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1、第20卷第1期聊城大学学报(自然科学版)Vol.20No.12007年3月JournalofLiaochengUniversity(Nat.Sci.)Mar.2007无机纳米氧化物的表面修饰与改性刘晶晶张逢星李王君(西北大学化学系/陕西省物理无机化学重点实验室,陕西西安710069)摘要总结了无机纳米氧化物材料的表面改性的目的和主要方法,其中较详细地介绍了几种较为成熟的化学方法的运用,包括溶胶凝胶法、化学沉淀法和微乳液法等,探讨了表面改性的作用机理以及影响实验效果的要素,并对表面改性技术的重要意义和应用前景进行了展望.关键词无
2、机纳米材料,表面改性,纳米氧化物中图分类号X132文献标识码A文章编号1672-6634(2007)01-0040-050引言纳米科技是在20世纪80年代末逐步发展起来的前沿、交叉性新兴学科领域,它在创造新的生产工艺、新的物质和新的产品等方面有着巨大的潜能.纳米材料介于宏观物质和微观原子、分子交界的过渡区域,是一种典型的介观系统.这种特殊的尺度范围决定了纳米材料具有其他材料所不具备的一系列特殊性质,[1]如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等.90年代以前,人们主要集中于研究纳米粉体的新的制备方法、表征方法等,
3、随着科技水平的不断发展,迄今,有关纳米材料的表面改性技术及其应[2,3]用正受到广泛的关注.无机纳米材料因其巨大的比表面积以及极高的表面能,在光、电、磁等方面具有某些特殊性能,从很早就引起了广大科研工作者的关注.近十几年来,随着无机材料和纳米技术逐渐的紧密结合,大量新型的无机纳米材料包括单质、化合物、无机-有机复合材料等纷纷出现,在电子、化工、医药、[4,5]军事等领域得到了广泛的应用.但是对于无机纳米微粒来说,其自身所存在的某些结构或性质上的缺陷,往往影响到性能以及实际应用的可能性.因此,无机纳米材料的表面改性已逐渐成为新的研
4、究热[6～8]点.1无机纳米粉体的制备及改性方法1.1无机氧化物纳米粉末的制备和改性纳米材料制备方法有很多,按纳米材料制备过程的物态分类,有气相制备方法、液相制备方法和固相制备方法.气相制备方法一般用于制备金属纳米材料,金属块体受热汽化,在惰性气体中冷却、凝聚得到纳米微粒.这种方法得到的纳米材料质地均一,细度可控,稳定性好.液相制备方法是以水或有机溶剂为介质,控制适当反应条件,一般发生化学变化以得到纳米材料.这种方法应用较广,能合成多种纳米材料及纳米复合材料,但不足之处是易引入杂质,产品稳定性差.固相制备方法一般限于机械合金化制
5、造技术,在一定条件下,常规固体材料经粉碎可得纳米材料.相对于前两种方法而言,这种方法应用范围较小,且所得产[9]品粒径较大.按纳米材料制备过程的变化形式分类,有化学方法、物理方法和物理化学方法等.物理方法有机械粉碎法、物理气相沉积法、真空溅射法、放电爆炸法、微波辐射法等.化学方法有化学气相沉积法、水热合成法、沉淀法、固相反应研磨法等,其中沉淀法又包括直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法等.物理化学[10]方法有溶胶-凝胶法、微乳液法等.按纳米材料的形成形式分类,分为从小到大的构筑式,即由原子、分陕西省自然科学基金资助项目(2006
6、B13)收稿日期:2006-12-22第1期刘晶晶等:无机纳米氧化物的表面修饰与改性41子等出发制备纳米材料,一般在气相或液相中进行;从大到小的粉碎式,即由常规块状材料制备纳米材料,常以固相形式进行.在以上诸多方法中,湿化学法在无机纳米粉体,特别是二元金属化合物的制备中由于其条件温和,操作简单,产品形态较为满意等优点而得到广泛应用.表面改性是指用物理、化学方法对粒子表面进行处理,有目的地改变粒子表面的物理化学性质,如表面原子层结构和官能团、表面疏水性、电性、化学吸附和反应特性等.控制纳米粉体的表面化学组成是对其表面进行改性的关键
7、.表面改性的应用主要包括:改变粉体的润湿和附着特性,改善纳米粉体在基体中的分散性为,提高其催化性能,改善粉体与基体[11]的界面结合能力等.纳米粉体表面改性的方法包括化学方法、物理方法以及物理化学方法等.如化学沉淀法、气相沉积法、机械球磨法、电晕放电、紫外线高能量法等.其中利用化学反应对纳米颗粒进行表面改性的方法较为常用且收效明显,即采用化学手段,利用有机官能团使粒子表面进行化学吸附或者化学反应,从而使表面活性剂覆盖粒子表面.其中较为成熟的方法有凝胶溶胶法、微乳液原位合成法、化学沉淀法[12]等.近年来,化学方法在金属和二元及多
8、元无机纳米材料的表面改性中显得尤为重要.1.2常用方法1.2.1溶胶-凝胶法.溶胶-凝胶过程指无机前驱体通过各种反应形成三维网状结构,金属醇盐经过水解或缩合反应形成金属氧化物分子是最常见的溶胶-凝胶反应.溶胶-凝胶法的基本步骤是,先将醇盐溶解于有机溶剂中,通过加
