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水热法神秘“黑匣子”被打开 纳米材料迎市场新机遇

2020年03月23日 13:09    化工生意网  点击:67
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  随着科技的进步,人们的研究更倾向于精、细、优,尤其在制造业中,对于材料的运用上也愈发讲究,性能好体积小的材料更被人们所青睐。其中,纳米材料基于其微乎其微的体积和良好的性能,已经在市场中持续爆红多年,至今也热度不减。在人们的开发下,纳米材料的种类演变得十分丰富,自纳米金属材料研制成功后,纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等新型纳米材料相继问世。
 
  伴随着纳米材料发展的纳米技术也逐渐成熟,大致可以分为纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。其中,纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产、(如超微粉、镀膜、纳米改性材料等)性能检测技术(如化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能)。由于市场上对纳米材料的认可以及纳米材料技术的突飞猛进,现在,纳米材料已经被广泛运用在生产领域的各个角落。
 
  例如,纳米磁性材料具有特殊的磁学性质,纳米粒子尺寸小,单磁畴结构和矫顽力很高,用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好,而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体,用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。
 
  纳米材料中还有一些材料对温度变化、红外线以及汽车尾气都十分敏感。因此,可以用它们制作温度传感器、红外线检测仪和汽车尾气检测仪,检测灵敏度比普通的同类陶瓷传感器高得多。另外,将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料,会被赋予更佳的表现效果,在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。
 
  利用半导体纳米粒子还可以制备出光电转化效率高、阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。由于纳米半导体粒子受光照射时产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力,因而它能氧化有毒的无机物,降解大多数有机物,最终生成无毒、无味的二氧化碳、水等。所以,还可以借助半导体纳米粒子利用太阳能催化分解无机物和有机物。除此以外,纳米材料还在医疗、计算机、家电、环保、纺织、机械等领域发挥着巨大的作用。
 
  纳米材料如此“神通广大”,那么,它是从何而来呢?事实上,天然纳米材料的利用率很低,实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。而水热法是合成纳米材料中常用的方法,具有许多合成优势。水热合成法能够以单一步骤完成产物的形成与晶化,流程简单、成本相对较低,还容易得到取向好、完美的晶体;在生长的晶体中,能均匀地掺杂并调节晶体生成的环境气氛。
 
  由于水热合成法的众多优势,近100年来,该方法得到了广泛的应用和发展,目前,已成为合成单晶、金属氧化物、陶瓷、沸石和纳米复合材料等多种材料的常用方法。然而,水热合成中所能获得的信息仅限于输入原料、输出产物及反应条件,人们对密闭体系反应中的过程是如何发生的一无所知。但是,为了能有效地控制水热合成产物的质量,认识和理解这其中传热传质过程就显得尤为重要。
 
  一直以来,在水热法过程中,因水热反应釜为密封状态以及高温高压条件,人们难以实现对其原位观察。因此,如何打开这个“黑匣子”成为了水热合成研究领域所面临的挑战。3月23日,据科技日报消息得知,中国科学技术大学首次利用氧化石墨烯的液晶行为和凝胶化能力,获得具有环形极向结构的凝胶,研究者根据凝胶的微观结构揭示了水热合成中的流体行为。
 
  研究结果表明,无论反应釜聚四氟乙烯内衬的大小和形状如何,水热合成中的对流总是存在。对于特定的反应,温差和反应釜内衬大小是影响对流的最主要因素。而增强对流的作用与机械扰动相同,产物均匀性变差,尤其是会对运用水热法规模化合成纳米线、纳米片或大块凝胶材料等产生不可忽视的影响,更强的流场会产生更多的杂质或导致三维块材内部结构不均匀等现象。
 
  中国科学技术大学这次的技术突破和重要发现,进一步增进了对水热合成法制备不同尺度和形状的微纳材料过程及机理的理解,对今后水热法合成纳米材料技术的发展具有非凡的指导意义。相信对水热合成法新的开发和利用将会为纳米材料带来更好的市场机遇。
来源:化工仪器网
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