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浅谈模板法制备纳米材料

日常生产工作中必须严格按照规程规定、操作流程和使用方法正确使用安全工器具,以确保安全生产。

据现场调查得知安全工器具的不正确使用主要有以下几种情况:1.衔接式绝缘棒使用节数不够,伸缩式绝缘棒拉伸不够充足。

2.雨天不使用防雨罩,或防雨罩松动、歪斜、破损,起不到防雨作用。

3.验电时手握在验电器护环以上,使用前不在有电设备上确认验电器是否良好,不同电压等级的验电器交叉使用。

4.绝缘手套使用前不检查气密性,甚至随意抓拿坚硬及有尖刺的物品。

5.接地线的接地端不按要求装设,任意搭、挂和缠绕。

6.安全带不按规定使用、系的松垮随意,起不到安全防护作用。

7.安全帽内胆大小调节不当、不系帽带或系的不够紧,工作中容易歪斜、掉落。

8.手钳等工具使用前不检查绝缘部位是否完好,使用时手握在裸露的金属部位,容易造成作业人员的触电事故。

总之,安全工器具是每个电力职工的切身保镖、忠实的安全员和生命的守护神,只要大家熟练地掌握了各种安全工器具的作用、性能和结构原理,掌握了正确的使用方法和注意事项,并严格按照规程规定操作、使用和维护,就能够确保人身、设备和电网的安全。

2010年第3期(总第138期)China Hi-Tech EnterprisesNO.3.2010(CumulativetyNO.138)中国高新技术企业摘要:纳米模板具有独特的纳米数量级的多孔结构,其孔洞孔径大小一致,排列有序,分布均匀。

以纳米模板合成零维纳米材料、一维纳米材料(纳米线,纳米管)具有制备效率高,可靠性好等优点,已成为纳米复制技术的关键之一。

文章重点综述了近年来模板制备,模板合成中常用的模板类型及应用进展。

关键词:纳米材料;模板法;制备工艺;化合聚合;溶胶-凝胶沉积;化学气相沉积中图分类号:0614文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)03-0178-02自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来,80年代中期在实验室合成了纳米块体材料,至今已有20多年的历史,但真正成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点是在80年代中期以后。

纳米材料的研究大致可划分为三个阶段:第一阶段(1990年以前)主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体,合成块体(包括薄膜),研究评价表征的方法,探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。

对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在80年代末期一度形成热潮。

第二阶段(1994年前)人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能,设计纳米复合材料,这一阶段纳米复合材料的合成及物性的探索一度成为纳米材料研究的主导方向。

第三阶段(从1994年到现在)纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注,正在成为纳米材料研究的新的热点。

本文所要介绍的模板法制备纳米材料即为纳米组装体系的一种。

一、模板合成中常用的模板(一)高分子模板高分子模板通常是通过采用厚度为6~20μm的聚碳酸脂、聚脂和其它高分子材料经过核裂变碎片轰击使其出现损伤的痕迹,再用化学腐蚀方法使这些痕迹变成孔洞。

膜中孔径可以达到微米级,甚至达到纳米级(最小达到10nm),孔率可达到109/cm2,孔分布是随机的、不均匀且无规律,并且很多孔洞与膜面倾斜和相互交叉。

由于高分子模板自身这些特征,使得用这些模板组装的纳米结构不能形成有序的阵列体系。

同时由于存在很多的孔之间斜交现象,当人们理论模拟模板合成的纳米微粒的光学特性时,就会出现理论预计和现实情况不相符合的情形,例如,理论预示独立的金属微粒在某个特殊的波段吸收最强,然而,模板合成的这种金属纳米微粒间的物理接触可使这个最大吸收带移动200nm或更多。

(二)阳极氧化铝模板阳极氧化铝模板(Anodic Aluminum Oxide,AAO)的制备,一般选用高纯铝片(99.9%以上),在硫酸、草酸、磷酸水溶液中经过阳极氧化后得到的。

其纳米孔道内径统一,而且呈六方排列,管道密度可达1011/cm2,孔径可在几纳米到几百纳米之间可调。

像六方液晶一样,AAO也能提供呈六方排布的孔道,因此用它可合成呈六方对称排列的纳米结构体系。

二、常用的模板合成方法模板合成方法适用的范围很广,根据模板种类的不同,在合成时必须注意以下方面:(1)化学前驱溶液对孔壁是否浸润,亲水或疏水性质是合成组装能否成功的关键;(2)应控制在孔洞内沉积速度的快慢,沉积速度过快会造成孔洞通道口堵塞,致使组装失败;(3)控制反应条件,避免被组装介质与模板发生化学反应,在组装过程中保持模板的稳定性是十分重要的。

下浅谈模板法制备纳米材料李宁1,刘晓峰1,孔庆平1,张文彦2(1.中国兵器工业集团第521研究所,陕西西安710065;2.西北有色金属研究院纳米材料研究中心,陕西西安710016)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 178--面介绍几种常用的合成方法:(一)电化学沉积在孔道内进行材料的电化学沉积需要在模板膜的一个表面上涂一层金属膜(通过离子溅射或热蒸发)作为电镀的阴极,用这种方法己经在多孔聚合物膜、多孔Al2O3膜和多孔玻璃膜中制备出各种金属纳米线阵列,如金、银、铜、铂、镍、铁及某些合金等。

这种方法的一个突出优点是这些纳米线的长度可以通过改变实验条件加以控制,例如可通过控制沉积金属的量来获得具有不同长径比的金属纳米线阵列。

控制金属纳米线的长度或长径比对光学、磁学性质的研究特别重要,因为长径比对金属纳米粒子的这些性质有重要影响。

电化学沉积还可被用来在这些模板孔内合成导电聚合物(如聚毗咯、聚苯胺和聚甲基噻吩)。

当在蚀刻聚碳酸酯膜孔内合成这些聚合物时聚合物优先在孔壁成核和生长。

通过控制聚合时间,可以得到薄壁管、厚壁管或固体丝。

聚合物优先在孔壁成核和生长的原因是简单明了的,因为尽管单体是可溶的,但这些聚合物阳离子是完全不溶的。

因此在聚合物和孔壁之间是子憎溶剂性相互作用。

当然还有静电作用力,因为聚合物是阳离子,孔壁是带负电荷的。

(二)化学镀化学镀就是使用化学还原剂将金属从溶液中镀到表面上去。

该方法不同于电化学沉积,被镀的表面不必是导体。

将金和其它金属从溶液中镀到塑料和A12O3膜孔道上去的方法已被开发。

这种方法包括用敏化剂(典型的如Sn2+离子)处理膜表面(孔壁和膜表面),敏化剂通过同膜表面的氨基、羰基和羟基等基团键合,然后将这敏化过的膜暴露于Ag+液中,膜表面形成了不连续的纳米级银粒子,最后将镀了银的膜浸于含有Au+1和还原剂的镀金液中,得到了膜表面和孔壁镀金的复合材料。

这种方法的特点是金属沉积是从孔壁开始的。

调节沉积时间,既可以得到中空的金属管,也可以得到实心的纳米线。

与电化学沉积法不同,金属纳米线的长度不能调控,但管的内径可以通过改变金属沉积时间而任意控制。

外径由模板膜孔道的直径决定。

(三)化合聚合只要将模板插入到含有要聚合的单体和引发剂的溶液中,在膜孔中就能形成所需要的纳米聚合物材料,这种方法己用来合成导电聚合物。

正像电聚合沉积一样,单体在孔壁上优先成核井生长其结果是通过控制聚合时间来合成不同结构的纳米材料。

电绝缘的塑料也能用模板法来合成,如将氧化铝膜插入到含丙烯腈单体和引发剂的溶液中即可制备聚丙烯腈的纳米管,其内径是随膜在溶液中沉浸时间的变化而变化。

而且,若在氢气气氛或真空中将聚丙烯腈/A12O3复合膜加热到700℃则可得到管或线型的石墨导电纳米材料。

(四)溶胶-凝胶沉积首先将前体分子溶液水解得到溶胶,再将A12O3模板浸入溶胶中,溶胶沉积到孔壁,经热处理后在孔内就可得到管状或线状的产物。

用这种方法已合成得到了一些无机半导体材料如TiO2,ZnO和WO3的纳米管或纳米线。

用溶胶-凝胶法在A12O3膜孔内制得的是纳米管还是纳米线,取决于模板在溶胶中的浸渍时间,浸渍时间短,得到纳米管而浸渍时间长则得到纳米线。

这表明溶胶粒子首先是被吸附在A12O3膜孔壁上,因为孔壁是带电荷的,带有相反电荷的溶胶粒子易被孔壁吸附。

还发现在孔内胶凝的速率要比在体溶液中快,这可能是由于胶粒吸附到A12O3膜孔壁上,使溶胶粒子的局部浓度增大而造成的。

(五)化学气相沉积在放置孔性氧化铝模板的实验装置中通入易于分解或反应的气体,这些气体在通过模板孔壁时发生热解或化合。

可在孔道内形成纳米管、纳米线或者纳米粒子。

影响化学气相沉积方法应用于模板合成的一个主要障碍是其沉积速度常常太快,以至在气体分子进入孔道之前,表面的孔就已被堵塞。

使得蒸汽无法进入整个柱形孔洞,也就无法形成丝和管。

Kyotani等人将氧化铝膜插入700℃的熔炉中并通过乙烯或丙烯气体,气体受热分解使孔壁土沉积一层碳膜,由此而合成出纳米碳管,管的厚度与反应时间和通过气体的压力有关。

三、结语模板合成方法作为纳米结构的组装体系合成方法中重要的一个方面,又由于自身的优异特性吸引了大批从事纳米材料研究的学者。

用模板合成方法制备纳米材料具有如下优点:1.利用模板可以制备各种材料,例如金属、合金、半导体、导电高分子、氧化物、碳及其他材料的纳米结构。

2.可以合成分散性好的纳米结构材料以及它们的复合体系,例如p-n结,多层管和丝等。

3.可以获得其他手段难以得到的直径极小的纳米管和纳米纤维,还可以改变模板柱形孔径的大小来调节纳米管和纳米纤维的直径。

4.可以根据模板内被组装物质的成分以及纳米管和纳米纤维的纵横比的改变对纳米结构性能进行调节。

可见,模板合成纳米结构是一种物理、化学等多种方法集成的合成策略,使人们在设计、制备、组装多种材料纳米结构及其阵列体系上有了更多的自由度,在纳米结构制备科学上占有极其重要的地位和广阔的应用前景。

参考文献[1]张立德.纳米材料的研究现状和发展趋势[J].现代科学仪器,1998,1(2).[2]Foss Jr C A,Hornyak G L,Stockeit J A,et al.Optical properties of composite membranes containing arrays of nanosc. opic gold cylinders[J].J Phys Chem,1992,96(19).[3]Brtimlik C J,Martin C R.Template synthesis of metal microtubules[J].J Am Chem Soc.1991,113(8).[4]Jin C q Liu W F,Jia C,et al.High-filling,large-area Ni nanowire arrays and the magnetic properties[J].Journal of crystal Growth,2003,258(3).[5]Chng Y H,Cheng S Y Nanostructures formed by Ag nanowires[J].Nanotechnology,2004,15(1).[6]Yang S Q Zhu H,Yu D L,et al.Preparation and magnetic property of Fe nanowire array[J].Journal of Magnetism and Magnetic Materials,2000,(22).作者简介:李宁(1982-),男,河北宁晋人,供职于兵器工业第521研究所,硕士研究生,研究方向:材料物理与化学。

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