納米材料制備研究現狀及其發(fā)展方向

張?zhí)旌?，楊維霖，于仁豪，高學欽

（濟寧學院，山東 濟寧 273199）

在當前社會發(fā)展的形勢下，我國在快速發(fā)展經濟的同時也要努力促進環(huán)境和經濟的協(xié)調發(fā)展，貫徹落實科學發(fā)展觀，盡可能減少能源的損耗。為了實現這一目標，在生產生活中對于相關材料的要求也要有所提升，納米材料的發(fā)展與應用為促進環(huán)境和經濟的可持續(xù)發(fā)展提供了助力。納米材料作為新材料創(chuàng)新形式的一種，體現了科技發(fā)展的成果，在社會中的各行各業(yè)中占據著越發(fā)重要的地位。文章從納米材料制備現狀出發(fā)展開分析，從現狀中發(fā)現問題、剖析問題、解決問題。

1 納米材料概述

想要針對納米材料制備的研究現狀與發(fā)展方向進行分析，先要明確理解納米技術的定義，納米技術是現代科技發(fā)展的重要成果，通過單個原子、分子之間來制造所需要的物質，其對于原子和分子的尺寸有嚴格的要求，一般會在0.1~100 nm之間。隨著納米技術的不斷發(fā)展，在不斷縮小原子和分子尺寸的同時納米技術的應用也越發(fā)廣泛，很多行業(yè)都開始用納米材料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料，實現節(jié)能減排的目標。納米材料是在三維空間下形成的，借助化學、物理、生物等多學科的知識來進行創(chuàng)造，將普通物質轉化為細微顆粒。雖然納米材料極其微小，但是在活中的很多領域都應用了納米材料，如利用納米材料來改造汽車、輪船、飛機的發(fā)動機部件，在提升汽車、輪船、飛機使用技能的同時減少能源消耗，提高工作壽命，延長使用時間。

2 納米材料制備常見方法研究現狀

隨著社會的發(fā)展和科技的進步，越來越多的人開始了解納米材料，并將其應用于生產生活中，大到祖國航天航空事業(yè)，小到人民日常生活，都可以看到納米材料的存在。相關部門需要針對納米材料制備常見方法的研究現狀進行分析，從現狀中發(fā)現問題，解決問題，進一步擴大納米材料的應用范圍。

（1）蒸發(fā)凝聚法。蒸發(fā)凝聚法是納米材料制備中常見的一種方式，其指的是將納米粒子的原料以加熱、蒸發(fā)等方式來進行分解，在高溫的條件下將納米粒子分成單一的分子和原子結構，利用科學手段和計算公式將分解成的原子和分子再次進行排列，按照正確的序列和科學的標準來重新凝聚，將分解后的納米粒子重新凝聚成更小的納米材料。蒸發(fā)凝聚法對于溫度的要求很高，一般要在1 100~1 400 ℃之間，在保證溫度的同時還要創(chuàng)造低壓的狀態(tài)。在蒸發(fā)凝聚法下制備的納米材料一般會將直徑控制在10 nm左右。

（2）沉淀法。沉淀法是借助化學知識制備納米材料的一種形式，沉淀法的應用要保證納米材料在溶液狀態(tài)下將化學物質進行混合，混合之后添加一定容量的沉淀劑，通過化學實驗的方式實現沉淀物的干燥，在干燥的過程中制備納米材料。常見的沉淀物有OH，在溫度適宜的前提下將此沉淀物加入到溶液中形成水解，從而得到所需要的納米材料。通過沉淀法制備的納米材料一般純度較高，更能夠滿足一些精細行業(yè)的需求，將其應用于航天航空等行業(yè)中能夠將安全性能提高。

（3）噴霧法。與沉淀法不同的是，噴霧法是一種物理制備方法，通過物理原理來制備納米材料，其不需要進行復雜的實驗，只需要利用各種物理手段將溶液霧化即可，通過這種方式打散納米材料，將其分解成單一的分子和原子結構，形成超微粒子。眾所周知，霧的形態(tài)十分細小，將類似于霧一樣的納米進行分解能夠為納米材料的制備提供質量保證。噴霧法可以通過溶液的制備、噴霧、干燥、收集及熱處理來得到，分布均勻，顆粒細膩，此種方式制備的納米材料通常情況下能夠達到亞微米的標準。

（4）水熱法。水熱法與蒸發(fā)凝聚法有些類似，都需要在高溫的條件下制備納米材料，但與蒸發(fā)凝聚法不同的是水熱法在保持高溫的同時，還需要維持高壓的狀態(tài)，在此環(huán)境下對納米粒子進行水解反應。通過水熱條件來制備納米材料其中會涉及到相關的化學反應方程式，如mM+nH2O→MmOn+H2，通過相關的化學實驗操作來保持水熱的狀態(tài)，在水熱條件下迅速反應，提高反應活性，為納米材料的制備創(chuàng)造良好的條件，保證納米材料制備的均衡性。

（5）氣相反應法。氣象反應法也是以化學知識為基礎的一種納米材料制備方式，在金屬化合物蒸發(fā)的過程中，通過化學實驗來合成超微粒子，這種方式制備的納米材料消耗的能量會比較少，節(jié)約制備成本，保證制備效率。氣相反應法中常見的形式包括化學火焰法、激光法等，這種制備納米材料的方式比較簡單，對于原料和設備的要求較低，制備出來的納米材料顆粒純度較高，能夠滿足大多數行業(yè)的使用需求，適用于需要大批量穩(wěn)定生產的領域，可根據實際情況進行選擇。

3 納米材料的具體應用領域

納米材料制備常見方法有以上五種，通過以上五種方式制備出的納米材料投入到了各行各業(yè)中，為各行各業(yè)的發(fā)展提供了助力。相關部門要針對納米材料的具體應用領域進行分析，結合實際應用情況優(yōu)化和完善制備方式。

（1）催化作用方面。納米材料可以應用于催化作用方面，由于納米粒子的活性中心較多，因此具備一定的催化作用，將其科學應用于相關行業(yè)領域能夠推動其健康穩(wěn)定地發(fā)展，起到節(jié)約成本、降低能耗的作用。例如可以利用納米鎳粉作為火箭固體燃燒原料，加速火箭發(fā)射的速度，減少能源消耗。納米鎳粉與傳統(tǒng)燃燒材料相比，效率可提高100倍；與常規(guī)催化液相比提高2~3個數量級。通常情況下，納米材料在作為催化劑工作時，可選擇粒徑為30 nm的生成環(huán)辛烯反應催化劑，只有保證納米材料選擇的精準性，將其控制在科學范圍內，才能夠發(fā)揮其催化作用。

（2）精細陶瓷材料方面。納米材料在精細陶瓷方面的應用比較廣泛，精細陶瓷以人工合成為主，在其中會應用到高純度的納米粉末，將納米粉末進行一定的燒結、加工等處理，將處理過的高技術工藝應用于精細陶瓷的制作中。納米粉末具有更高的堅韌性、耐磨性、耐腐蝕性等，能夠很好地貼合精細陶瓷行業(yè)的需求。納米陶瓷CaF2和TiO2，在常溫條件下具有更好的延展功能，這為精細陶瓷行業(yè)的發(fā)展提供了重要的保障。因此精細陶瓷行業(yè)要深化對納米材料的研究，將納米粉末以科學合理的方式融入于今后的設計和制作中。

（3）紡織物方面。納米粒子的微觀結構和光譜特性，決定了其在紡織物方面會有良好的應用效果，通過納米材料來制作出多功能的紡織物。在紡織物的制作中可通過處理和分解納米材料，借助納米粒子與粘膠纖維相混合的方式來保證紡織物的質量。利用納米材料來制作紡織物能夠提高紡織物的性能，在一定條件下還可以創(chuàng)造出更多的功能，如通過納米粒子的微觀結構和光譜特性制作具有抗紫外線、抗電磁波等功能的紡織物，為改善人體微循環(huán)結構提供助力。

（4）軍事方面。將納米材料應用于軍事發(fā)展方面能夠制造出更加先進的武器，納米武器與傳統(tǒng)武器相比具有不同的特點：①納米材料下制造的軍事武器具有超微型化的特征，其體積和重量會大大降低，減輕軍人的身體負擔，軍人可以將更多的時間和精力投入到自身能力的提升方面，充分發(fā)揮納米武器的優(yōu)勢來保家衛(wèi)國。②納米武器具有高度智能化的特征，其工作速度與傳統(tǒng)武器相比要快將近1000倍，體積也能夠縮小1/1000，還可以在同一時間內獲取更多的信息，為我國軍事力量的提升創(chuàng)造無限的價值。

（5）磁記錄應用。磁記錄是信息存儲與信息處理的重要手段，近年來隨著科學技術和信息技術的發(fā)展，人們對于磁記錄應用的重視程度也在逐漸提升，納米微粒為磁記錄中高密度的要求提供了技術支持。納米微粒的尺寸較小，具有單磁結構和韌性較強的特征，在磁記錄中如果能夠發(fā)揮納米微粒的功能，可以降低記錄噪音、改善圖像質量，為磁記錄領域的發(fā)展提供重要的保障，創(chuàng)造良好的條件。一般來說，在磁記錄中對于納米微粒的應用會采取超細針狀r-Ge2O3磁粉作為主要材料，能夠將磁記錄的密度提高將近10倍。

（6）傳感器方面應用。納米微粒具有表面積大、活性高、靈活性強等特征，借助這些特征可以將其制作成不同形式的傳感器，如氣敏、光敏等，通過納米材料制作出的傳感器其靈敏度較高，能夠較為明顯地感受到電阻的變化，根據電阻變化來感知溫度，這就是所謂的溫度傳感器，如溫度計、體溫計等；還可以利用納米微粒的熱電效應制作紅外線傳感器，發(fā)揮納米微粒多樣化的功能，從不同性能出發(fā)制作出不同類型的傳感器。

（7）光伏電池方面應用。納米材料在光伏電池方面也有所應用，最開始的應用出現在1991年，納米晶光伏電池的制備比較簡單，且具有較高的界面電荷轉移效率，這種方式只需要借助太陽的輻射光源來獲得光電轉換效率即可。常見的納米晶光電池除了TiO2之外，還有ZnO，Fe2O3，WO3等，每一種光伏電池都有其獨特的功能和特點，研究人員要靈活應用納米材料制備方法，保證其在光伏電池方面的應用效果。

4 納米材料制備未來發(fā)展方向

隨著人們對納米材料研究的不斷深入，納米材料制備方法在逐漸增加，納米材料在各行各業(yè)中的應用也越發(fā)廣泛，如納米陶瓷、納米纖維、納米管等，納米材料應用的廣泛發(fā)展也說明了納米材料制備方法在愈發(fā)成熟，在此發(fā)展形勢下，相關人員與部門要針對納米材料制備的未來發(fā)展方向進行分析，從多個角度來做好準備，為納米材料未來的發(fā)展創(chuàng)造條件，提供助力。我國應該將納米材料制備的研究作為主要課題，針對當前納米材料制備的研究現狀進行分析，從中發(fā)現問題，解決問題，明確納米材料制備未來發(fā)展方向，做好全方面的準備工作。

當代社會的發(fā)展已經成為科技之間的較量，我國想要增強綜合國力，在世界發(fā)展中占據一席之地，就必須做好納米材料制備的研究工作，納米材料的應用及發(fā)展推動了我國社會的進步，我國必須將這一優(yōu)勢保持下去。目前我國納米材料制備雖然取得了一定的成效，但是還遠遠沒有達到發(fā)達國家的標準，在控制方面存在一定的問題，如納米材料制備控制、科技含量等，相關部門應該在明確具體問題之后，實現思想的改革與方法的創(chuàng)新，在納米材料制備研究中加大經濟投入和技術支持，不斷制備出性能更好、功能更全的納米材料。

目前我國為了深入研究納米材料的制備方法，為納米材料在各行各業(yè)領域中的應用提供保障，成立了60多個研究小組，投入了600多人從事納米材料的基礎和應用研究，將物理、化學、生物等相關知識融入于納米材料的制備環(huán)節(jié)中，不斷豐富和創(chuàng)新納米材料制備的手段，實現研究的目標。發(fā)展了化學沉淀、溶膠凝膠、微乳液水熱等多樣化的制備技術，合成制備中包括金屬氧化物、碳化物等。近幾年我國納米材料制備技術得到了迅速的發(fā)展，逐步實現了跨學科知識融合的目標，研制出了多種性能優(yōu)良的納米復合材料，其在生產生活中得到了廣泛的應用和強烈的認可。其中氣體蒸發(fā)、激光誘導CVD等納米材料制備裝置的出現，為納米材料制備的未來發(fā)展提供了更多的可能性。

除此之外，我國初步形成了幾個納米材料研究基地，南京大學、中科院上海硅酸鹽研究所等成為我國納米材料制備和結構研究的主要機構，越來越多的科技工作者開始投入到納米材料制備的研究中。在國內外學術刊物上發(fā)表3000多篇相關論文，其中部分獲得了國家專利和部門獎勵，這大大加強了我國納米材料制備的研究信心。

展望21世紀，我國在納米材料制備方面會取得越來越矚目的成就，通過生命科學、生物技術、納米技術等方面的科學整合，為納米材料制備技術的發(fā)展創(chuàng)造良好的條件，促使其取得突破性的進展，為節(jié)約能源消耗貢獻重要的力量。在進入21世紀后，我國納米材料制備技術的發(fā)展迎來了新的機遇和挑戰(zhàn)，相關部門一定要提高對于納米材料制備技術的認知，通過多樣化的方式來促進其長久穩(wěn)定發(fā)展，深化對納米材料制備技術的研究，將納米材料制備技術與其他領域進行交叉。

5 結束語

綜上所述，基于當前社會的發(fā)展形勢下，納米材料在各行各業(yè)中的應用越發(fā)廣泛。為了滿足各行業(yè)對于納米材料的需求，實現節(jié)約能源消耗的目標，文章針對納米材料的特點、優(yōu)勢、制備方法、應用領域、研究現狀等進行分析，對納米材料制備技術未來的發(fā)展方向展開暢想，提高納米材料制備的效率，增強我國綜合國力。在研究納米材料制備技術的過程中要從多個角度綜合考慮，挖掘納米材料多樣化的功能，實現納米材料技術與其他領域之間的科學整合。