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1、纳米材料制备介绍当用超声波辐照微粒时,就会发生化学反应。声化学是一个涉及超声波(20khz10MHz)的研究区域。声化学源自声空化现象。在液体中用超声波辐照会使空化泡经历形成、长大和崩溃的过程。空化泡通过溶质蒸汽向空化泡中扩散而长大。水蒸气分子和溶解的气体分子中可能存在空化泡。当空化泡小至几个微米时,空化泡就会崩溃，同时形成激波和原子团，而且空化泡崩溃时系统会达到瞬态高温(高达5000k)、高压(~1800atm)的极端条件。空化泡崩溃使反应发生的点,叫热点。在这个点上,超声波使水分子分解为氢自由基(H•)和羟基自由基(O
2、H•)而发生化学反应。同时,溶液中的有机分子可以形成阻止反应进行的有机自由基。一个空化泡的大小取决于超声波频率和强度。空化泡的崩溃发生在很短的时间(秒)内并且可以获得1011K/s的冷却速率。在空化泡内爆的过程中这种快动力会阻碍形成核的长大。这可能是形成纳米材料的原因。声化学合成不同类型的纳米材料包括金属及其氧化物、合金、半导体、碳酸盐和高分子材料及其纳米复合材料，近年来人们已经越来越关注这些材料了。气蚀效率、产品属性的影响因素有很多。溶解气体、超声波的功率和频率、体溶液温度以及溶剂的类型都是控制合成材料产量和的属性的重要
3、因素。纳米金属的合成由于纳米材料对制造电子、光学、光电、磁设备有一定的潜能，因此人们已经着重研究如各种贵重金属(Au,Pt,Pd)的金属纳米材料的大小和形态。当反应中含有或者缺乏某种有机物时，他们可以对含有相关粒子的溶液进行声处理来制备这种材料。通过控制纳米金属的尺寸、形状、结晶度,可以尽可能地改善金属纳米结构的固有特性。近几年黄金和其他贵金属纳米颗粒已经收到人们的普遍重视，因为他们在光学、电子、催化等方面的应用具有一定的潜能。Okitsuetal报道称金纳米颗粒可以合成，他们还探究了把金变成金纳米颗粒的声化学还原速度的依
4、据，在水溶液中1-丙醇可以使反应加快，超声波频率会影响颗粒的大小,当频率为在20到1062千赫范围内的213千赫时具有最大的还原速率。在20mM的丙醇溶液中，金颗粒的平均大小是15.5纳米。这个研究小组还可合成金纳米棒，它是通过使用声化学还原法(频率200kHz,功率200W)还原水溶液中的金离子，该水溶液是60毫升包含HAuCl4、溶有1.2毫升硝酸银(4.0mM）的溴化十六烷三甲基铵以及240ulpH值为3.5抗坏血酸(0.050M)的混合物。在反应中,由于加入抗坏血酸后，AU(III)很快被还原成Au（I）。由结果分
5、析可知，在酸性溶液中能够合成更长的金纳米棒。李等人报道称，在含有HAuCl4和PVP的乙二醇溶液中可以合成平面尺寸为30-40nm、厚度为6-10nm的三角形或六角形的单晶纳米棱柱。乙二醇,表面活性剂聚乙烯(乙烯吡咯烷酮)和超声辐照是形成金纳米棱柱的重要条件。含有α-D葡萄糖和HAuCl4的溶液为利用声化学合成单晶黄金带作好了准备，在一般条件下，这个反应可以自然进行(图2)。纳米金属的合成纳米金属的合成图2a,b)合成的黄金纳米带的SEM图像，c,d)合成的黄金纳米带的高倍率SEM图像;[HAuCl4]=50mgmL-1[
6、α-D-葡萄糖]=0.2m,超声时间=1小时。黄金纳米带的形成取决于α-D-葡萄糖的浓度。当其浓度低至0.05M时,只有粒度约40纳米的黄金粒子可以形成。在稀溶液中,葡萄糖不能有效的覆盖黄金表面或使其钝化。黄金纳米的宽度范围为30-50nm、长度范围为几个微米，其宽度和长度都具有很大的灵活性。纳米带的厚度大约有10纳米。作者还指出,只有当β-环糊精的存在时粒子直径约30nm的球形颗粒才可以形成。这里还提到,超声辐照可以使α-D葡萄糖分子在黄金晶体上的缠结和重排程度加强。纳米合金的合成通过把两种或更多种的金属熔合即可合成纳米
7、合金。纳米合金材料有很多独特的性能，包括电子、催化、磁性和耐蚀性能。声化学方法是合成新型合金纳米颗粒的一项新技术。双金属纳米合金有不同的性能,如与相应的单金属纳米材料相比其具有更高的催化活性和催化选择性,因此他们可以用作催化剂和气体传感器。有报道称利用声化学辅助合成的具有核壳形态的双金属纳米粒子的材料已经合成了，如Co/Cu,Au/Pd28和Pt-Ru纳米合金。有一种连续的超声波分解方法已被用于合成Pt-Ru核壳(Pt@Ru)结构。在制备直流甲醇燃料电池(DMFC)反应中，Pt-Ru被用作甲醇氧化催化剂。20°C时，用超声
8、波照射含8mMSDS、200mM丙醇、0.1M高氯酸的K2PtCl4溶液三小时后，可以把Pt(II)还原成胶体Pt(0)。当所有的Pt(II)被还原了,把RuCl3溶液加到Pt胶体溶液中，并继续用超声波照射。从纳米颗粒TEM图中可以看出，钌把铂微粒包围了一层，在5-10纳米范围内可形成Pt-Ru核壳颗粒
