纳米材料与纳米包覆物的发展【文献综述】

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1、毕业设计文献综述化学工程与工艺纳米材料与纳米包覆物的发展[前言]纳米级结构材料简称为纳米材料，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。纳米技术制成的材料性能优良，用途非常广泛。它在陶瓷、传感器、能源、催化、医学领域都有广泛的应用。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，

2、用它制成的磁记录材料音质、图像和信噪比好，而且记录密度特别高。纳米陶瓷材料相比传统的陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性。纳米材料制成的温度传感器、红外线检测仪和汽车尾气检测仪，检测灵敏度比普通的同类陶瓷传感器高得多。纳米倾斜功能材料在航天用的氢氧发动机中，能达到燃烧室内侧耐高温、外侧有良好导热性的要求。利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。此外，纳米粒子还是一种极好的催化剂，镍或铜锌化合物的纳米粒子对某些有机物的氢化反应是极好的催化剂，可替代昂贵的铂或钯催化剂等等。纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段，虽然已经初具

3、基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。表面包覆改性中,在纳米的粉体表面包膜是一种重要的方法[1]。其表面包覆的一层覆盖层，因其不同的化学组成,可以提高热、机械及化学稳定性，或者使其具有生物兼容性,来提高抗腐蚀性、耐久性和使用寿命，或者改变其光、电、磁、亲水、催化、疏水以及烧结特性。要想得到高附加值的纳米粉体的关键是进行表面改性以及控制纳米粉体的表面化学组成。另一方面，为体现其在纳米级尺寸所特有的性能(如:比表面积大,反应活性高等优点),必须有效地防止颗粒团聚,提高分散性。为改变颗粒的表面状态，可以加入表面

4、添加剂与颗粒发生化学反应或表面吸附反应。如果将原始颗粒看作“核”,表面包覆层看作“壳”,则颗粒经包覆以后形成了一种“核-壳”的结构,作为一种新物质，呈现出某些新的特性和功能。壳层既可以是无机物质也可以是有机物质。此项技术在化工,制药,食品等领域有着广阔的应用的前景,引起了人们极大的关注。国外对于表面包覆的研究颇为活跃,CarusoF[2]8.对近年来该领域的进展情况进行了阐述。他提到：有机高分子是最常用的表面包覆剂,它在油墨，颜料，以及部分日用化妆品的制备过程中起着重要的作用。Hofman-Caris[3]对多种无机粒子进行高分子包覆的方法作了总结。除了有机高分子外，无机

5、包覆物也是众多学者的研究方向，另外，生物大分子包覆也是目前新兴的包覆物。当前用有机物在颗粒表面进行修饰得到高分子包覆层的途径主要有两大类:聚合化学反应法和高分子自组装法。聚合化学反应法通常是指有机物单体在含有待包覆粒子的溶液中发生聚合反应形成高分子,同时在粒子表面沉积,形成包覆层的方法。它包括乳液聚合,异质凝结聚合,单体吸附聚合等方法。单体吸附聚合法的包覆粒子通常由具有较高催化活性的核构成,例如CeO2、SiO2、α-Fe2O3、CuO。这些无机核的表面即为有机物聚合反应的活性中心,如果它们在乙醇和水的混合液中与吡咯共热至100℃,能很快促进吡咯的聚合,形成高分子壳层。邢

6、曦,李疏芬在“纳米粒子的表面包覆技术”中讲到，CeO2和CuO能与吡咯发生氧化还原反应,释放出金属离子,而α-Fe2O3和SiO2却不能,包覆后的α-Fe2O3和CeO2粒子具有导电性。Mandal等人以硅粒作为模板,在其表面用活性自由基聚合反应的方法,形成苯甲基异丁烯酸的高分子聚合物,然后将硅核腐蚀去除,得到了中空的高分子微粒[4]。异质凝结主要是通过加热使粒度相差较大的两种颗粒相互凝结而形成包覆层。此方法可以得到相对均匀的包覆层,但是用它在大胶粒的表面制备连续包覆的小粒子薄膜还有一定的难度,因为胶体的稳定性也是一个应该顾及的因素。还有一类广泛使用的包覆方法是乳液聚合法

7、,聚合反应在乳液中进行。它可以在有机或无机粒子表面形成很薄的高分子包覆层(2nm～10nm),尤其对于表面形状不规则的粒子,它能沿着粒子表面的轮廓保持一定的厚度进行薄层包覆。其主要的局限性在于它常常导致核颗粒在高分子聚合物母体中的团聚。另外,Feldheim[5]等人最近发明了一种用真空吸滤筛在多孔的隔板中捕捉纳米粒子,并在内部进行聚合包覆的新方法。此方法的主要特点是可以较好地控制包覆层组分以及厚度,但是由于受隔板匹配等因素的影响，粒子的种类有一定的局限性。无机物包覆主要包括沉降与声化学法与纳米粒子的自组装法、表面化学反应法。