水熱法神秘“黑匣子”被打開 納米材料迎市場新機(jī)遇
潤澤科器 - 2020-08-02
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)動(dòng)態(tài)】隨著科技的進(jìn)步，人們的研究更傾向于精、細(xì)、優(yōu)，尤其在制造業(yè)中，對于材料的運(yùn)用上也愈發(fā)講究，性能好體積小的材料更被人們所青睞。其中，納米材料基于其微乎其微的體積和良好的性能，已經(jīng)在市場中持續(xù)爆紅多年，至今也熱度不減。在人們的開發(fā)下，納米材料的種類演變得十分豐富，自納米金屬材料研制成功后，納米半導(dǎo)體薄膜、納米陶瓷、納米瓷性材料和納米生物醫(yī)學(xué)材料等新型納米材料相繼問世。
伴隨著納米材料發(fā)展的納米技術(shù)也逐漸成熟，大致可以分為納米材料技術(shù)及納米加工技術(shù)、納米測量技術(shù)、納米應(yīng)用技術(shù)等方面。其中，納米材料技術(shù)著重于納米功能性材料的生產(chǎn)、(如超微粉、鍍膜、納米改性材料等)性能檢測技術(shù)(如化學(xué)組成、微結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)、物、化、電、磁、熱及光學(xué)等性能)。由于市場上對納米材料的認(rèn)可以及納米材料技術(shù)的突飛猛進(jìn)，現(xiàn)在，納米材料已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在生產(chǎn)領(lǐng)域的各個(gè)角落。
例如，納米磁性材料具有特殊的磁學(xué)性質(zhì)，納米粒子尺寸小，單磁疇結(jié)構(gòu)和矯頑力很高，用它制成的磁記錄材料不僅音質(zhì)、圖像和信噪比好，而且記錄密度比γ-Fe2O3高幾十倍。超順磁的強(qiáng)磁性納米顆粒還可制成磁性液體，用于電聲器件、阻尼器件、旋轉(zhuǎn)
密封及潤滑和選礦等領(lǐng)域。
納米材料中還有一些材料對溫度變化、紅外線以及汽車尾氣都十分敏感。因此，可以用它們制作溫度傳感器、紅外線檢測儀和汽車尾氣檢測儀，檢測靈敏度比普通的同類陶瓷傳感器高得多。另外，將硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成納米材料，會被賦予更佳的表現(xiàn)效果，在大規(guī)模集成電路器件、光電器件等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。
利用半導(dǎo)體納米粒子還可以制備出光電轉(zhuǎn)化效率高、陰雨天也能正常工作的新型太陽能電池。由于納米半導(dǎo)體粒子受光照射時(shí)產(chǎn)生的電子和空穴具有較強(qiáng)的還原和氧化能力，因而它能氧化有毒的無機(jī)物，降解大多數(shù)有機(jī)物，最終生成無毒、無味的二氧化碳、水等。所以，還可以借助半導(dǎo)體納米粒子利用太陽能催化分解無機(jī)物和有機(jī)物。除此以外，納米材料還在醫(yī)療、計(jì)算機(jī)、家電、環(huán)保、紡織、機(jī)械等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。
納米材料如此“神通廣大”，那么，它是從何而來呢？事實(shí)上，天然納米材料的利用率很低，實(shí)際中應(yīng)用的納米材料大多數(shù)都是人工制造的。而水熱法是
合成納米材料中常用的方法，具有許多
合成優(yōu)勢。水熱合成法能夠以單一步驟完成產(chǎn)物的形成與晶化，流程簡單、成本相對較低，還容易得到取向好、完美的晶體；在生長的晶體中，能均勻地?fù)诫s并調(diào)節(jié)晶體生成的環(huán)境氣氛。
由于水熱合成法的眾多優(yōu)勢，近100年來，該方法得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，目前，已成為合成單晶、金屬氧化物、陶瓷、沸石和納米復(fù)合材料等多種材料的常用方法。然而，水熱合成中所能獲得的信息僅限于輸入原料、輸出產(chǎn)物及反應(yīng)條件，人們對密閉體系反應(yīng)中的過程是如何發(fā)生的一無所知。但是，為了能有效地控制水熱合成產(chǎn)物的質(zhì)量，認(rèn)識和理解這其中傳熱傳質(zhì)過程就顯得尤為重要。
一直以來，在水熱法過程中，因水熱反應(yīng)釜為
密封狀態(tài)以及高溫高壓條件，人們難以實(shí)現(xiàn)對其原位觀察。因此，如何打開這個(gè)“黑匣子”成為了水熱合成研究領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)。3月23日，據(jù)科技日報(bào)消息得知，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)首次利用氧化石墨烯的液晶行為和凝膠化能力，獲得具有環(huán)形極向結(jié)構(gòu)的凝膠，研究者根據(jù)凝膠的微觀結(jié)構(gòu)揭示了水熱合成中的流體行為。
研究結(jié)果表明，無論反應(yīng)釜聚四氟乙烯內(nèi)襯的大小和形狀如何，水熱合成中的對流總是存在。對于特定的反應(yīng)，溫差和反應(yīng)釜內(nèi)襯大小是影響對流的最主要因素。而增強(qiáng)對流的作用與機(jī)械擾動(dòng)相同，產(chǎn)物均勻性變差，尤其是會對運(yùn)用水熱法規(guī)?；铣杉{米線、納米片或大塊凝膠材料等產(chǎn)生不可忽視的影響，更強(qiáng)的流場會產(chǎn)生更多的雜質(zhì)或?qū)е氯S塊材內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻等現(xiàn)象。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)這次的技術(shù)突破和重要發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步增進(jìn)了對水熱合成法制備不同尺度和形狀的微納材料過程及機(jī)理的理解，對今后水熱法合成納米材料技術(shù)的發(fā)展具有非凡的指導(dǎo)意義。相信對水熱合成法新的開發(fā)和利用將會為納米材料帶來更好的市場機(jī)遇。
資料來源：百度百科、科技日報(bào)
