一維納米材料的制備方法和性質(zhì)應(yīng)用

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1、一維納米材料的制備方法和性質(zhì)應(yīng)用納米材料（nanomaterals）是指尺寸處于1-110nm之間的材料，或者更廣泛的說至少有一個(gè)維度處于納米尺寸范圍的材料。一維納米材料，指材料的空間尺寸在三維方向上有兩維處于納米尺度范圍內(nèi)，主要形貌包括納米管、納米棒、納米線、納米帶等。一維納米材料具有廣闊的潛在應(yīng)用前景,如高密度存儲(chǔ)記憶元件、超微型納米陣列激光器、新型電子器件帶等;制備出的一維納米材料對(duì)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究具有重要意義；一維納米材料的制備方法以及其在能量轉(zhuǎn)化、激光器和傳感器等方面的應(yīng)用研究情況。一維納米材料的制備方法目前制備一維納米材料包括納米電纜的方法很多，比較有代

2、表性的有：電弧放電法、化學(xué)氣相沉積法、激光濺射法、模板法。（1）電弧放電法電弧放電法是制備納米碳管最原始的方法,該方法也用于制備其它一維納米材料。在一個(gè)充有一定壓力的惰性氣體反應(yīng)室中,裝有一大一小兩根石墨棒,其中面積大的為陰極,小的為陽極,兩極間距為1mm。EbbesenTW在直流電流為100A,電壓18V,Ar氣壓66650Pa(500Torr)的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在放電產(chǎn)物中獲得了大量的納米碳管。（2）化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法通常是指反應(yīng)物經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)和凝結(jié)過程,生產(chǎn)特定產(chǎn)物的方法。Yang等將MgO與碳粉作為原材料,放入管式爐中部的石墨舟內(nèi),在高純流動(dòng)Ar氣保

3、護(hù)下將混合粉末加熱到約1200℃,則生成的MgO蒸氣被流動(dòng)Ar氣傳輸?shù)竭h(yuǎn)離混合粉末的納米絲生長(zhǎng)區(qū),制備了定向排列的MgO納米絲。Zhang等將經(jīng)過8h熱壓的靶95%Si、5%Fe置于石英管內(nèi),石英管的一端通入Ar氣作為載氣,另一端以恒定速率抽氣,整個(gè)系統(tǒng)在1200℃保溫20h后,成功地制備了上百微米的Si納米線。（3）激光濺射法(包括激光沉積法)激光濺射法也是制備一維納米材料的重要方法。激光濺射法所用的設(shè)備包括激光源、聚光鏡、目標(biāo)靶、管式爐、冷卻環(huán)、真空泵和氣流閥等幾個(gè)部分組成。激光濺射法最早也是用于制備納米碳管,以后也用于制備其它一維納米材料,如BN納米管、Si等半

4、導(dǎo)體納米線。Yang等采用準(zhǔn)分子脈沖激光蒸鍍的方法,使用波長(zhǎng)248nm的準(zhǔn)分子脈沖激光束對(duì)Si粉含有雜Fe與Ni,Co粉的混合粉末靶進(jìn)行轟擊,獲得了直徑為15nm、長(zhǎng)度從幾十微米到上百微米的Si納米線。（4）液相合成法液相合成法又稱濕化學(xué)法，它包含了水熱法、溶劑熱法和微乳液法等通過溶液生長(zhǎng)合成一維納米材料的方法。液相合成法對(duì)于晶體的成核、生長(zhǎng)及尺寸限制具有良好的控制能力;在液相反應(yīng)中，反應(yīng)液可以提供高濃度的反應(yīng)前體，有利于具有較高穩(wěn)定性的異相晶核析出。液相合成法還可以通過改變?nèi)軇┮约耙牒线m的表面活性劑等手段使產(chǎn)物多樣化。Khusaimi等在硅基底片上以金顆粒做晶種，

5、在水溶液中控制合成了氧化鋅納米棒，研究發(fā)現(xiàn)鋅離子的濃度對(duì)晶體的尺寸變化及生長(zhǎng)取向有著極大的影響。勸ang等利用微乳液法合成了長(zhǎng)度為5腳、直徑為100nm的NIFe20;納米棒，結(jié)果表明產(chǎn)品磁性受顆粒尺寸的影響，隨著晶體尺寸的增大材料磁性也隨之增強(qiáng)。Lockinan等以鋅箔在熱氧化反應(yīng)下得到的微晶為晶種，于80℃下反應(yīng)4~6h在溶液中合成出長(zhǎng)度達(dá)700Inn、直徑約200nm、尖端不到30nln的納米針。一維納米材料的性質(zhì)應(yīng)用材料的物理性質(zhì)是材料應(yīng)用的基礎(chǔ),具有介電特性的一維納米材料所表現(xiàn)出來的奇特的物理、化學(xué)特性為人們?cè)O(shè)計(jì)新產(chǎn)品及傳統(tǒng)產(chǎn)品的改造提供了新的機(jī)遇。表面積和

6、體積之比非常高，且具有極強(qiáng)的表面效應(yīng)和量子效應(yīng)，對(duì)氣體的響應(yīng)較為靈敏，響應(yīng)溫度較低。一維金屬氧化物的結(jié)晶度高，晶體生長(zhǎng)具有各向異性，具有多種晶體結(jié)構(gòu)和形貌。材料的小型化、智能化、元件的高集成,高密度存儲(chǔ)和超快傳輸?shù)葹橐痪S納米材料提供了廣闊的應(yīng)用空間。以下對(duì)一維納米材料的具體應(yīng)用予以介紹。（1）高效能量轉(zhuǎn)化器件具有再生能力的電池廣泛用于手機(jī)、小型家用電器、電動(dòng)剃須刀以及微型儀器儀表上。隨著集成塊尺寸的減小,集成度越來越高,元件的尺寸將進(jìn)一步地縮小。目前的電容器尺寸為毫米級(jí),21世紀(jì)將進(jìn)一步縮小到納米尺度,所用的材料必然是納米材料。這就要求電池不但具有高能量密度,同時(shí)電池

7、的尺寸進(jìn)一步微型化,這為納米材料在電池領(lǐng)域的應(yīng)用提供了機(jī)遇。1999年,復(fù)合納米結(jié)構(gòu)材料作為鋰電池的工作電極在實(shí)驗(yàn)室研制成功,具體方法是利用氧化鋁孔洞陣列的模板,采用化學(xué)鍍?cè)谀０宓尼樋變?nèi)形成Au的納米管,然后除掉氧化鋁,再在Au納米管表面沉積TiS,最后得到鋰電池的工作電極。這種工作電極的優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)存和釋放Li離子的效率高,而且導(dǎo)電性能好。（2）納米線激光器Huang等利用ZnO的納米線陣列成功制備了納米激光器。他們采用高溫氣相的方法在藍(lán)寶石襯底μ上生長(zhǎng)出直徑為20～150nm,長(zhǎng)約10m的ZnO納米線陣列。室溫下,這些納米線自然形成良好的激光器共振腔