一维金属纳米材料的制备技术

一维纳米材料的制备、表征及应用赵婷婷【摘要】一维纳米材料是指仅长度为宏观尺度，其他方向为纳米尺度的新型材料，在光电子、生物医用、纳米传感、纳米储能等诸多领域具有潜在的应用前景，已成为21世纪化学、物理学、材料学及生命科学等科技领域的研究热点。

本文介绍了一维纳米材料的制备方法，阐述了一维纳米材料各种生长机理，总结了一维纳米材料的表征方法，及在物理、化学、机械、材料等领域的应用。

%One-dimensional nanomaterials , which was a new special structure of substances on nanomerter size at only one dimension , had potential applications such as potoelectron , biological and medical , nano -sensing and nano?energy storage and so on.It became a hot investigation point and was very important to explore and development new synthetic technologies of 1-D nanometer materials for fundmental and application.Most kinds of synthesis techniques , growth mechanism , characterization methods and applications in physics , chemistry , mechanics , energy , etc.were summarized.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2014(000)020【总页数】3页(P24-26)【关键词】一维纳米材料;制备;表征;应用【作者】赵婷婷【作者单位】绵阳职业技术学院，四川绵阳 621000【正文语种】中文【中图分类】O799纳米技术是近几年崛起的一门崭新的高科技技术.它是研究现代技术与科学的一门重要学科，也是当前物理、化学和材料科学的一个活跃的研究领域，随着科技的发展，纳米科技越来越受到人们的关注。

概述§1 一维纳米材料的发现及发展1.1气－液－固的生长机制制备半导体纳米线1.2层状卷曲机制制备一维纳米材料§2 纳米碳管的发展现状§3 纳米碳管的应用前景及发展方向3.1应用前景3.2发展方向§1一维纳米材料的发现及发展准一维纳米材料是指在两维方向上为纳米尺度，长度为宏观尺度的新型纳米材料。

1.1 气－液－固的生长机制制备半导体纳米线利用气－液－固的生长机制的激光烧蚀法制备半导体纳米线，通过控制催化剂合金颗粒的粒径和生长时间，实现了对多种纳米线的直径与长度的控制。

表1.1 用激光烧蚀法制备的半导体纳米线1.2 层状卷曲机制制备一维纳米材料主要利用低温水热合成方法制备一维纳米材料。

图1.1 层状卷曲机制示意图图1.2 层状卷曲机制制备的一维纳米材料(a)金属Bi纳米线；(b) 二硫化钨纳米线；(c) 金属钨单晶纳米线；(d) ZnO单晶有序阵列表1.2 层状卷曲机制制备的一维纳米材料§2 纳米碳管的发展现状1970年日本的大泽映二准确画出了C60的图形1985年H. W.Kroto和R. E. Smalley等用质谱仪研究激光蒸发石墨电极时发现了C60，并把具有类似的笼状结构的物质命名为富勒烯1990年W. Kratschmer等用石墨作电极通过直流电弧放电得到宏观量的C60,进而推动了富勒烯的研究1991年日本的饭岛博士首次用电弧蒸发法在高分辨电镜中发现了纳米碳管1992年T. W. Ebbesen和P. M. Ajayan合成了纯度更高的克量级纳米碳管1993年M. J. Yacaman等用化学气相沉积法以乙炔为碳源用铁作催化剂合成了多壁纳米碳管1994年S. Amelinckx用化学气相沉积法合成螺旋状纳米碳管1994年T. Gao等用激光照射含有镍和钴的碳靶得到单壁纳米碳管1994年P. M. Ajayan等将多壁纳米碳管与聚合物复合切成50-200nm后的薄片后首次得到排列整齐的多壁纳米碳管1996年A. Thess等用双脉冲激光照射含Ni/Co催化剂颗粒的炭块得到单壁纳米碳管形成的管束1996年戴宏杰等以CO为气源纳米颗粒的钼为催化剂合成出了单壁纳米碳管1997年C. Journet等用Ni/Y作催化剂得到高产率的单壁纳米碳管1998年成会明等首次得到了直径为1-2nm的单壁纳米碳管和由多根单壁纳米碳管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带1998年戴宏杰首先实现了在简单电路上生长单根单壁纳米碳管1999年成会明等开发出制备大量高纯度单壁纳米碳管的半连续氢电弧法2000年解思深等制得最小内径为0.5nm的多壁纳米碳管2001年R. R. Schlittler等热解有纳米图形的前驱体通过自组装合成了单壁纳米碳管单晶图1.3 各种纤维状炭的直径与平均层间距（d200）的比较§3 纳米碳管的应用前景及发展方向3.1 应用前景诺贝尔奖获得者R. E. Smalley称“纳米碳管将是价格便宜,环境友好并为人类创造奇迹的新材料”，可从以下六个方面进行说明：3.1.1 纳米尺度的器件表1.3 纳米碳管的可能应用领域3.1.2 制造纳米材料的模板图1.4 纳米碳管作模板进行的填充、包敷和空间限制反应的示意图3.1.3 电子材料和器件纳米碳管的特殊电性能使之适用于微电路中的量子线和异质结。

一维纳米材料的制备与应用纳米材料是指尺寸在1到100纳米之间的物质，它具有许多优异的物理、化学和生物学特性，因此已成为材料科学、能源、生物技术、医学、环境保护等领域的研究热点。

其中，一维纳米材料尤为重要，因为其具有独特的电子、光学和力学性能，可以应用于电子器件、光电器件、催化剂、储能材料、生物传感器等领域。

一维纳米材料的制备方法包括物理法、化学法和生物法等。

物理法主要是通过物理手段对大分子材料、金属材料、半导体材料等进行削减、拉伸、蒸发、溅射等处理，形成纳米尺寸的单一立体结构。

例如，使用电弧放电法、溅射法、立体雾化法等可制备出金属纳米管、碳纳米管、金属氧化物纳米线等一维纳米材料。

化学法主要是通过化学反应合成一维纳米材料，具体反应条件和形成机制有很大的差异。

例如，溶胶-凝胶法可以实现制备稳定的纳米材料分散液，高温固态反应可制备出金属硫化物、硬质合金等一维纳米材料。

近年来，还出现了一些特殊的“引导物”或“模板”化学合成方法，通过引导剂的作用，形成特定形态、粒径的一维纳米材料。

生物法主要是通过使用生物体复制或控制纳米材料的生长、组装、大小和形状。

这种方法既环保又成本低廉，可以制备出高质量、低成本、具有生物相容性和可生物降解性的一维纳米材料。

例如，DNA、蛋白质、细胞等都可以作为纳米结构的模板，利用生物分子的特殊识别、自组装、生物信号转导等生物功能，在其表面或内部包裹和控制所需的纳米材料。

无论采用以上哪种合成方法，在制备一维纳米材料时，最关键的是要控制好纳米尺度的大小和形态，同时要尽可能避免一维纳米材料的外表面缺陷、内部结构杂质和纳米尺度效应的影响。

一维纳米材料的应用十分广泛，从电子器件到生物传感器，在很多领域中都有应用。

例如，纳米线、纳米管、纳米带等一维纳米材料可以作为高效率能源存储器件或传感器件的核心材料；金属、金属氧化物、碳纳米管等一维材料可以作为高效的催化剂，提高化学反应的速率和选择性；生物纳米线、蛋白质纳米线等一维生物材料则可以用于生物分子传感和制备高灵敏度的生物传感器。

金属纳米材料金属纳米材料是指至少在一个尺寸方向上具有纳米尺度（1-100纳米）的金属材料。

由于其独特的尺寸效应、表面效应和量子效应，金属纳米材料在材料科学、纳米技术、能源储存、催化剂等领域具有广泛的应用前景。

本文将从金属纳米材料的制备方法、性质和应用等方面进行介绍。

首先，金属纳米材料的制备方法多种多样，常见的包括物理气相沉积、化学气相沉积、溶液法、固相法等。

物理气相沉积是通过蒸发、溅射等方法在惰性气体氛围下制备纳米金属颗粒，化学气相沉积则是通过金属有机化合物在气相中热分解沉积金属纳米颗粒。

溶液法是将金属盐溶解在溶剂中，通过还原剂还原制备金属纳米颗粒，而固相法则是通过高温固相反应制备金属纳米颗粒。

这些方法各有优缺点，可以根据具体需求选择合适的制备方法。

其次，金属纳米材料具有许多独特的性质。

首先是尺寸效应，纳米尺度下金属材料的电子结构和磁性等性质会发生显著变化，其比表面积也会大大增加。

其次是表面效应，纳米金属颗粒的表面原子数目较少，表面能较大，因此具有较高的表面活性和催化活性。

再次是量子效应，纳米尺度下金属材料的光学、电学性质会受到量子尺寸效应的影响，呈现出特殊的光学和电学性质。

这些独特性质使得金属纳米材料在催化剂、传感器、生物医学等领域具有广泛的应用价值。

最后，金属纳米材料在各个领域都有着重要的应用。

在催化剂领域，金属纳米材料因其高比表面积和丰富的表面活性位点，能够有效提高催化活性和选择性，被广泛应用于催化剂的制备。

在传感器领域，金属纳米材料的表面增强拉曼散射效应、光学性质等特性使其成为优秀的传感器材料。

在生物医学领域，金属纳米材料被用于药物传输、生物标记、光热治疗等方面。

此外，金属纳米材料还在能源储存、光催化、电子器件等领域展现出巨大的应用潜力。

综上所述，金属纳米材料以其独特的性质和广泛的应用前景受到了广泛关注。

随着纳米技术的不断发展，金属纳米材料必将在更多领域展现出其独特的魅力，为人类社会的发展做出更大的贡献。

一维纳米材料一维纳米材料是指在一个维度上具有纳米尺度的尺寸特征的材料。

由于其尺寸非常小，一维纳米材料具有许多特殊的性能和应用潜力，因此受到了广泛的关注和研究。

一维纳米材料的制备方法有很多，比如纳米线的可控生长、纳米棒的光化学方法和碳纳米管的化学气相沉积等。

其中，碳纳米管是最具代表性的一维纳米材料之一。

碳纳米管是由碳原子以一种特定的方式排列而成，具有优异的力学性能、导电性能和热导性能。

由于这些优异的性能，碳纳米管在电子器件、储能材料和生物医学领域等方面具有广泛的应用前景。

另一个代表性的一维纳米材料是纳米线。

纳米线具有高比表面积和表面活性，使其具有优异的光学、电学和化学特性。

纳米线可以用来制备柔性电子器件、可拉伸电缆和高效的光电催化剂等。

同时，纳米线还可以用来制备纳米传感器，用于检测环境中的有害气体和微量分子。

除了碳纳米管和纳米线，金属纳米线、半导体纳米线和聚合物纳米线等一维纳米材料也具有重要的研究和应用价值。

金属纳米线由金属原子组成，具有窄的禁带宽度和高的载流子迁移率，可以用来制备高效的传感器和电子器件。

半导体纳米线由半导体材料构成，可以用于制备高效的太阳能电池和光电器件。

聚合物纳米线则可以用来制备高性能的有机场效应晶体管和柔性纳米电子器件。

一维纳米材料具有多种重要的应用潜力。

例如，它们可以用于制备高性能的传感器、储能材料和光电器件。

一维纳米材料还可以用于制备高效的催化剂，提高反应速率和选择性。

此外，一维纳米材料还可以用于生物医学领域，例如用于药物传输和疾病诊断。

总之，一维纳米材料具有许多独特的性能和应用潜力，对于科学研究和技术发展具有重要的意义。

随着纳米技术的不断发展，我们相信一维纳米材料将在各个领域得到更广泛的应用。

纳米金属材料的制备及其应用在当今工业化发达的社会，材料科学与技术的发展对于推动人类社会的生产力和生活水平都起着举足轻重的作用。

其中，纳米材料作为一种新型材料，其在电子、光学、生物医学等多个领域的应用受到了广泛关注。

纳米金属材料作为其中的一种，在医学、能源储存等方面具有广阔的应用前景。

本文将围绕纳米金属材料的制备和应用展开阐述。

一、纳米金属材料的制备方法1.物理法在物理方法制备纳米金属材料中，常见的方法有气相凝聚法、溅射法、电子束蒸发法等。

以气相凝聚法为例，其制备过程主要包括材料的蒸发、输运和冷凝三个步骤。

通过对不同工艺参数（如沉积时间、气体流量等）的控制，可以获得不同形貌、结晶度、组成的纳米金属材料。

2.化学法化学法中的典型制备方法为还原法，以银纳米颗粒为例，制备过程主要包括银离子溶液中添加还原剂，将前驱体还原成银纳米颗粒的三个步骤。

此外，还有湿法球磨法、焙烧-还原法等方法，其优点在于操作简便、生产周期短、制备纳米尺度均匀、分散性好等。

3.生物法生物法将生物体内的机制引入到纳米材料的制备中，常用的方法有微生物法、生物还原法、生物矿化法等。

以微生物法为例，利用微生物在生物体内的细胞工厂中合成蛋白质等有机分子的特性，通过调节微生物培养环境中银离子的浓度等条件，在微生物细胞体内制备出银纳米颗粒。

该方法具有制备简单、分散性好、环境友好等优点。

二、纳米金属材料的应用领域1.医学领域纳米金属材料在医学领域中的诊断和治疗方面有很大的应用前景。

例如，纳米金属颗粒表面的特殊性质赋予其在生物体内可溶性、低毒性等特性，可以作为药物传输介质，提高药物的效率。

此外，在生物成像方面，由于纳米金属颗粒对于动物组织的穿透性能比一般荧光染料更高，因此逐渐被应用于生物成像中，如CT扫描、磁共振成像等。

2.能源储存领域目前，车用锂离子电池等储能设备的储能密度较低。

纳米金属材料作为一种新型材料，开发其在能源储存领域的应用极具潜力。

利用纳米金属的高比表面积和多孔性等特性，可以制备出具有优异性能的电化学储能材料。

一维纳米材料的制备与性能研究纳米材料是指在纳米尺度下具有特殊性质和应用潜力的材料。

其中，一维纳米材料是指在至少一个维度上具有纳米尺度的材料。

一维纳米材料的制备与性能研究是纳米科学与纳米技术领域的重要研究方向之一。

一维纳米材料的制备方法多种多样，其中最常见的方法是化学合成法。

化学合成法通过控制反应条件和添加特定的助剂，可以实现对纳米材料形貌、尺寸和结构的精确调控。

例如，碳纳米管就是一种常见的一维纳米材料，它可以通过化学气相沉积法、电弧放电法等方法制备得到。

此外，金属纳米线、半导体纳米线等也是常见的一维纳米材料，它们可以通过模板法、溶液法等方法制备。

一维纳米材料的制备方法对其性能具有重要影响。

首先，制备方法可以影响纳米材料的形貌和尺寸。

例如，碳纳米管的直径和壁厚可以通过调控反应温度和碳源浓度来控制。

其次，制备方法还可以影响纳米材料的结构和组成。

例如，金属纳米线的晶格结构和晶面取向可以通过控制溶液中的配位剂和表面活性剂来调控。

最后，制备方法还可以影响纳米材料的表面性质和界面特性。

例如，通过在化学合成过程中加入特定的表面改性剂，可以实现对纳米材料表面的修饰，从而改变其表面能和化学活性。

一维纳米材料的性能研究是纳米科学与纳米技术领域的热点研究方向之一。

一维纳米材料具有独特的电子、光学、热学和力学性质，因此在能源、电子、光电和生物医学等领域具有广泛的应用前景。

例如，碳纳米管具有优异的导电性和力学性能，可以用于制备高性能的导电材料和复合材料。

金属纳米线具有优异的电子输运性能，可以用于制备高性能的电子器件和传感器。

半导体纳米线具有优异的光学性能，可以用于制备高效的光电器件和光催化材料。

此外，一维纳米材料还具有较大的比表面积和较好的可控性，可以用于制备高效的催化剂和吸附材料。

在一维纳米材料的性能研究中，表征方法的发展起到了重要的推动作用。

传统的表征方法如透射电子显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射等可以用于观察纳米材料的形貌和晶体结构。

纳米材料的制备与表征方法详解纳米材料是指具有至少一维尺寸在1-100纳米范围内的材料。

由于其特殊的尺寸效应和表面效应，纳米材料具有许多独特的物理、化学和生物性质，广泛应用于能源、电子、生物医学等领域。

本文将详细介绍纳米材料的制备与表征方法，以帮助读者更好地了解和应用这些材料。

一、纳米材料的制备方法1. 物理法物理法是指利用物理原理和方法制备纳米材料。

常见的物理法包括磁控溅射、蒸发凝聚、惰性气氛法等。

磁控溅射是将靶材置于真空室中，然后通过气体离子轰击靶材表面，使靶材原子冲击脱离并堆积在基底上，从而获得纳米薄膜。

蒸发凝聚是将材料加热到显著高于其熔点的温度，使其蒸发并在冷凝器上再凝结为纳米颗粒。

惰性气氛法是在惰性气氛中利用高温反应或氧化物还原反应生成纳米材料。

2. 化学法化学法是指利用化学反应和溶液合成方法制备纳米材料，常见的化学法包括溶胶-凝胶法、聚合物溶胶法等。

溶胶-凝胶法是将溶胶（纳米颗粒的前体）悬浮在溶液中，通过控制温度、浓度和pH值等条件使其凝胶形成纳米材料。

聚合物溶胶法是将聚合物与金属盐或金属前体形成配合物，然后通过控制溶液组成和pH值等条件制备纳米材料。

3. 生物法生物法是指利用生物体、生物分子和生物反应合成纳米材料。

常见的生物法有生物还原法、生物矿化法等。

生物还原法是利用微生物、酶或植物等生物体将金属离子还原为金属纳米材料。

生物矿化法是利用生物体或生物分子作为催化剂，在无机物晶体表面上沉积金属纳米颗粒。

二、纳米材料的表征方法1. 透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜是用来观察纳米材料形貌和晶体结构的重要工具。

它通过透射电子束穿透样品，产生透射电镜像，并从中获得样品纳米颗粒的尺寸、形状和分布情况以及晶体结构信息。

2. 扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜可用于观察纳米材料的表面形貌和拓扑结构。

它通过聚焦电子束扫描样品表面，形成二次电子、反射电子和荧光X射线等信号，并通过探测二次电子图像来获得样品的表面形貌和微观结构。

【文献综述】一维无机纳米材料的制备方法一．气相法制备①汽-液-固（VLS）机理生长方法一（VLS生长法）：1．以液态金属团簇催化剂作为反应物。

2. 将要制备的一维纳米材料的材料源加热形成蒸汽。

3. 蒸汽扩散到液态金属团簇催化剂表面，形成过饱和团簇后在催化剂表面饱和析出，从而形成一维纳米结构备注：液态金属催化剂液滴的尺寸决定了制备出的纳米线的直径。

方法二（激光烧蚀法+VLS生长法）：1.用含有少量Fe、Au、Ni等金属催化剂的硅粉作为烧蚀靶2.以氩气作为保护气3.在陶瓷管中以一定温度下激光蒸发就可获得纳米线备注：激光烧蚀法制备出的纳米线直径小于VLS生长法催化剂的选定：根据相图选定一种能与纳米线材料形成液态合金的金属催化剂温度的选定：根据相图选定液态合金和固态纳米线材料共存区及制备温度在纳米线生长头部有一个催化剂纳米颗粒应用：VLS生长机理可以应用于制备一维无机纳米材料，例如元素半导体，半导体，氧化物等。

但不能制备一维金属纳米材料。

同时还应继续探索去除金属催化剂的后处理工序。

②氧化物辅助生长方法：1.用SiO2取代金属催化剂制成硅靶，2.采用激光烧蚀法，热蒸发，化学气相沉积法大规模制备硅纳米线备注：1.氧化物在硅纳米线的成核及生长过程中起主导作用2.不需要金属催化剂，避免了金属污染，保证了硅纳米线的纯度。

应用：除了硅以外，还可以制备Ge、C、SiC等Ⅳ族元素及化合物半导体，GaN等Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体及ZnO和ZnS等Ⅱ-Ⅵ族材料，并可制备包括线、棒、共轴线、链和丝带状在内的一维纳米结构。

③气-固（VS）生长方法：1.将一种或几种反应物在反应容器的高温区加热形成蒸汽2.利用惰性气体的流动输送到低温区或者通过快速降温使蒸汽沉积下，从而制备出各种纳米材料备注：1.可分为固体粉末物理蒸发法和化学气相沉积法。

前者属于物理过程，后者在形成蒸汽后发生了化学反应。

且此方法不需加入金属催化剂。

2.纳米线外部包围氧化物层3.所需制备温度较高4.制备得到的纳米材料质量较高应用：氧化铝纳米带、氧化锌、氧化锡、氧化铟纳米带，氧化铝、氧化镁及氧化锌纳米棒，氮化镓和硫化镉钠米线。