的亚硫酸钠加入到含有Fe3+的盐溶液中,将一定量的Fe3+还原成Fe2+,从而得到纳米Fe3O4微粒.其他方法微波沉淀法采用尿素和氨水作为均相沉淀剂,具有独特的加热机制和合成机理.Wang等最先利用交流电沉淀法成功合成了纳米四氧化三铁微粒,并有效控制其形貌.超声沉淀法通过高温、高压环境,为沉淀颗粒的产生供能,可提高沉淀晶核的生成速率,使粒径减小.1.2 水热法Xuan通过直接密封热分解具有花生状形态的FeCO3,制备相同形态的微细磁性颗粒Fe3O4.焦华将用砂纸打磨过的铁片,在无水乙醇中超声处理后, 加入到酒石酸钠和NaOH的混合溶液中,通过水热法合成单晶Fe3O4纳米片.Deng通过溶剂热法成功制备了球形Fe3O4纳米颗粒.1.3 溶胶-凝胶法Lemine[7]在乙醇的超临界条件下,通过控制滴加水的速度,采用溶胶-凝胶法合成了可调控纳米粒子尺寸大小的、平均粒径为8 nm的Fe3O4纳米粒子.Xu等在聚乙二醇中溶解了作为铁源的九水合硝酸铁,在一定温度下制得了溶胶,经加热烘干后,溶胶逐渐转变为棕色凝胶,在高温真空的条件下,200~400 ℃退火,得到尺寸不同的Fe3O4纳米微粒.Tang在300 ℃条件下,通过溶胶-凝胶法制备出平均尺寸12.5 nm、薄膜表面结构完整没有裂缝的Fe3O4薄膜.王士婷通过溶胶-凝胶法,经乙醇回流和煅烧将模板去除,合成粒径60~80 nm且具有单介孔和双介孔结构的Fe3O4@介孔SiO2.1.4 微乳液法Vidal[8]利用微乳液法合成尺寸分布范围在3.5 nm±0.6 nm、结晶良好、具有单分散性、很高比饱和磁化强度、表面包覆油胺的Fe3O4纳米粒子.Zhou合成了粒径小于10 nm的Fe3O4纳米粒子.微乳体系为O/W型微乳体系,其组成为:FeSO4和Fe(NO3)3为水溶液,环己胺为油相,NP-5和NP-9为表面活性剂相. 1.5 热分解法热分解法是将铁源前躯体在溶剂和表面活性剂的作用下高温分解,得到铁原子,使其转化铁纳米粒子,得到单分散性好的纳米粒子.纳米粒子的大小和形貌通过控制前躯体的种类和浓度、加热条件、热分解时间以及表面活性剂的种类和数量调控.Kolhatkar[9]等通过溶剂热法和热分解法合成了具有可调尺寸的Fe3O4纳米立方体和Fe3O4纳米球,其饱和磁化强度(Ms)和矫顽力是相同体积Fe3O4纳米球的1.4~3.0倍和1.1~8.4倍.Yang等将乙酰丙酮铁[Fe(acac)3]和油酸加入到苄基醚溶剂中,获得具有可调控体对角线长度的纳米立方体Fe3O4.Sun等通过热分解乙酰丙酮铁(Fe(acac)3)合成了Fe3O4纳米粒子,其粒径小于20 nm,且单分散性好.Chiu等通过控制反应时间将油酸铁盐进行热分解,从而制得了粒径4~18 nm、分布均匀的纳米Fe3O4晶体.1.6 生物模板法生物模板法引入相应的生物模板,利用生物分子对粒子的成核、生长、组装的影响,使材料的合成过程得到控制,从而得到所期望的目标材料.常用的模板是内部为空穴结构的小热激蛋白(sHSP)、铁蛋白、李斯特细菌等.Wong等采用铁蛋白作为生物模板,通过控制反应条件,得到了直径为7.3 nm的四氧化三铁纳米粒子.2 Fe3O4纳米材料的应用2.1 生物医学磁性Fe3O4纳米材料具有无毒副作用以及生物相容性好的优点,广泛应用于肿瘤磁热疗法、磁共振造影技术、靶向药物载体以及磁分离等众多生物医学领域.磁性Fe3O4纳米粒子作为缓释靶向药物载体可以提高药效,减少药量,增强治疗作用.靶向药物在体外磁场的导向作用下,直达病灶.药物的传送路径可通过Fe3O4的核磁共振成像进行跟踪.Alexiou[10]等采用米托蒽醌磁性纳米粒子作为靶向药物的载体,其浓度高得多.超顺磁性氧化铁粒子能将磁场震动能转化为热能,升高肿瘤组织的温度,使病变细胞死亡.磁共振造影技术常用的造影剂是经过表面修饰的Fe3O4纳米粒子,因网状内皮数量的差异,异常组织与正常组织对Fe3O4纳米粒子的吞噬量也有明显的差别.采用静脉注射Fe3O4纳米粒子使之进入血液,因其在正常组织和异常组织中分布明显不同,显著增加成像的效果.Hu等对植入小鼠体内的人体结肠癌进行检测,造影剂为用单克隆抗体标记的PEG包覆的Fe3O4纳米粒子.Lee等利用超顺磁性氧化铁粒子的长期血液循环,对人体体内乳腺瘤进行检测,造影剂为Fe3O4纳米粒子-赫赛汀探针.2.2 磁性流体和磁记录材料磁性纳米Fe3O4广泛应用于磁流体工业生产中.磁流体有固体的强磁性,又存在液体的流动性,在许多领域中广泛应用.纳米Fe3O4由于晶体结构简单、尺寸小、矫顽力高、耐氧化、相结构稳定,可用做磁记录材料.纳米多铁复合材料也具有一定的磁性,饱和磁化强度与矫顽力成反比.[11]纳米Fe3O4粒子磁记录材料的信噪比、信息记录的密度以及图像的质量等方面均有极大改善.2.3 污染物处理Fe3O4/石墨烯纳米复合材料能迅速有效除去水溶液中的氯苯胺和苯胺.Fe3O4/GO 磁性纳米颗粒[12]对水溶液中的多氯联苯具有良好的吸附性.Liu等用廉价的铁盐和HA通过共沉淀法制备了腐植酸(HA)包覆的Fe3O4纳米颗粒(Fe3O4/HA),能从水中去除有毒的Hg(II),Pb(II),Cd(II)和Cu(II).Fe3O4/HA对重金属的吸附不到15分钟即可达到平衡,最大吸附容量为46.3~97.7 mg/g.2.4 光电催化Kumar[13]开发出一种包裹有还原氧化石墨烯的核壳结构CuZnO @ Fe3O4微球,构成三元复合光催化剂(rGO @ CuZnO @ Fe3O4),高效、可回收、可磁分离,用于可见光照射下光还原二氧化碳生产甲醇.3 前景展望纳米四氧化三铁粒径小,具有磁性好、比表面积大的优点.磁性纳米Fe3O4可包覆不同的材料,制备出具有不同复合结构的多功能磁性催化载体材料,因此在催化等方面有着广阔的应用前景.参考文献【相关文献】[1] Zong P F,Cao D L,Wang S F,et al.Synthesis of Fe3O4/CD magnetic nanocomposite via low temperature plasma technique with high enrichment of Ni(II) from aqueoussolution[J]. Journal of the Taiwan Instituteof Chemical Engineers,2016,21(5):1-7.[2] Massart R.Preparation of aqueous magnetic liquids in alkline and acidic media [J]. IEEE Transactions on Magnetics,1981,MAG-17:1247-1248.[3] Khalafalla S, Reimers G. Preparation of dilution-stable aqueous magnetic fluids [J]. IEEE Transactions on Magnetics,1980,MAG-16:178-180.[4] Thapa D,Palkar V R.Kurup M B,et al.Properties of magnetite nanoparticles synthesized through a novel chemical route[J].Material Letters,2004,58:2692-2694.[5] Qu S C, Yang H B, Ren D W, et al.Magnetite Nanoparticles Prepared by Precipitation from Partially Reduced Ferric Chloride Aqueous Solutions[J]. Colloid Interf. Sci.,1999, 215: 190-192.[6] Xuan S H,Hao L Y,Jiang W Q,et al.A FeCO3 precursor-based route to microsized peanutlike Fe3O4[J].Cryst Growth Des,2007,7(2):430-434.[7] Lemine O M,Omri K,Zhang B,et al.Sol-gel synthesis of 8 nm magnetite (Fe3O4) nanoparticles and their magnetic properties[J].Superlattices and Microstruct,2012,52:793-799.[8] Vidal J,Rivas J,Lopez M A.Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects,2006,288(1-3):44-51.[9] Arati G Kolhatkar,Yi-Ting Chen,Pawilai Chinwangso,et al.Magnetic Sensing Potential of Fe3O4 Nanocubes Exceeds That of Fe3O4 Nanospheres[J].ACS Omega 2017, 2, 8010-8019.[10] Alexiou C,Jurgons R,Schmid R,et al.In vitro and in vivo investigations of targeted chemotherapy with magnetic nanoparticles[J].Journal of Magnetism and Magnetic Materials,2005,293(1):389-393.[11] 李丹,孙云飞.多铁复合材料0.5NiFe2-xMnx04/0.5BaTi03的磁性能及介电性能[J].牡丹江师范学院学报:自然科学版,2018(1):43-47.[12] Zhu S M,Guo J J,Dong J P.Sonochemical fabrication of Fe3O4 nanoparticles on reduced graphene oxide for biosensors[J].Ultrasonics Sonochemistry,2013,3(20):872-880.[13] Pawan Kumar,Chetan Joshi,Alexandre Barras,et,al.Core-shell structured reduced graphene oxide wrapped magnetically separable rGO@CuZnO@Fe3O4 microspheres as superior photocatalyst for CO2 reduction under visible light[J].Applied Catalysis B: Environmental, 2017,205:654-665.。
金属冶炼中的纳米材料制备技术
燃料电池
利用金属纳米材料作为催化剂,降低燃料电池的能耗和排 放。
锂电池
利用金属纳米材料改善锂电池的电化学性能,提高其能量 密度和循环寿命。
发展前景
随着能源需求的不断增长和环保要求的提高,金属纳米材 料在能源领域的应用前景广阔,未来将不断涌现出新的应 用场景和技术创新。
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生物医学
金属纳米材料可用于药物输送、生物成像和癌症治疗 等领域。
金属纳米材料的制备方法
物理法
通过物理手段,如激光蒸发、 溅射等方法制备金属纳米材料
。
化学法
通过化学反应,如还原剂还原 、沉淀法等方法制备金属纳米 材料。
生物法
利用生物分子或微生物作为模 板,通过生物合成方法制备金 属纳米材料。
复合法
结合物理法、化学法和生物法 的优点,通过复合手段制备金
03
金属纳米材料制备技术在 金属冶炼中的应用
提高金属材料的性能
增强金属材料的强度和韧性
纳米材料具有优异的力学性能,通过制备金属纳米材料,可以显著提高金属材料 的强度和韧性,使其具有更高的抗拉强度和耐磨性。
提高金属材料的耐腐蚀性
纳米材料具有较大的比表面积和表面活性,能够形成致密的氧化膜,从而提高金 属材料的耐腐蚀性,延长其使用寿命。
属纳米材料。
02
金属纳米材料的制备技术
物理法
真空蒸发法
在真空环境中,通过加热金属使其蒸 发,然后在冷凝器上冷凝成纳米颗粒 。该方法适用于制备纯度高、粒度均 匀的金属纳米颗粒。
机械研磨法
通过高能球磨机将金属粉末研磨至纳 米级别,具有设备简单、成本低廉的 优点,但粒度分布较宽。
化学法
还原法
利用还原剂(如氢气、乙醇等)将金属盐还原成金属纳米颗 粒。该方法操作简单,但制备的纳米颗粒容易团聚。
纳米多孔金属材料的研究现状及主要制备方法
合金化法是目前生产纳米多孔金属材料的主要制备方法,随 着科技的发展,纳米多孔金属材料的制备方法将更加快捷方 便。
[1] 陆致龙 , 王蓉 , 柯俊 . 原始合金制备方法对 Raney Ni 催 化 剂 结 构 及 加氢活性的影响 [J]. 电子显微学报 ,1997,16(3):302-306.
[8] 徐彩霞 . 纳米多孔金属材料的设计 , 制备与催化性能研究 [D]. 山东大 学 ,2009.
[9] 张文彦 , 奚正平 , 方明 , 等 . 纳米孔结构金属多孔材料研究进展 . 稀有 金属材料与工程 ,2008, 37(7):1129-1133.
[10] 陈静 , 胡文成 , 杜凯 , 等 . 纳米多孔金属的制备方法研究进展 [J]. 材料 导报 : 纳米与新材料专辑 ,2010,24-27.
[5] 丁轶 . 纳米多孔金属 : 一 ,2011,46(10):121-133.
[6] 谭秀兰 , 唐永建 , 刘颖 , 等 . 去合金化制备纳米多孔金属材料的研究进 展 [J] 材料导报 ,2009, 23(3):68-71.
[7] F.U.Renner,A.Stierle,H.Dosch,D.M.Kolb,T.L.Lee,J.Zegenha gen,Initial corrosion observed on the atomic scale,Nature 439(2006)707—710.
通过去合金法制备的纳米多孔材料具有以下特点 :① 孔径小,约 1000 纳米,通过控制合金的比例和合金的反应 时间,可以控制纳米尺寸。②高表面积、脱合金方法是一种 极其复杂的方法。无序的内连通孔结构非常大,在催化领域 具有广阔的应用前景。③高孔隙率合金中各组分的比例普
新型金属材料的研究进展及应用前景
新型金属材料的研究进展及应用前景随着科技不断发展,材料科学也在迅速进步,新型金属材料的研究进展引起了广泛关注。
新型金属材料是指通过原子工程、物理工程、化学工程等手段改变金属的微观结构和性质,使其在力学强度、硬度、导电导热性、耐腐蚀性、耐高温性等方面具有优异的性能,是工业革命的基础材料之一。
本文将从材料结构、加工工艺、应用前景三个方面探讨新型金属材料的研究进展及应用前景。
一、材料结构金属材料的性能与其内部结构密切相关,新型金属材料的研究重点在于设计出更优秀的微观结构。
微观结构的改变可通过金属合金化、表面改性、纳米化以及复合材料等手段实现。
其中合金化是最关键的手段之一,能够通过改变单一金属的质量与成分,使金属材料具有更高的强度和硬度,达到提升性能的目的。
另外,表面改性是指将纳米材料、涂层、陶瓷等不同材料引入金属表面,加强其硬度、耐磨性、抗腐蚀性和附着力,如超硬涂层、抗蚀金属等。
二、加工工艺新型金属材料的研究需要掌握先进的加工工艺,其中最具代表性的是激光增材制造技术。
该技术可以精确控制材料的形态和结构,实现快速加工生产各种形状的新型材料,从而极大地提高了材料的制造效率。
另外,热态加工技术也是新型金属材料研究的重要组成部分。
它可以通过加热和冷却材料,改变金属的晶体结构,从而得到各种具有优异性能的材料。
三、应用前景新型金属材料具有很高的应用价值,主要应用领域包括航空航天、电子信息、汽车制造、医疗器械、节能环保等。
例如,航空航天领域需要高强度、耐腐蚀、耐高温的金属材料;电子信息领域需要导电、导热、低温超导等功能材料;汽车制造领域需要强度高、轻量化、耐腐蚀的材料。
此外,新型金属材料的应用可以有效地满足节能环保的需求,如用于光伏、风能等新能源领域。
综上所述,新型金属材料具有广泛的应用前景和重要的研究价值。
随着技术的不断发展和创新,新型金属材料的研究将会变得更加深入,将会有越来越多的新型合金、表面改性材料、纳米材料被应用于工业生产。
纳米材料的制备方法研究进展
金属基复合材料的研究进展与应用前景
金属基复合材料的研究进展与应用前景金属基复合材料是一种具有金属基体和强化相的材料,能够综合发挥金属的优良性能和强化相的增强效果。
近年来,金属基复合材料得到了广泛的研究和应用,其研究进展和应用前景也备受关注。
本文将综述金属基复合材料的研究进展和应用前景。
一、金属基复合材料的研究进展1. 强化相的选择和设计强化相是金属基复合材料中起到增强作用的材料,通常是颗粒、纤维或片状结构。
近年来,随着纳米材料的研究和发展,纳米颗粒和纳米纤维作为强化相的应用逐渐成为研究的热点。
纳米颗粒和纳米纤维具有较大的比表面积和较好的强度,可以显著提高金属基复合材料的力学性能和热学性能。
2. 制备技术的改进金属基复合材料的制备技术对于材料性能具有决定性影响,近年来研究者们在制备技术方面进行了大量的改进。
传统的制备技术包括粉末冶金、熔融法和电化学沉积法等,这些方法能够制备金属基复合材料,但是制备工艺复杂、成本高。
近年来,研究者们开始探索新的制备技术,如激光熔融沉积、电子束熔凝等,这些新的制备技术具有制备精度高和能耗低的优点。
3. 性能测试与评价金属基复合材料的性能测试和评价是研究中的重要环节,目前主要包括力学性能测试、热学性能测试和耐腐蚀性能测试等方面。
力学性能测试包括拉伸性能、硬度、韧性等方面的测试,热学性能测试包括热膨胀系数、导热系数等方面的测试,耐腐蚀性能测试包括盐雾试验、腐蚀电位测试等方面的测试。
通过对金属基复合材料的性能测试和评价,能够了解材料的力学性能和热学性能,为进一步研究和应用提供依据。
二、金属基复合材料的应用前景1. 航空航天领域金属基复合材料具有高强度、高温稳定性和低密度等优点,能够满足航空航天领域对材料高性能的需求。
金属基复合材料在飞机、火箭、导弹等航空航天装备的结构材料中有广泛的应用前景。
例如,金属基复合材料可以用于飞机结构的轻量化设计,提高飞机的燃油效率和载重能力,同时保证结构的强度和刚度。
2. 汽车制造领域汽车制造领域也是金属基复合材料的应用领域之一。
金属纳米材料的生物化学制备及在生物医学领域的应用
金属纳米材料的生物化学制备及在生物医学领域的应用摘要:在纳米结构和纳米材料的制备上,最需要关注的点就是要克服巨大的表面能,防止因 Ostwald ripening 或团聚作用导致所制备的金属纳米材料在尺寸上逐渐变大,结构稳定性差。
本文侧重选择拥有独特结构并能保持生理活性的生物材料,作为金属纳米材料制备过程中的还原剂、封端剂,甚至作为模板框架来更加绿色环保地避免上述问题的发生。
本文主要分析金属纳米材料的生物化学制备及在生物医学领域的应用。
关键词:金属纳米材料,生物化学制备,医学应用引言2000 多年前,人们就已经开始无意识地使用纳米材料。
古埃及人曾在不经意间发现了一种纳米尺度的染料,并用来漂染头发,其色牢度非常优良;科学家们还发现现存于大英博物馆的古罗马莱克格斯杯的玻璃中融入了纳米尺寸的金银颗粒,能够随着光照变化改变颜色;我国考古学家在文物挖掘中发现古代铜镜千百年后依然完好无损就是因为表面涂有一层纳米尺度的氧化锡保护膜;以及流传至今未褪墨的书画也是因为使用的墨汁中存在着纳米尺寸的碳。
1.金属纳米材料的一般制备方法纳米颗粒(Nano Particles),是指在三维空间的某一维度尺寸处在 1 nm 到 100 nm 之间的微小颗粒。
NPs 的电子结构在某些晶面上的费米能级刚好处在体能带结构沿该晶向的禁带之中,使得 NPs 存在小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等材料特性。
除此之外 NPs 还在光学、电学、物理学、化学、生物学上有多种显著特性。
近年来,由于其独特的物理化学性质——高表面积、良好的电导率、低毒性、不错的稳定性和生物相容性,引起了科研工作者们的兴趣。
金溶胶是金纳米颗粒(Au NPs)在水溶液中存在的一种很普遍形式,其历史可以追溯到两千多年前。
虽然合成胶体金的方法五花八门,但是由Turkevich 等人早期开发的柠檬酸还原 HAuCl4 的合成方法到目前仍是制备金纳米颗粒最基础的方法,颇受大众青睐。
金属氧化物纳米材料的制备新进展
金属氧化物纳米材料的制备新进展金属氧化物纳米材料制备是纳米科学和纳米技术领域的重要研究方向之一。
随着科学技术的不断发展,研究人员不断提出新的制备方法和技术,取得了一系列新的研究进展。
本文将介绍一些金属氧化物纳米材料制备的新进展。
一、溶液法制备:溶液法是制备金属氧化物纳米材料最常用的方法。
近年来,研究人员在溶液法制备金属氧化物纳米材料方面做了很多创新工作。
例如,研究人员借助微乳液技术,成功制备了一系列具有不同形貌和性能的金属氧化物纳米材料。
此外,研究人员还提出了一种新的溶液法,即借助超声波剥离法,将金属离子从金属片中剥离出来形成纳米颗粒。
这种方法不仅制备简单、成本低,而且可以得到纯度高、分散性好的金属氧化物纳米材料。
二、气相沉积法制备:气相沉积法是制备金属氧化物纳米材料常用的方法之一。
近年来,研究人员在气相沉积法制备金属氧化物纳米材料方面做了很多创新工作。
例如,研究人员借助等离子体共振技术,成功制备了一系列具有良好分散性和稳定性的金属氧化物纳米材料。
此外,研究人员还提出了一种新的气相沉积法,即借助超声波雾化法,在低温下制备金属氧化物纳米粒子。
这种方法不仅制备简单、成本低,而且可以得到纯度高、粒径分布窄的金属氧化物纳米材料。
三、溶胶-凝胶法制备:溶胶-凝胶法是制备金属氧化物纳米材料的一种重要方法。
近年来,研究人员在溶胶-凝胶法制备金属氧化物纳米材料方面做了很多创新工作。
例如,研究人员借助模板法,成功制备了具有长通道和大孔结构的金属氧化物纳米材料。
此外,研究人员还提出了一种新的溶胶-凝胶法,即借助微流体技术,在微尺度上控制金属氧化物纳米材料的形貌和尺寸。
这种方法不仅制备简单、成本低,而且可以得到高比表面积和良好分散性的金属氧化物纳米材料。
四、微乳液法制备:微乳液法是制备金属氧化物纳米材料的一种新方法。
近年来,研究人员在微乳液法制备金属氧化物纳米材料方面做了很多创新工作。
例如,研究人员借助乳化剂和辅助剂,成功制备了具有不同形貌和性能的金属氧化物纳米材料。
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纳米相增强金属材料制备技术的研究进展及应用
【摘要】目前纳米技术应用广泛,在高强金属材料应用方面尤为突出。
本文针对现有主要几种纳米增强金属材料制备工艺方法进行概述并比较,讨论其优缺点。
最后还探讨了纳米相增强制备技术未来的发展趋势和改进方向,并对纳米结构材料应用领域和前景进行展望。
【关键词】纳米增强制备方法优缺点
随着科技进步,各个领域对于相关材料的性能要求日益提高。
纳米增强技术是改善材料性能的重要方法之一,其在金属材料领域尤其应用广泛。
在电子、汽车、船舶、航天和冶金等行业对高性能复合材料需求迫切,选用最佳制备方法制备出性能更优良的纳米材料是当前复合材料发展的迫切要求。
1 纳米增强技术概述
纳米相增强金属材料是由纳米相分散在金属单质或合金基体中而形成的。
由于纳米弥散相具有较大的表面积和强的界面相互作用,纳米相增强金属复合材料在力学、电学、热学、光学和磁学性能方面不同于一般复合材料,其强度、导电性、导热性、耐磨性能等方面均有大幅度的提高[1]。
1.1 机械合金化法
机械合金化法(MA)是一种制备纳米颗粒增强金属复合材料的有效方法。
通过长时间在高能球磨机中对不同的金属粉末和纳米弥散颗粒进行球磨,粉末经磨球不断的碰撞、挤压、焊合,最后使原料达到原子级的紧密结合的状态,同时将颗粒增强相嵌入金属颗粒中。
由于在球磨过程中引入了大量晶格畸变、位错、晶界等缺陷,互扩散加强,激活能降低,复合过程的热力学和动力学不同于普通的固态过程,能制备出常规条件下难以制备的新型亚稳态复合材料。
1.2 内氧化法
内氧化法(Internal oxidation)是使合金雾化粉末在高温氧化气氛中发生内氧化,使增强颗粒转化为氧化物,之后在高温氢气气氛中将氧化的金属基体还原出来形成金属基与增强颗粒的混合体,最后在一定的压力下烧结成型。
因将材料进行内氧化处理,氧化物在增强颗粒处形核、长大,提高增强粒子的体积分数及材料的整体强度,这样可以提高材料的致密化程度,且可以改善相界面的结合程度,使复合材料的综合力学性能得到提高。
1.3 大塑性变形法
大塑性变形法(Severe plastic deformation)是一种独特的纳米粒子金属及金属合金材料制备工艺。
较低的温度环境中,大的外部压力作用下,金属材料发
生严重塑性变形,使材料的晶粒尺寸细化到纳米量级。
大塑性变形法有两种方法:等槽角压法(ECA)和大扭转塑性变形法(SPTS)。
1.4 粉末冶金法
粉末冶金法(PM)是最早制备金属基复合材料的方法,技术相对比较成熟。
其工艺为:按一定比例将金属粉末和纳米增强颗粒混和均匀、压制成型后进行烧结。
1.5 液态金属原位生成法
原位反应生成技术[2](In-situ synthesis)是近年来作为一种突破性的金属基复合材料合成技术而受到国内外学者的普遍重视。
其增强的基本原理是在金属液体中加入或通入能生成第二相的形核素,在一定温度下在金属基体中发生原位反应,形成原位复合材料。
除上述几种常用的纳米增强制备方法外,还有真空混合铸造法、纳米复合镀法等[3]。
2 纳米增强制备工艺优缺点比较
对以上几种纳米增强制备技术在工艺及质量性能方面的优缺点进行分析:
2.1 工艺复杂性及成本和产量方面
机械合金法:制备成本低、产量高、工艺简单易行,但是能耗高;内氧化法:制备工艺简单、有利于规模生产,但是生产成本高;大塑性变形法:制备工艺简单、成本低、不可规模生产;粉末冶金法:制备工艺复杂但成熟、生产成本高、效率低;原位生成法:工艺性差、制备成本高、不适于规模化生产。
2.2 制备材料质量和性能
机械合金法:各项性能良好,硬度提高明显,能制备常规条件难以制备的亚稳态复合材料,但增强粒子不够细化,粒径分布宽,易混入杂质;内氧化法:提高增强粒子的体积分数,改善相界面结合程度,综合力学性能得到提高,但内部氧化剂难以消除,易造成裂纹、空洞、夹杂等组织缺陷;大塑性变形法:组织晶粒显著细化,无残留孔洞和夹杂,粒度可控性好,但粒度不均匀,增强粒子产生范围小;粉末冶金法:材料性能好,增强相含量可调,增强相分布均匀,组织细密,但材料界面易受污染;原位生成法:材料热力学稳定,力学性能优良,且界面无杂质污染,但增强颗粒限于特定基体中,增强相颗粒大小、形状受形核、长大过程影响。
上述分析可以得出,粉末冶金法技术最为成熟,机械合金法工艺最为简单易行,内氧化法有利于大规模生产,金属液态原位生成法最具有发展前景。
王自东
[4]等人应用金属液态原位生成纳米增强技术,使得金属材料强度大幅度提高的同时,塑性也能大幅度提高,解决了增强同时增韧或增强同时塑性不下降这一世界难题。
以锡青铜为例:强度从270Mpa提高至535Mpa,延伸率从12%提高至38%,冲击韧性从14提高至39。
这项技术成果独立于国外,优于国外,为我国原创。
3 结语
纳米增强金属材料在工程方面具有广泛应用领域和前景,例如:我国目前建筑用钢约4亿吨,如采用该技术,至少可节约10%的用量,在节约资源,节能减排,提高效率等方面意义重大!其它主要应用领域有:铁路应用的高铁输电电缆、高铁车轴、轨道、车辆走行部分、车钩等需要满足强度要求又需满足如导电性、韧性、耐疲劳性、减轻结构重量等特殊要求的领域。
船舶中大量的铜合金泵、阀和管材,材料大幅增强、增韧后可减少用材10%-20%。
轧制低于8μm的铜箔用于柔性印刷电路板的覆铜,减少用铜、减轻重量、降低成本等。
武器装备中装甲用钢、舰船壳体钢、飞机起落架用钢,以及航空、航天等领域都有着广泛的应用前景。
我们要继续开发新型的具有高性能价格比、工艺简单、适于大规模生产且符合我国工业现状的纳米增强制备技术。
参考文献:
[1]郝保红,喻强,等.颗粒增强金属基复合材料的研究(一).北京石油化工学院学报,2003.
[2]王庆平,姚明,陈刚.反应生成金属基复合材料制备方法的研究进展[J].江苏大学学报,2003.
[3]时新刚,冯柳,王英,等.纳米颗粒增强铜基复合材料的最新研究动态及发展趋势[J].冶金信息导刊,2007.
[4]冯在强,王自东,王强松,等.新型组早锡青铜合金的微观组织和性能[J].材料热处理学报,2011.。