溶液法化学合成微纳米结构金属氧化物

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【摘　要】近几年,随着我国科学技术的发展,微纳米结构金属氧化物在各个领域得到了广泛的应用,例如：电学、催化、气体传感器等.通过对新合成的微纳米结构金属氧化物生长过程的探索与研究,从而合理调控其尺寸与结构,这对按照人类医院设计合成材料有非常重要的现实意义.本文主要对各种溶液法合成微纳米结构金属氧化物的过程与发展进行了深入的探讨和分析.

【关 键 词】金属氧化物；化学合成；微米结构；纳米结构

0.前言

现如今,对材料的开发和应用对人类的发展发挥了非常重要的作用.可以说,当前材料和能源、信息并成为现代技术发展的主要支柱,再加上,信息技术和能源技术的发展远远离不开材料技术的支持.近几年,由于我国科学技术的飞速发展,从而使得对物质的认识逐步提高.尤其是进入21世纪后有学者提出相对论与量子力学的观点,这样一来,人类对物质世界的认识逐步由宏观阶段进入到微观阶段.生活在一个充满挑战的时代,信息、能源、生物技术、制造技术等的发展势必会对材料技术的发展提出更高的要求.例如：在元件设计上,要求更加智能化、小型化,尺寸要求越来越小,然而,在军事领域、设备制造等领域对材料的性能要求逐渐增高.可以说,对新材料的研究势必会对今后我国社会的发展、经济发展等产生巨大的影响.当前,对微纳米技术的研究在整个材料研究领域占据十分重要的地位.通过不断改进微纳结构制备方法,更有利于人们在原子、分子水平上认识晶体的整个形成过程,不断扩宽对材料性能的深入研究,从而使按照人们的意愿设计所需的纳米器具提供更为合理、合理的指导.

1.溶液法化学合成微纳米结构动力学过程

事实上,溶液法化学合成微纳米颗粒就是晶体颗粒成核与不断生长的过程.使其最终实现对纳米颗粒结构、尺寸、维度等进行控制,因此,我们应该事先对颗粒整个成形过程进行详细了解.按照结晶学理论来分析晶体的生长过程,纳米晶体的成形过程实际上是若干个晶体晶面激烈的竞争生产过程.然而,纳米晶体的生产特性主要是由晶体表面能大小所决定的,其中,表面能越高,晶面生长速度就会很快,反义,生长速度会非常慢.随着时间的不断推移,晶体生长速度较快的晶面会慢慢变小最终消失,但是,生产速度很慢的晶面会慢慢变大,最终便形成一个比较稳定的晶体.除此之外,在晶体生长时,需要在溶液内部加入适量的添加剂,这样一来,能够从根本上改变晶面表面能的高低顺序.在加入添加剂后,某些晶面吸附性要远远比其它晶面强,此种优先吸附不仅可以大大降低吸附晶面表面能,而且又可以阻止晶体朝着垂直晶面方向生长,有利于改变晶体的最终形状.

2.微纳米结构合成法研究发展

我们对铂资源并不陌生,它有用途十分广泛.但是,目前我国铂资源相对比较缺乏,再加上,价格较高,那么,怎样才可以提高铂纳米材料稳定性、催化性是材料技术发展的非常重要的问题.现如今,研究学者面临的一巨大挑战是传统化学法只可以合成表面能较小的金属纳米晶体,而晶体的形状通常是比较正规的立方体、八面体等,形成“低指数”的晶面结构.然而,通过科学家的证实,只有“高指数”晶面结构才可以提高纳米晶体的催化效率.例如：当前二十四面体是非常少见的一种晶体形状,表面结构由高指数晶面所围成.有科学家曾经提出方波点位便可以产生周期性的氧化还原驱动,这样一来,便可以实现对铂纳米晶体生长结构的控制,首次生产出高指数晶面结构,即二十四面体纳米晶体.通过改变控制条件,从而将纳米晶体尺寸大小发生巨大变化.试验结构证实铂纳米催化剂活性与稳定性得到了大大提高,在经济发展的各个领域中具有十分重要的应用价值.对于此种新的研究方法来说,既可以控制纳米晶体结构又可以调控晶体的生长速度,进而制备出具有高表面能的金属纳米晶体,完全打破了传统溶液化学合成低表面能金属纳米晶体的限制.

3.模板法合成中空结构金属氧化物

模板法合成中空结构金属氧化物中,模板主要以微溶性无机盐,结合克肯达尔空位效应来生产中空结构材料的办法.若想要扩展模板法,应该结合溶液体系下各种锌的氧化物在溶液中溶液度差规律,进而合成硫化锌中空微米球.由于氧化锌具有各向异性生长特性与无电流取代反应,有学者设计出一套较为合理的合成空空氧化锌管状材料的原位模板法.在制备过程中,氧化锌中空管是利用错算在模板中腐蚀形成的,得到的氧化锌管外径大约在1-2微米之间,然而,壁厚大约在200-300纳米范围内.利用先进的设备我们可以发现氧化锌直径由根部至顶部发生很大的改变,所以,便出现了特殊的锥形管形状.

4.前驱体法合成微纳米金属氧化物

由于碱式碳酸镁具有形成片状结构的特性,因此,有科学家便设计出一套利用碱式碳酸镁而生产等级结构氧化镁前驱体合成方法.首先,我们先制备碱式碳酸镁的前驱体,进而在某一特定温度下有效控制分解前驱体过程,只有这样,才可以生产出等级结构形状的氧化镁.除此之外,由于碳酸镁在溶液中溶解度是非常小的特性,可以将碳酸镁当作反应物,通过离子置换反应,制备出很多种金属氧化物微纳米结构材料.文章中将氧化镁立方体借助离子置换反映,便提出一种离子替代固液反应的方法,这种方法克服传统固液不能对晶体成核和生长进行控制的漏洞.然而,离子置换方法却能够有效控制金属氧化物微纳米材料的形成,与此同时,这也将为其它金属氧化物微纳米结构材料的产生提供一个合理的借鉴.当前,借助碱式碳酸镁特性生产金属氧化物纳米结构是研究的重点课题,碱式碳酸镁在溶液中的生长特性与微溶特性为合成金属氧化物微纳米结构提供了很多选择的可能,这样一来,我们便更容易生产多种形状、尺寸的金属氧化物微纳米材料.

5.结束语

总体来说,对新材料的研究势必会对今后我国社会的发展、经济发展等产生巨大的影响.当前,对微纳米技术的研究在整个材料研究领域占据十分重要的地位.通过不断改进微纳结构制备方法,更有利于人们在原子、分子水平上认识晶体的整个形成过程,不断扩宽对材料性能的深入研究.通过对溶液化学合成法合成金属氧化物微纳米结构,从其结构、生长行为等作为其研究的起点,对化学法合成技术加以完善和补充.我们得出了下述结论,由于反应物与生产物在溶液中的溶液度的不同,利用离子置换法,提出一种制备金属氧化物微纳米材料发方法,以便制备多种形貌与维度的材料.在反应溶液中,因反应物与生产物溶解度有一定差别,这样一来,金属阳离子由最初的溶液状态变为固态,进而利用离子交换反映,便可以得到金属前驱物,再将前驱物燃烧就能够合成金属氧化物微纳米材料.

【参考文献】

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