纳米材料化学及其应用分析
杨澳
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杨澳 ,. 纳米材料化学及其应用分析[J]. 材料科学研究,2021.12. DOI:10.12721/ccn.2021.157104.
摘要: 纳米材料在能源、化工、医药、电子器件以及环境保护等多个领域当中具有重要作用,其自身具有特殊性质且表面积普遍较大,表面性质也属于纳米材料的重要性质组成部分。现阶段需要针对纳米材料的化学性质加以探讨,明确掌握纳米材料化学在实际应用过程中的优势和作用,在掌握化学功能的基础上采取有针对性的纳米材料化学应用方法,充分的发挥出纳米材料化学的重要价值。
关键词: 纳米材料;纳米材料化学;实际应用
DOI:10.12721/ccn.2021.157104
基金资助:

引言:纳米材料在各个行业领域当中都有着广泛的应用效果,实际的制备方法成为了相关行业的研究重点内容,需要针对纳米材料的化学制备方法加以探究,并对不同方法做出合理的比较。

一、纳米材料

在纳米材料认知缺乏充足性的基础上,纳米材料的制备方法和技术路线具有丰富性的特点,需要充分的根据纳米材料的合成以及制备方法,保障探究环节的综合性。当材料的结构单元空间三维尺寸当中,其中有一维处于纳米的尺寸范围内时,则可以将其划定为纳米材料的范畴。通过对纳米材料的结构和功能进行分析,并探讨与化学反应之间的关系,充分的彰显出纳米材料的化学反应原理,在掌握新型反应规律的基础上,在此类理论知识的支撑作用下,充分的掌握纳米材料的制备技术和制备方法,实现对纳米材料化学的有效创新,促进此项学科内容的长久化发展。对于颗粒尺寸达到了纳米量级的超细微粒来说,可以将其称之为纳米颗粒,在此类颗粒处于聚集的状态下时,可以存在于原子团簇和宏观物体之间,并且可以将纳米颗粒的聚集状态称之为“纳米固体”,并将其划分为纳米结构材料的范畴。纳米材料结构具有特殊性质,在光、磁、电、力等不同的学科当中凸显出了特异性能,并且具有化学性质。金属纳米粒子在光电功能、摄影技术、生物标记、磁流体以及信息储存等多个方面的学科领域当中具有相应的优势和作用,使纳米材料在实际的应用阶段具有广泛性的特点。

二、纳米材料的性能和应用

将实际操作阶段所使用的小颗粒等物质压制成块状形式,并确保此类小颗粒属于固体的状态,且保障小颗粒的表面能够持续保持新鲜。将此类颗粒的粒径尺寸设置为1~10纳米的数量级区间之间,在部分情况下会出现沉积成膜的现象,而大多数情况下所出现的物理现象具有独特性质。对于超微形式的颗粒界面来说,不仅持续处于无规则的状态,且在分析实际分布状态的过程中,并不能够准确的掌握的分布的规律和特点,无论是晶粒或者非晶态的物质,在分布的阶段都具有无规则的特点。在使用烧结技术制造碳纤维的过程中,能够增强SiC/Si-alon纳米复合陶瓷材料的强度,通过将其与碳纤维增强作用下的Sialon微米复合材料进行比较,可以看出前者的强度和韧性在一定程度上得到了改善。纳米固体当中的原子排列与晶体、气体状的固体结构排列方法具有本质上的不同,通过对纳米材料的研究和探讨,可以将其排除于晶态以及非晶态概念之外,并将其称之为“第三态固体材料”。由此可以看出,纳米材料本身的结构具有特殊性质,不仅拥有较大的界面原子数,且原子数所占据的比例较大,在一般情况下占据总原子数的50%。这是由于实际所组成的颗粒属于纳米级的颗粒等级所导致。

三、分析纳米材料的合成以及制备方法

(一)物理制备方法

在使用物理制备法的过程中,需要对材料的相态进行改变,从而才能够制得相应的纳米材料。当原材料受到了电火花、爆炸等影响时,或者在机械粉碎作业的作用下则能够产生纳米级的颗粒物质,且此类操作方法则可以被称之为“物理粉碎法”。在使用爆炸或者粉碎等操作方法的过程中,不仅具有简易性的特点,同时对实践操作的成本要求也普遍较低。在使用高能球磨法的过程中,需要借助振动、旋转等操作形式,在保障振动和旋转高效化的基础上,利用球磨机内部的硬球与原料之间的碰撞,确保原料内部所含有的合金和金属能够充分被粉碎,以此来产生纳米级的颗粒物质。

(二)化学制备法

化学制备属于纳米材料制备过程中的主要方法,包含了沉淀、水热、气相冷凝以及化学气相沉积等多种不同的方法类型,同时还包含了溶胶-凝胶法以及冷冻干燥法等多种不同的形式,保障了化学制备方法的丰富性,为纳米材料的化学制备奠定了有力基础。

1.沉淀法

通过对沉淀法加以分析,可以看出包括了直接沉淀、均匀沉淀以及共沉淀等三种不同的方法类型。其中,对于以超细粉形式存在的原材料来说,可以利用转移沉淀的方法实现对纳米材料的有效制备。在实际的操作过程中,需要充分的根据化合物的溶度积进行分析,由于难溶化合物的溶度积具有差异化的特点,需要对转化剂的浓度、温度以及表面活性剂进行改变,加大对颗粒生长环节的控制力度。

2.微乳液法

在使用微乳液法的过程中,需要用到两种不同形式的溶剂,且此类溶剂具有互不相溶的特点,在表面活性剂的共同作用下,形成了微乳液等物质。另外,在经过聚结、团聚以及热处理之后,从而形成了所需用的纳米粒子。

3.气相冷凝法

首先,需要将所需材料放置于反应室当中,并将反应室内部的气压抽到10-4帕,或者在具有更高真空度的环境条件当中加入惰性气体,例如:氦等。其次,再将气压进行上升处理,当到达几百怕的范围时,可以利用外部系统将反应物以及载气氦等物质传送到前端部分,并输入到热磁控建设CVD装置当中。最后,在化学反应的作用下,使反应物产物产生前驱体,再借助对流的方式进入到后端区域当中,从而进一步融入到了转筒式的轴冷气中,为冷却作业的开展提供了便利性支持,为纳米微粒的收集奠定了有利基础。通过对化学气相冷凝法加以分析,可以看出在使用此类方法的过程中,在通常情况下需要借助有机高分子的热解形式,从而才能够产生纳米材料。

4.溶胶-凝胶法

将金属有机纯盐作为基础原料进行使用,确保水解与缩聚反应的有序进行,在整体的反应过程中并不需要使用特定的机械设备,并且不需要对材料进行混合处理。由于实际的合成温度相对较低,为成分的控制提供了便利性支持,进一步降低了工艺操作和设备运行的整体难度。与此同时,通过对杂质混合问题的有效规避,实际所产生的胶料普遍较小,使胶粒中间和内部的化学成分能够保持高度的一致。

结束语:纳米材料具有特殊性质,在国防和民用等各个行业领域当中具有良好的应用价值,在实际的使用阶段彰显出了广泛性的特点。由于现阶段的工艺水平无法为工业化发展提供助力支持,导致纳米材料制备环节缺乏规模化的特点,需要对纳米材料的粒度分布状况予以合理的把控,在全面研究和了解纳米材料实际性能的基础上,加快纳米材料的研究和开发进程,为纳米材料化学的有效应用奠定了良好的基础。

参考文献:

[1]张红艳.油田化学中的纳米材料应用研究[J].2020,(36):178-179.

[2]申玉坦,蔡博莹.新型碳纳米材料在电化学中的应用[J].2020,(34):120-121.

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