模板合成法制备纳米材料的研究进展

模板法合成有序多孔材料研究进展秦振平1　郭红霞2(1延安大学化学与化工系,陕西省化学反应工程省级重点实验室,延安,716000;2西北工业大学电流变技术研究所,西安,710072)摘　要　模板合成技术是制备有序多孔材料的有效手段,是一种生物模拟合成材料的方法。

本文综述了制备有序多孔材料的方法、模板种类及其研究进展。

关键词　模板,有序,多孔材料,分子筛中图分类号　TM 285 文献标识码　A 文章编号　1000-6613(2002)05-0323-05 利用自组装反应,人们可按照意愿制成具有多层结构的异质有序复合材料。

有序超分子结构的无机分子筛材料就是采用模板进行自组装反应形成的,这一新材料体系因其具有孔道排列有序,孔径均一、可调,形貌易于剪裁,并可制成膜、片、球状材料等优点,引起了众多研究领域的广泛关注[1～3]。

有序多孔分子筛依其孔径大小可分为3类[4]:大孔材料,平均孔径在50nm 以上;介孔材料,平均孔径在2～50nm 之间;微孔材料,平均孔径在2nm 以下。

自1992年美国Mobil 公司开发了新一代有序介孔分子筛M41S [5,6],解决了传统微孔沸石分子筛难以完成的大分子催化、吸附与分离等问题以来,分子筛的开发与应用充满了生机并显示了广阔的前景。

近年来,人们已相继合成出上百种新型结构的分子筛,并可对分子筛材料的形貌进行剪裁。

此外,用于制备有序多孔分子筛的无机材料已不只局限于氧化硅,各种金属、非金属氧化物或其掺杂的氧化物都可制成高有序度的孔状材料[7,8]。

孔径较大、有序度较高的分子筛有较高的比表面积、良好的热稳定性和化学稳定性、良好的隔声、隔热性能等,在重油处理、大分子或大离子分离、药品纯化、食用水净化以及大分子或生物毒剂的过滤和催化吸附等方面都有广泛的应用[9]。

随着现代科学技术特别是纳米技术的迅速发展,有序多孔材料的合成在物理、化学、材料等学科中的许多方面开创了新的可能性。

如利用介孔分子筛中的孔道或孔腔为模板,通过各式各样的组装技术,在其有序排列的纳米孔道中生长半导体化合物、金属氧化物、金属团簇、金属配合物等,以制造新型的纳米组装功能材料[10]。

自组装制备纳米材料的研究现状摘要文章综述了纳米材料各种制备方法，提出了应用自组装技术制备纳米材料。

评述了其在制备纳米材料时的机理、优缺点。

综述了纳米材抖的各种制备方法，提出了应用自组装技术制备纳米材料。

并对国内外应用自组装技术制备纳米材料(如纳米团簇、纳米管、纳米膜等)的研究现状进行了综述。

关键字：纳米材料自组装纳米团簇纳米薄膜前言纳米材料是20世纪80年代中期发展起来的一种具有全新结构的材料，它所具有的独特性质，使它在磁学、电学、光学、催化以及化学传感等方面具有广阔的应用前景。

自组装技术从纳米材料出现开始就一直应用于纳米材料的制备，只不过当时没有明确地将其作为一种方法提出。

到目前为止，自组装技术已能用来制备纳米结构材料，如纳米团簇、纳米管、纳米环、纳米线、多孔纳米材料、功能化纳米材料、功能化纳米级膜及有机/无机纳米复合材料。

纳米科学生命科学技术、信息科学技术和纳米科学技术是本世纪科技发展的主流方向。

纳米科学技术是在纳米空间对原子、分子及其他类型物质的运动与变化规律进行研究，同时在纳米尺度范围内对原子、分子等物质结构单元进行操纵、加工的一个新兴科学领域。

著名物理学家诺贝尔奖获得者Richmd P．Feynman在1959年l2月指出”There is a plenty of room at the bottom”,并预言，如果人类按照自己的意志去安排一个个原子，将得到具有独特性质的物质。

1981年G．Binning教授和H.Rohrer 博士发明了扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscopy，STM)，使人类首次能够直接观察原子，并能通过STM对原子、分子进行操纵。

1990年7月，在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科学技术学术会议，这标志着纳米科学技术作为一个新兴的领域正式形成，纳米材料学成为材料科学的一个新分支。

2000年7月美国国家科学技术委员会宣布实施纳米技术创新工程，并将纳米计划视为下一次工业革命的核心。

纳米材料制备技术的最新进展和控制策略纳米材料制备技术是当今材料科学和工程领域中备受关注的研究方向之一。

纳米材料由于其独特的物理、化学和机械性质，在能源、生物医学、环境保护和电子等领域具有广泛的应用前景。

在过去几十年中，科学家们不断探索新的纳米材料合成方法和控制策略，以满足不同领域对纳米材料的需求。

本文将介绍纳米材料制备技术的最新进展和控制策略。

一、纳米材料制备技术的最新进展今天，纳米材料的制备已经从最初的湿化学合成和气相溅射发展到了更多的方法。

以下是一些纳米材料制备技术的最新进展：1. 溶胶-凝胶法（Sol-Gel Method）:这是一种常用的制备纳米材料的方法。

它通过溶胶的凝胶化过程来制备纳米材料。

这种方法可以通过调整溶胶的成分、浓度和制胶条件来控制纳米材料的形貌和尺寸。

2. 微乳液法（Microemulsion Method）:这是一种利用微乳液作为反应介质的制备纳米材料的方法。

微乳液中的胶束可以作为反应模板，用于生成所需形状和尺寸的纳米材料。

3. 等离子体化学气相沉积法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）:这是一种常用的制备纳米薄膜的方法。

PECVD利用等离子体激活气体分子，从而使其在基底表面生成纳米尺度的沉积物。

4. 燃烧法（Combustion Method）:这是一种高温下的快速化学反应方法，通过控制反应条件可以制备出具有不同尺寸和形貌的纳米材料。

5. 水热法（Hydrothermal Method）:这是一种利用高温高压水作为反应介质进行纳米材料合成的方法。

水热法可以控制纳米材料的形貌和尺寸，并且具有高产率和低成本的优势。

二、纳米材料制备技术的控制策略纳米材料的制备过程中，控制策略是实现所需尺寸和形状的核心要素。

以下是一些常用的纳米材料制备技术的控制策略：1. 成核控制:成核是纳米材料制备过程中的第一步，它决定了纳米颗粒的尺寸和形状。

日常生产工作中必须严格按照规程规定、操作流程和使用方法正确使用安全工器具，以确保安全生产。

据现场调查得知安全工器具的不正确使用主要有以下几种情况：1．衔接式绝缘棒使用节数不够，伸缩式绝缘棒拉伸不够充足。

2．雨天不使用防雨罩，或防雨罩松动、歪斜、破损，起不到防雨作用。

3．验电时手握在验电器护环以上，使用前不在有电设备上确认验电器是否良好，不同电压等级的验电器交叉使用。

4．绝缘手套使用前不检查气密性，甚至随意抓拿坚硬及有尖刺的物品。

5．接地线的接地端不按要求装设，任意搭、挂和缠绕。

6．安全带不按规定使用、系的松垮随意，起不到安全防护作用。

7．安全帽内胆大小调节不当、不系帽带或系的不够紧，工作中容易歪斜、掉落。

8．手钳等工具使用前不检查绝缘部位是否完好，使用时手握在裸露的金属部位，容易造成作业人员的触电事故。

总之，安全工器具是每个电力职工的切身保镖、忠实的安全员和生命的守护神，只要大家熟练地掌握了各种安全工器具的作用、性能和结构原理，掌握了正确的使用方法和注意事项，并严格按照规程规定操作、使用和维护，就能够确保人身、设备和电网的安全。

2010年第3期（总第138期）China Hi-Tech EnterprisesNO.3.2010（CumulativetyNO.138）中国高新技术企业摘要：纳米模板具有独特的纳米数量级的多孔结构，其孔洞孔径大小一致，排列有序，分布均匀。

以纳米模板合成零维纳米材料、一维纳米材料（纳米线，纳米管）具有制备效率高，可靠性好等优点，已成为纳米复制技术的关键之一。

文章重点综述了近年来模板制备，模板合成中常用的模板类型及应用进展。

关键词：纳米材料；模板法；制备工艺；化合聚合；溶胶-凝胶沉积；化学气相沉积中图分类号：0614文献标识码：A文章编号：1009-2374（2010）03-0178-02自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，80年代中期在实验室合成了纳米块体材料，至今已有20多年的历史，但真正成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点是在80年代中期以后。

模板法合成纳米结构材料纳米结构材料是指在纳米尺度上（1-100纳米）呈现出有序或无序结构的材料。

这些材料具有许多独特的物理和化学性质，如高比表面积、高导电性、高强度等，使其在许多领域具有广泛的应用前景。

本文将探讨纳米结构材料的合成方法及其应用。

纳米结构材料的特点纳米结构材料具有许多特点，如高比表面积、高导电性、高强度等。

这些特点使得纳米结构材料在力学、电磁学、光学、热学等方面具有优异的性能，为材料科学领域带来了革命性的变化。

纳米结构材料的合成方法纳米结构材料的合成方法有很多种，其中常用的方法包括物理法、化学法和生物法。

物理法主要包括蒸发冷凝法、激光脉冲法、电子束蒸发法等。

这些方法通常需要使用昂贵的设备，并且反应条件难以控制，但可以合成出高纯度的纳米结构材料。

化学法是最常用的合成方法之一，主要包括溶液法、气相法、沉淀法等。

这些方法的优点是反应条件易于控制，能够大规模生产，但需要使用大量的有机溶剂和化学试剂，对环境造成一定的污染。

生物法是利用微生物或植物提取物等生物资源来合成纳米结构材料的方法。

生物法具有环保、可持续等优点，但合成过程和机理仍需进一步研究。

纳米结构材料的应用纳米结构材料因其独特的性质和广泛的应用前景，已广泛应用于电子、医药、环保、催化等领域。

电子领域纳米结构材料在电子领域具有广泛的应用，如制造更小、更快、更强大的电子设备。

例如，纳米结构材料可以用于制造更先进的集成电路和晶体管，提高计算机的性能。

医药领域纳米结构材料在医药领域也具有广泛的应用，如药物输送、肿瘤治疗等。

通过将药物包裹在纳米颗粒中，可以实现对药物的精准输送，提高药物的治疗效果和降低副作用。

环保领域纳米结构材料在环保领域也有着广泛的应用，如空气净化、水处理等。

通过使用纳米结构材料制成的滤膜或催化剂，可以有效地去除空气或水中的有害物质，保护环境。

催化领域纳米结构材料在催化领域也具有广泛的应用，如催化剂载体、汽车尾气处理等。

通过优化纳米结构材料的性质，可以提高催化剂的活性和选择性，实现高效的催化反应。

纳米光催化材料的研究进展纳米光催化材料是指具有纳米级尺寸的光催化活性物质，其在光照条件下能够加速化学反应的材料。

由于其特殊的结构和性质，纳米光催化材料在环境治理、能源利用、化学合成等领域具有广阔的应用前景。

随着纳米技术和光催化技术的发展，纳米光催化材料的研究也取得了长足的进展。

本文将对纳米光催化材料的研究进展进行探讨，包括其制备方法、性质特征、应用领域以及未来的发展方向。

一、纳米光催化材料的制备方法纳米光催化材料的制备方法多种多样，常见的包括溶胶-凝胶法、水热法、溶剂热法、模板法、溶剂热反应法等。

溶胶-凝胶法是一种常用的制备方法，通过将前驱体溶解在溶剂中形成溶胶，然后经过凝胶化得到纳米光催化材料。

水热法是指将反应物在高温高压的水热条件下合成，可以控制产物的形貌和尺寸。

溶剂热法则是在有机溶剂的高温条件下进行合成，可以有效控制产物的结构和形貌。

模板法通过利用模板的空间结构来控制产物的形貌和尺寸，适用于制备具有特定形状的纳米光催化材料。

溶剂热反应法则是利用溶剂的热物理性质和化学性质来引发反应，得到纳米级的产物。

通过这些方法，可以制备出具有不同形貌、结构和性能的纳米光催化材料，为其应用提供了丰富的选择。

纳米光催化材料具有许多独特的性质特征，其主要包括高比表面积、丰富的活性位点、可调控的光学性质、优异的光催化性能等。

由于其尺寸小，纳米光催化材料具有高比表面积，能够提供更多的活性位点，从而增强光催化反应的活性。

纳米光催化材料中存在丰富的表面缺陷和异质结构，这些结构对光催化反应起着重要的作用。

纳米光催化材料的光学性质可以通过调控其形貌、结构、组分等进行调节，从而实现对其光催化性能的优化。

纳米光催化材料还具有优异的光催化性能，可在可见光及紫外光照射下促进化学反应的进行。

纳米光催化材料在环境治理、能源利用、化学合成等领域具有广泛的应用前景。

在环境治理方面，纳米光催化材料可以用于光催化降解有机污染物、净化废水、清除大气污染物等，其高效的光催化性能可以大大提高环境治理的效率。

二氧化硅模板法制备中空纳米材料
首先，二氧化硅模板的制备是这一方法的关键步骤。

一般来说，可以通过溶胶-凝胶法或阳极氧化法来制备具有孔隙结构的二氧化硅
模板。

在溶胶-凝胶法中，硅源溶液与模板表面反应形成一层硅氧化
胶体，然后通过热处理形成二氧化硅模板。

而在阳极氧化法中，通
过在硅片表面进行阳极氧化处理形成有序排列的孔洞结构。

这些方
法可以制备不同孔径和排列方式的二氧化硅模板，以满足不同中空
纳米材料的需求。

其次，制备中空纳米材料的过程通常包括模板充填、模板脱除
和中空结构形成几个关键步骤。

首先，选择合适的纳米材料溶液，
将其浸渍到二氧化硅模板中，然后通过化学沉积、溶剂挥发或其他
方法使纳米材料填充进模板孔隙中。

接着，通过化学蚀刻、热处理
或超声波处理等手段去除二氧化硅模板，留下中空结构的纳米材料。

最后，经过洗涤和干燥等处理，得到最终的中空纳米材料制品。

此外，二氧化硅模板法制备中空纳米材料具有一些显著的优点。

首先，可以通过调控二氧化硅模板的孔径、孔隙率和结构来精确控
制中空纳米材料的形貌和尺寸。

其次，制备过程相对简单，操作较
为方便，且可以批量生产。

此外，由于二氧化硅模板的稳定性和可
重复使用性，可以降低制备成本，提高材料利用率。

总的来说，二氧化硅模板法制备中空纳米材料是一种可行且有
效的方法，具有广阔的应用前景。

然而，仍然有一些挑战需要克服，比如模板脱除过程中可能会导致结构损失，需要进一步优化工艺参
数和材料选择，以实现更好的制备效果。

希望这些信息能够对你有
所帮助。

学号：********常州大学毕业论文开题报告（2010届）题目：利用模板法制备有序纳米多孔阳极氧化铝的研究学生：吴红斌学院（系）：材料科学与工程专业班级：材料062校内指导教师：丁建宁、丁古巧专业技术职务：教授、博士题目：利用模板法制备有序纳米多孔阳极氧化铝的研究一、前言1、课题的背景、目的和意义早在19 世纪中期,人们就发现铝的表面通过电化学阳极氧化可以形成一层致密的氧化膜,并发现这层氧化膜极大地提高了铝表面的耐腐蚀性和耐磨性。

铝的阳极氧化工艺最早出现在20 世纪20 年代,在不同的氧化条件下,会产生致密型和多孔型两种氧化结果 。

早期多孔氧化铝膜的应用仅限于铝的抗腐蚀、抗磨损以及绝缘性等，随着研究的不断深入，其应用领域不断拓展，现在多孔氧化铝膜已经成为合成低维纳米复合材料的一种重要模板材料。

1．多孔阳极氧化铝结构特征1953年Keller首次提出了多孔阳极氧化铝( PAA)膜的结构模型 - Keller 模型[1],此模型的明显特征是每个呈六边形的膜胞中含有一个孔洞 ,同时他还提出每个孔具有星形横断面. 后来 Wood和 O′Su11ivan 又对 Keller 模型进行了改进[2],认为 PAA 膜的孔形应该是圆形 ,星形的孔洞很少遇到. 基于以上的认识提出了新的 PAA 膜的结构模型 ,这个模型一直受到大家的认同和接受. 目前比较基本的认识是:阳极氧化铝膜由阻挡层(Barrier Layer)和多孔层(Porous Layer)构成. 紧靠金属铝一侧是薄而致密的阻挡层, 而在其上是比较厚而疏松的多孔层. 阻挡层致密无孔 ,具有很高的电阻 ,其厚度与阳极氧化电压和氧化时间有关 , 一般为几到几十纳米;多孔层的膜胞以六角形紧密堆积排列 ,每个膜胞中心都有一个纳米级的微孔 , 孔大小均匀 ,且与铝基体表面垂直 ,彼此平行排布。

孔壁氧化物上存在着羟基 ,可以与一些有机基团结合而修饰孔内壁 ,但 H2O、OH-、H+的含量<1%。

第16卷第2期河南教育学院学报(自然科学版)Vol .16No .22007年6月Journa l of Henan Institute of Educa tion (Natura l Sc i ence)Jun .2007收稿日期:2007-03-12基金项目:河南省自然科学基金(411011800);河南教育学院理论物理重点学科资助课题作者简介富笑男(66—),女,河南郑州人,河南工业大学理学院副教授,硕士生导师,河南省教育厅学术技术带头人,主要从事纳米材料的制备和物性研究利用硅模板制备硅基纳米体系的研究进展富笑男1,赵先林2,宋友林2,李新建3(1.河南工业大学理学院,河南郑州450001;2.河南教育学院物理系,河南郑州450053;3.郑州大学材料物理实验室,河南郑州450052) 摘要:硅基纳米体系的研究是在充分利用硅材料所拥有的传统技术优势的基础上,将纳米材料所具备的新特性结合起来,设计出高度集成的硅基纳米器件.为实现这个目标,合适的硅基模板是至关重要因素.近年来多孔硅一直被视为一种很好的制备硅基纳米体系的衬底和自组装模板.在综述多孔硅做模板制备硅基纳米体系和我们最新研究进展的基础上,就其所面临的问题、可能的解决方案和未来的发展趋势做出了分析.关键词:多孔硅;硅基纳米体系;模板法中图分类号:T B 383 文献标识码:A 文章编号:1007-0834(2007)02-0015-050　引言单晶硅独特电子特性的发现和硅电子学的发展,是整个二十世纪最重要的科技成就之一,它为现代信息技术的发展和信息时代的来临奠定了具有决定性意义的材料和技术基础.随着硅基超大规模集成电路的设计进入纳米尺度的范畴,材料的量子尺寸效应将成为主导器件性能的决定性因素.因此,无论是从科学还是从技术的层面上讲,对硅的纳米结构和硅基纳米体系的研究都足以引起人们极大的兴趣和关注.近二十年来,硅的低维体系作为一种在典型结构和特征性能上均不同于传统晶体硅的新材料,得到了持续、深入的研究并获得了许多令人振奋的成果.已有的大量实验表明,在硅的纳米体系中,由于材料特征结构的改变和载流子量子限域效应的凸现,晶体硅材料所具有的传统物理、化学特性都将发生变化,而一些独特的、与纳米结构的形成直接相关的一些材料新特性清晰地显现出来.对这些新现象、新特性的研究,有可能为未来硅基纳米器件的工业化设计与制造奠定坚实的科学基础.硅的纳米结构也称为硅的量子结构.其界定主要包括两个方面,首先这种结构具备通常纳米材料的基本结构特征,如特征结构单元(晶粒)的尺寸介于1nm ～100n m 等;其次,它的物理性能主要决定于载流子的量子效应,能展现出明显不同于晶体硅的物理特性.而硅基纳米体系,则是指在单物质相材料体系或多物质相组成的复合材料体系中,至少有一个物质相为某种形态的硅,而且至少有一个物质相是由纳米晶粒所组成的固态物质.研究发现,在半导体纳米体系微观结构的表征和物理特性的描述上,传统的物理理论有可能完全失效或部分失效.例如,我们无法用传统半导体理论有关量子辐射跃迁的直接/间接带隙模型来阐释纳米多孔硅的光致/电致发光现象等等.如何通过构建结构丰富且精确可控的纳米体系,并从中发现新的实验现象、研究新的物理性能,进而探索纳米结构体系新的物理学范式,是纳米科学与技术领域所面临的一个重要挑战.晶体硅作为重要的电子材料,是迄今为止人类研究最完备、最深入的材料之一;关于已经建立起来的晶体硅丰富的技术和知识积累,奠定了硅基纳米体系研究的坚实基础.从这个层面讲,对硅的纳米结构和硅基纳米体系的研究,除直接的工业应用目标之外,还有可能为建立纳米体系物理学新范式寻找新的突破口.5:19.1从历史上看,有两个开创性的实验对硅的纳米结构和硅基纳米体系的研究起到了很大的推动作用.第一个实验是1988年Fur uka wa等通过在Si O2基体中注入硅原子,经适当退火后得到硅纳米晶粒/ Si O2镶嵌体系,并从中观察到了硅纳米晶粒较强的室温光致发光现象[1];另一个是1990年Canha m通过电化学阳极氧化单晶硅片,在所形成的硅的多孔结构中观察到室温下较强的可见光波段的光致发光现象[2].后者被命名为多孔硅(Por ous Silicon,PS)并在相当长一段时间成为硅纳米材料中最重要的研究对象.这两个重要的实验结果表明,通过构建在结构上精确可控的硅纳米体系,有可能使全硅基光电集成的梦想成为现实.正是在这样的思想理念激励下,对硅纳米体系的研究迅速成为纳米材料和凝聚态物理热点领域之一.尽管目前人们对多孔硅在光电子技术领域的应用面临诸多的困难.比如,多孔硅发光效率和发光稳定性的进一步提高,多孔硅易碎、易被氧化以及易发生化学反应的改善等,相关的技术改进也遇到了前所未有的难题.但对多孔硅的深度研究对推动硅纳米体系的整体研究进程的作用是巨大的[3].以此为起点,硅的纳米结构已经从多孔硅拓展到零维的硅量子点、团簇,一维的硅纳米线、硅纳米管,二维的硅纳米薄膜、纳米超晶格,三维的硅纳米结构复合体系等[4,5].与此同时,硅基纳米复合体系的制备技术、结构与成分控制、物理化学特性等研究也取得了很多重要的进展.以多孔硅作为理想的衬底或模板,采用各种薄膜外延与沉积技术、微机械加工技术、化学、电化学及腐蚀技术等,已先后制备出纳米金属、金属氧化物、单质与化合物半导体、铁电体、铁磁体、有机高分子材料等与多孔硅形成的纳米复合体系.这些材料在图案化催化模板、场发射、传感器、电致发光、发光二极管、铁电/铁磁调制发光材料、阵列整流等方面获得了很好的性能,充分显示出硅基纳米体系强大的生命力和良好的研究及应用开发前景[6-10].1　利用硅模板制备硅基纳米体系晶体硅是最重要的信息材料,也是许多先进功能材料的首选衬底.晶体硅被选作衬底,除了材料本身晶体结构特点和特殊的物理、化学性能等因素外,硅平面工艺强大的加工能力、可靠性和成熟度也是重要的原因之一.利用硅平面加工工艺,可以方便地实现硅基器件的集成化、小型化、智能化以及廉价、批量生产硅基纳米体系研究的基本理念,就是希望在能够充分利用硅材料所拥有的上述传统技术优势的基础上,将纳米材料的新功能优势结合起来,设计并制造高度集成的硅基纳米器件.合适的硅基模板是制备出具有优良性能的硅基纳米体系至关重要的条件.1.1　纳米体系的模板制备法设计并构建精确可控的,具有特定组成、特定微观结构和特定形貌的纳米体系,是实现对材料的物理特性进行剪切与组合,进而得到具有全新物理特性的材料体系的前提和基础.在众多的纳米体系制备技术中,模板法因其能够通过模板结构的空间限制作用对拟合成纳米体系的晶粒大小、形状及空间排布进行控制而具有多方面的优势.通过模板对纳米体系组装或制备过程的引导和限制作用,有望增加拟制备纳米体系在微观结构、形貌和物理性能上的可预见性,并使材料制备的重复性大大提高.在模板法制备纳米体系中,人的设计和参与制造起到决定性的作用,如同人们用自己制造的零部件装配成非生命的实体一样,只不过这里需要装配的零件是合成的纳米结构单元如纳米微粒、纳米管、纳米线等.纳米材料制备技术中的组装模板,通常是指某种具有一定可使用空间或表面花样结构的材料.这些可使用空间或表面花样结构可以是材料本身的天然结构,也可以是利用现代高技术设计加工出来的人工结构.很多具有高密度纳米孔的天然或人工多孔材料都可以作为制备纳米体系的模板.这些多孔模板大致上分为两类,一类是纳米孔的空间排布规则而有序,如多孔氧化铝、介孔沸石等;另一类是纳米孔的空间排布随机而杂乱,形成无序的孔状或网络状结构,如多孔玻璃、多孔硅及固态高分子模板等.利用现代先进加工技术如光刻、粒子束刻蚀、电子束刻蚀、平板印刷、微机械加工等,可以设计并加工自然无法得到的、空间结构精确可控的人工模板,这将在未来纳米体系与纳米器件的组装与制备中占据主导地位.在选定了材料种类、结构、特征尺寸均适合的模板后,目标纳米体系的组装或制备可通过多种技术完成,比较常见的有化学气相沉积、电化学沉积、浸渍沉积、化学聚合反应、溶胶-凝胶成膜、微乳液成膜、热解、水解等.根据化学反应的需要,还可以通过预先在所选用的组装模板上沉积适当的催化剂来实现特种纳米材料的形成或增加纳米材料合成的效率.目前,利用模板法合成的纳米体系包括金属、金属氧化物、单质和化合物半导体、有机纳米体系、碳纳米管、功能陶瓷以及多种多相复合材料、异质结阵6.1列等.这些都在较大程度上实现了材料预期的功能增益,充分显示出模板法在纳米体系制备方面目标性强的特点.模板法已日益成为一种可靠而重要的纳米结构材料制备手段.1.2　多孔硅基纳米复合体系的膜板制备法Canha m[2]通过电化学阳极氧化单晶硅片,制备出了室温下具有较高红光发射效率的多孔硅(PS).在随后的十年中,多孔硅一直是硅纳米材料研究的热点,研究内容涉及多孔硅的制备技术及形成机理、形貌和结构表征、光致/电致发光及其机理、电输运特性等基础研究,以及多孔硅在光电器件、传感器、波导管、太阳能电池、场致电子发射等领域可能的器件应用探索[3].总体来讲,多孔硅的结构、表面物理与化学特性可归结如下:(1)多孔硅结构上的最大特征是其纳米多孔性,高密度分布的纳米孔使其整体上形成一种海绵状结构,而孔的尺寸、孔的空间分布和排布则依赖于原始硅片的掺杂类型、掺杂浓度、晶面取向、表面氧化状况等技术参数以及电化学制备条件;(2)多孔硅的孔壁由几个到几十个纳米大小的硅纳米单晶颗粒组成,依据制备条件的不同会形成不规则网络化结构及枝状突兀结构;(3)多孔硅具有巨大的表面积和很高的表面活性,易于实现多种物质特别是气体的物理吸附、化学吸附,易于发生表面氧化或与多种物质发生化学反应;(4)多孔硅具有很强的表面还原性,易于从含有金属离子的溶液中还原出金属并实现原位浸渍沉积或纳米自组装.基于上述结构特点和表面化学特性,近年来多孔硅一直被视为一种很好的制备硅基纳米体系的衬底和自组装模板[6-20].目前,以多孔硅为模板制备硅基纳米体系主要采用两条技术路线:1.2.1　以多孔硅作为拟沉积目标材料的衬底或载体制备硅基纳米体系[18-21].在这种制备方法中,主要利用多孔硅的结构优势:(1)以多孔硅中的纳米孔作为拟沉积纳米颗粒的承载空间,以孔壁作为自然的纳米颗粒强制隔离体;(2)以多孔硅作为组装模板,利用多孔硅的还原性实现多种金属纳米颗粒的浸渍沉积;(3)以多孔硅作为模板和反应物,利用多孔硅的表面活性通过热反应制备硅化物/多孔硅纳米复合体系.利用该制备方法制备硅基纳米体系取得了很多成功的范例[21-26].王林军等以多孔硅为模板,采用微波等离子体辅助化学气相沉积(MP CV D)技术制备出了均匀、致密、性能稳定且对可见光具有全透性的金刚石纳米薄膜,并大大增加了多孔硅发光波长、发光强度的稳定性Y K等用气相输运方法在多孔硅内填充单晶ZnO纳米柱.柱的截面为正方形或长方形,尺寸范围在100nm～400nm.其场发射测试显示这些立方的Zn O柱显示很好的发射性能.通过浸渍法不仅可以在多孔硅上沉积金属,提高多孔硅的电致发光;而且还可以沉积聚合物.如有研究小组在多孔硅中沉积聚酰胺、聚苯乙烯等聚合物可以提高多孔硅的硬度和导热性,但光致发光性能却没有得到改善. Steiner等通过电镀的方法在多孔硅的孔底沉积上I n 后发现它的光致发光强度得到很大的提高.1.2.2　以多孔硅作为预衬底,采用微机械加工、掩膜技术、电子束/粒子束刻蚀、光刻等技术首先获得预先设计的、规则的、图案化的多孔硅区域,然后进行纳米材料的复合.这种制备方法的核心优势,是能够在充分利用多孔硅自身结构及性能优势实现纳米复合的前提下,增加了对纳米复合体系空间排布的人为控制和图案化设计,使纳米体系在设计上更加趋近于器件制造.通过采用掩模技术,Fan等在多孔硅表面预先蒸发一层网格状的铁纳米颗粒膜作催化剂,用化学气相沉积方法制备了具有规则的、图案化排布和很好定向性的碳纳米管束阵列,并观察到较好的场电子发射特性[9].由于多孔硅表面的多孔性有利于形成尺寸分布范围很窄的催化剂纳米颗粒,而且催化剂-多孔硅衬底之间存在较强的相互作用,能够很好防止催化剂颗粒在高温CVD过程中发生团聚,因此,Xu等采用直接在多孔硅孔内吸附催化剂然后化学汽相沉积的方法,制备出具有取向性和良好单分散性的碳纳米管阵列[27].近年来,随着对多孔结构和表面物理化学特性理解的深入,多孔硅作为制备硅基复合纳米体系的衬底和模板显示出很大的优势和潜力.通过多种沉积技术和纳米材料自组装效应,人们已先后制备出具有特定结构和特定性能的无机非金属、金属、金属氧化物和有机高分子等多孔硅基复合纳米体系,获得了比相应单纯材料的纳米体系或多孔硅自身更为优越的材料性能,显示出广阔的应用前景[9,11,14-17].例如,有机高分子/多孔硅纳米复合体系作为传感器材料,表现出更高的灵敏度、更大的输出信号和更短地响应时间等[11].因此,对多孔硅基复合纳米体系的制备技术和特性研究具有很高的科学价值和潜在应用前景.2　硅纳米孔柱阵列为膜板研究结果以多孔硅为衬底制备硅基复合纳米体系的研究虽然取得了令人瞩目的进展,但如何使多孔硅具有层次分明、规则、均匀、适度可调的表面形貌和结构.u71则一直是人们努力解决的一个基本问题.目前,用电化学阳极腐蚀法制备的多孔硅整体上都呈海绵状纳米孔结构,腐蚀过程中纳米孔的合并会造成相当数目无规分布的、孔径处于微米量级甚至更大的大孔的出现,而作为阳极的硅片表面所存在的电流分布也会造成一定程度同心的环状结构不均匀性.此外,在纳米层次结构和体材料之间缺少规则、分离的微米层次结构,会对复合体系某些性能的应用造成不利影响,如海绵状结构在作湿度或气体敏感材料时不利于水分或气体分子的快速吸附与脱附.因此,如何制备一种既能够保持多孔硅的多孔特征与基本材料性能,同时又具有明显尺度结构层次的硅纳米/微米结构复合体系,对于获得结构丰富、层次分明的硅基复合纳米体系并进而研究其内在物理规律,具有重要的现实意义.针对多孔硅的上述结构缺陷,我们采用水热技术制备了一种典型的硅纳米/微米结构复合体系,即硅纳米孔柱阵列(Silicon Nanop r ous Pillar A rray,Si 2NP A )[28].其结构复合性表现为它在微米和纳米两个尺度上形成了三个分明的结构层次,即微米尺度的硅柱所组成的规则阵列、硅柱表面密集分布的纳米孔以及组成孔壁的硅纳米单晶颗粒.可以看出,Si 2N P A 不但保持了多孔硅的孔状结构特征,而且具有传统多孔硅所没有的微米尺度层次上的规则阵列结构,同时还能够通过改变制备条件适度对其形貌、结构进行调控.Si 2N P A 的上述特点使之有望成为制备或组装具有特定形貌和结构的硅基复合纳米体系的理想衬底或组装膜板.接着我们以Si 2N P A 为模板,探索了部分纳米金属薄膜、金属/Si 2NP A 复合纳米体系的制备技术,获得了一些非常有意义的纳米金属、金属/硅复合纳米结构[29,30].在图1中给出了已经制备的金属/Si 2N P A 复合纳米部分体系的形貌.此外,我们还对Si 2NP A 本身及其复合体系的一些光学、电学特性与传统多孔硅进行了初步的对比研究,结果显示出Si 2NP A 体系在结构组合、物理性能等方面有明显的优势和研究价值. (a)Au /Si 2NP A 复合体系 (b)Cu/Si 2NPA 复合体系图1　两种典型金属/Si 2N P A 复合纳米体系的形貌3　结论与展望以Si 2NP A 为模板,在其上复合纳米金属粒子.研究金属/Si 2NP A (M /Si 2NPA,M =Au 、Cu 、Ag 、N i 等)复合纳米体系的制备技术,并对其结构、形貌和成分做出表征,测试其光学和电学特性.在此基础上,通过对实验数据进行拟合、分析,提出相应的物理模型并进行理论计算,最终建立Si 2NP A 基体系相关物理特性与其特征结构之间的内在关联.即针对Si 2NP A 基金属复合纳米体系的特定结构、组分和形态对其光学特性、电学特性等基本物理性能方面做努力的研究,同时对其在传感器、光催化、太阳电池等方面的潜在应用做出积极的探索.参考文献[]　F S,M y T T 2q ff in u ltrafine silicon p articl es [J ].Jpn.J .Appl .Phys .,1988,PII,27:L2207.[2]　Canha m L T .Silicon quantu m wire array fab ricati on by electro 2che m ical and che m ical di ss oluti on of wafers [J ].App l .Phys .Lett .,1990,57:1046.[3]　B isi O ,O ssi cini Stefano,Paves i L.Porous sili con:a quan t ums ponge struct u re for silicon bas ed optoelectronics[J ].Su rf .Sci .R ep.,2000,38: 1.[4]　Matsu mo t o N.Geo m etrical and electronic structures of polyacet y 2lene chl orinated via p rol onged che m ical dop i ng[J ].Adv .Che m .S er .,1990,224:515.[5]　B oon K T.Doing che m istry on l ow 2di mensi onal silicon s urfaces :silicon nanowires as p l atf o r m s and te mp lates[J ].Coo rdin .Che m .R ev .,2003,246:229.[6]　Nguyen T P,Le Rendu P,Lakehal M,et al .Poly (p phenylenewinylene)/porous silicon composites[J ].M ater .Sci .and Eng .,,B6[]　B f T G N y MOV []M 281u ruka wa i as ato .hree di mensi onal uantum well e ects20009-70:177.7ou adena .a gr ow t h on porous silicon b P E J .i 1cr oelectro.J.,2003,843.[8]　Hérino R.Nanocomposite m at erial s fr om po r ou s s i li con[J].M a2t er.Sci.and Eng.,2000,B69-70:70.[9]　Fan S,Chapl i ne M G,Frank li n N R,et al.Self2ori en ted regulararrays of carbon nano t ubes and t heir field em issi on p r opert i es[J].Sci ence,1999,283:512.[10]Gole J L,Fedo r ov A,Hes ket h P,et al.Fr om nanostruct u res t opo r ou s sil i con:s ens ors and phot ocatalyti c reactors[J].Phys.Stat.S o l.,2004,C1:S188.[11]L i Y Y.Poly m er rep licas of pho t onic porous s i li con f o r sen si ng andd rug del i very applicat i on s[J].Science,2003,299:2045.[12]An s ari ZA,Hong K,Lee C.Structural and el ect rical prop erties ofpo r ou s sil i con with rf2s p uttered C u fil m s[J].M at er.Sci.Eng.,2002,B90:103.[13]B aratt o C.G o l d2catal ysed po r ous sil i con f o r NOx sensing[J].Sen s ors Actuat o rs B,2000,68:74.[14]Merten s G.T wo2and t h ree2d i m en si onal pho t onic crystals m ade ofm acroporou s silicon and li qu i d crys tals[J].App l.Phys.Lett.,2003,83:3036.[15]C hen Q W,Zhu D L,Zhu C,et al.A way t o obtain visible blueli ght em issi on i n po r ou s sil i con[J].Appl Phys Lett,2003,82:1018.[16]Ghosh S,Hong K,L ee C.Structu ral and physi cal p rop erties oft h i n copper fil m s deposited on po r ous silicon[J].Mater Sci Eng,2002,B96:53.[17]R amos A R.Syn t hesis of cobalt s i li cide on porous silicon by highdo s e i on i mp l antati on[J].Nucl.Instru.M et h.Phys.R es.,2001,B178:283.[18]Cou lt hard I,Sha m T K.Novel p reparati on of noble metal nano2s tructures util i zi ng porous s il i con[J].Solid Stat.C ommun.,1998,105:751.[19]Pap A E.Si mu lt aneou s che m ical sil ver and p al l adium depo s i ti onon porous silicon[J].App l.Surf.Sci.,2002,201:56. 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微纳米材料的制备及性能研究随着科技的不断进步和人类对材料的探索，微纳米材料逐渐成为研究领域的热点之一。

微纳米材料，即尺寸为纳米或微米级别的材料，因其独特的物理、化学性质，在生物医学、新能源、材料科学等领域拥有广泛的应用前景。

本文将探讨微纳米材料的制备技术和性能研究进展。

一、微纳米材料的制备技术制备微纳米材料的方法主要包括化学合成法、生物合成法、物理制备法和模板法等。

其中，化学合成法和物理制备法是应用最为广泛的方法。

1. 化学合成法化学合成法是一种通过反应物在反应溶液中反应形成微纳米颗粒的方法。

该方法可根据反应的不同，分为溶胶凝胶法、水热合成法、氧化物溶胶凝胶法、共沉淀法、高温合成法等。

化学合成法可制备多种微纳米材料，包括纳米颗粒、纳米管、量子点、纳米薄膜等。

2. 物理制备法物理制备法是将大尺寸的材料加工压缩、拉伸等处理，在纳米或微米级上制备出所需的微纳米材料。

物理制备法包括纳米压痕法、纳米点接触法、气溶胶法、电子束辐照法、等离子体法等。

与化学合成法相比，物理制备法没有溶剂等环境污染因素，且可制备多种形态的微纳米材料。

二、微纳米材料的性能研究进展微纳米材料的性能研究主要包括表面特性、力学性能、热学性能、光学性能、电磁性能等方面。

1. 表面特性由于微纳米材料的尺度远小于常规材料，其表面和界面有着非常丰富的特性，如表面能、极性、表面化学反应、表面电荷等。

这些特性具有重要的应用价值，如在催化、储能、生物检测等方面的应用。

2. 力学性质微纳米材料的机械性能在材料科学中占有重要的地位。

较强的钢材等材料在微观尺度下会出现断裂、畸变等现象，难以保持其强度和延展性。

微纳米材料的强度和塑性特性的研究能够更好地了解材料在不同尺度下的力学特性。

3. 热学性质微纳米材料具有明显的表面和界面效应，具有优异的热传导性能。

同时，微纳米材料的热性质也常受到尺寸效应的影响。

对微纳米材料的热学性质进行深入研究，有助于进一步优化纳米器件的热设计，提高能源利用效率，发展新型热电材料等。

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2010年第29卷第1期·94·化 工 进展模板法制备纳米材料研究进展陈彰旭，郑炳云，李先学，傅明连，谢署光，邓 超，胡衍华（莆田学院环境与生命科学系，福建 莆田 351100）摘 要：模板法可以有效控制所合成纳米材料的形貌、结构和大小，因而成为目前制备纳米材料的一种重要手段。

本文主要综述了软、硬模板法制备纳米材料的研究进展，重点介绍几种高分子聚合物为模板制备无机纳米材料的基本原理和主要特点，并在此基础上提出了模板法制备纳米材料需要解决的问题和应用前景。

关键词：模板法；软模板；硬模板；纳米材料中图法分类号：TB 383 文献标识码：A 文章编号：1000–6613（2010）01–0094–06Progress in the preparation of nanomaterials employing template methodCHEN Zhangxu ，ZHENG Bingyun ，LI Xianxue ，FU Minglian ，XIE Shuguang ，DENG Chao ，HU Yanhua(Department of Environment and Life Sciences ，Putian University ，Putian 351100，Fujian ，China)Abstract ：Template method is preferable to other approaches for the preparation of nanomaterials ，with which the structure ，morphology and size of nanomaterials can be effectively controlled by simply altering the nature of template and the preparation conditions. Therefore ，preparation of nanomaterials by means of template method is a hot research topic in materials science and attracts much attention in recent years. The present review summarizes the development in preparation of nanomaterials with soft and hard template methods. Finally ，the developing trends of template method for preparing nanomaterials are proposed.Key words ：template method; soft template; hard template; nanomaterials纳米材料由于其本身具有表面效应、体积效应和量子尺寸效应等，展现出许多特有的物理性质、化学性质，在催化、医药、滤光、水体处理、光吸收、磁介质及新材料等方面具有广阔的应用前景而备受关注[1]。