材料制备技术

重庆科技学院课程结业论文

课程名称：材料制备技术

论文题目：纳米材料的应用现状及发展趋势

院（系）冶金与材料工程学院

专业班级金属材料工程071班

学生姓名罗新中

学生学号 2007440375

任课教师孙建春讲师

成绩：，评语：

2010年6 月12 日

纳米材料的应用现状及发展趋势

罗新中

2007440375

摘要作为一种新型的材料，纳米材料曾经引起了一场巨大的科技的革命，它的特殊性能、规模化制备和生产引起了人们对其不懈的探索。纳米材料的研发制备是其应用的基础，而规模化产业化的应用才是研究的最终目的。因此，如何使纳米材料由科学研究转化为大规模的产业化生产才是重中之重。文章分别从纳米材料的制备、纳米材料的应用以及纳米材料未来的发展方向三个方面对其进行总结。介绍了其研究现状及应用前景，分析了目前在纳米材料研究方面所存在的问题，并对以后的研究提出了自己的看法。

关键词纳米材料制备应用前景

纳米材料是指物质的粒径至少有一维在1～100 nm 之间，具有特殊物理化学性质的材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。

纳米材料独特的纳米晶粒及高浓度特征以及由此产生的小尺寸量子效应和晶界效应，使其表现出一系列与普通多晶体和非晶态固体有本质差别的力学、光、电、声、磁等性能，在电子信息、生物工程、航空航天、国防科技及日常生活中有着广阔的应用前景。因此，近年来关于纳米材料的研究及其制备技术引起了世界各国的普遍重视，对纳米材料的制备、结构、性能及其应用的研究也成为2O 世纪90年代材料科学研究的热点，继而在整个社会中形成了“纳米热”。

1 纳米材料的制备技术

1.1 现阶段纳米材料的制备技术

纳米材料的制备从制备手段来分一般可归纳为物理方法和化学方法。

1.1.1 物力制备方法

物理制备纳米材料的方法有：粉碎法、高能球磨法、惰性气体发、溅射法等。

粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。

高能球磨法是利用球磨机的转动或震动对原料进行强烈的撞击，研磨和搅拌，将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不相互融的几种元素制成纳米固溶体，为发展新材料开辟了新途径。

惰性气体凝聚蒸发法是在以充满惰性气体的超高真空室中将蒸发源加热蒸发，产生原子雾，原子雾再与惰性气体碰撞失去能量，骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高温度下形成的，因此得到的颗粒很细，同时颗粒的一些形态特征也可以得到很好的控制。

溅射技术是采用高能粒子撞击耙材表面的原子或分子交换能量或动量，使得耙材表面原子或分子从耙材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射粒子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。

等离子体法的基本原理是利用惰性气氛或反应性气氛中通过直流放电使气体电离产生高温等离子体，从而使原料溶化和蒸发，蒸汽达到周围的气体就会被冷凝或发生化学反应形成超微粒。

1.1.2 化学制备方法

化学法是指通过适当的化学反应，从分子原子离子出发制备纳米材料，它包括化学气相沉积法、化学气相冷凝法、溶胶凝胶法、水蒸发沉淀法等。

化学气相沉积法是在一个加热的衬底上，通过一种或几种气态元素或化合物产生的化学元素反应形成纳米材料的过程，该方法主要可分为热分解反应沉积和化学反应沉积。随着其他相关技术的发展，由此延伸出来的许多新技术，如等离子体增强化学气相沉积等。

化学气相冷凝法主要通过有机高分子热解获得纳米粉体，具体过程是先将反应室抽真空，热后注入惰性气体He，使气压达到几百帕斯卡，反应物和载气He 从外部系统先进入前部分的热磁控溅射CVD装置由化学反应得到反应物的前驱体，然后通过对流达到后部分的转筒式骤冷器，用于冷却和收集合成的纳米微粒。

溶胶—凝胶法是用易水解的金属化合物（无机盐或金属盐）在某种容剂中与水发生反应，经过水解与缩聚过程逐渐凝胶化，在经干燥烧结等后处理得到所需的材料。该法又可分为醇盐法和非醇盐法。

化学沉淀法是在金属液的水溶液中控制适当的条件使沉淀剂与金属离子反应，产生水和氧化物或难溶化合物，使溶液转化为沉淀然后经分离干燥或热分解而得到纳米级超微粒。化学沉淀法又可以分为、直接沉淀发、均匀沉淀法、共沉淀法和醇盐水解沉淀法.

1.2 纳米材料的制备技术发展趋势

现阶段纳米材料的制备技术在纳米离子的分散和污染方面还存在很大的缺陷，以及复合纳米材料和结构纳米材料的制备方面还有待突破。因此纳米材料的制备技术的未来发展方向就要从这几个方面入手。

一是寻找低成本，无污染易于产业化的制备方法，使纳米材料尽早产业化。

二是研究纳米材料制备过程中对纳米材料表面的修饰方法，使生产出来的纳米材料的颗粒度实现可控且稳定性好，不易发生团聚，同时易于在同介质中分散，以利于纳米材料能够广泛应用。

三是结构材料的制备方法，以纳米颗粒或纳米丝，纳米管为基本单位，在一维，二维，三维空间规则排列成具有纳米结构的体系，如人造超原子体系，有序阵列等。这种纳米结构材料不仅包含了纳米单元的实组元，而且包括支撑它们的具有纳米尺度的空间的基体。这种纳米材料充分发挥了纳米材料的纳米效应，使纳米材料的性能实现可控，是纳米材料的发展高级阶段。但是应该看到，由于纳米状态的物质尺寸十分细小，表面又处于极不稳定的高能状态，要使其按照人们的设计有规则排列难度是相当大的，实现这种工艺的方法和技术都有待于研究和开发，但这肯定是纳米材料发展的一个方向。

四是复合材料也是纳米材料制备的又一发展方向。纳米复合材料是将几种纳米材料通过某种特殊工艺复合在一起所形成的新的材料。在实际应用过程中我们发现，用一种纳米材料作为制造某种产品的基础材料时，一是纳米材料在功能等方面均不能达到要求，二是产品的制造成本太高，若将几种纳米材料或者用纳米材料和一些其他材料复合在一起，形成纳米复合材料，材料的功能将大大提高、增强，但是纳米材料在复合的过程中，由于体系能量高，极不稳定，在复合时要充分考虑到复合的纳米材料的表面修饰状态以及纳米材料与其他复合材料的相互作用关系，以保证复合成的纳米复合材料具有稳定、不团聚、易分散的特点，同时具有良好的性能。

2 纳米材料的应用

纳米材料的奇特效应为其广泛的应用前景奠定了基础，主要应用与化工、轻工、冶金、电子、高技术陶瓷、复合材料、核技术、生物医学以及国防尖端技术等领域。大大推进了这些领域的发展，可以说纳米材料正在逐渐渗入整个工业部