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水熱法神秘“黑匣子”被打開 納米材料迎市場新機遇
2020年03月23日 11:33:52
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：6540
隨著科技的進步，人們的研究更傾向于精、細、優(yōu)，尤其在制造業(yè)中，對于材料的運用上也愈發(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，納米半導體薄膜、納米陶瓷、納米瓷性材料和納米生物醫(yī)學材料等新型納米材料相繼問世。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)動態(tài)】隨著科技的進步，人們的研究更傾向于精、細、優(yōu)，尤其在制造業(yè)中，對于材料的運用上也愈發(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，納米半導體薄膜、納米陶瓷、納米瓷性材料和納米生物醫(yī)學材料等新型納米材料相繼問世。
伴隨著納米材料發(fā)展的納米技術也逐漸成熟，大致可以分為納米材料技術及納米加工技術、納米測量技術、納米應用技術等方面。其中，納米材料技術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(如化學組成、微結構、表面形態(tài)、物、化、電、磁、熱及光學等性能)。由于市場上對納米材料的認可以及納米材料技術的突飛猛進，現(xiàn)在，納米材料已經(jīng)被廣泛運用在生產(chǎn)領域的各個角落。
例如，納米磁性材料具有特殊的磁學性質，納米粒子尺寸小，單磁疇結構和矯頑力很高，用它制成的磁記錄材料不僅音質、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、旋轉密封及潤滑和選礦等領域。
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、光電器件等領域發(fā)揮重要的作用。
利用半導體納米粒子還可以制備出光電轉化效率高、陰雨天也能正常工作的新型太陽能電池。由于納米半導體粒子受光照射時產(chǎn)生的電子和空穴具有較強的還原和氧化能力，因而它能氧化有毒的無機物，降解大多數(shù)有機物，終生成無毒、無味的二氧化碳、水等。所以，還可以借助半導體納米粒子利用太陽能催化分解無機物和有機物。除此以外，納米材料還在醫(yī)療、計算機、家電、環(huán)保、紡織、機械等領域發(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？事實上，天然納米材料的利用率很低，實際中應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，能均勻地摻雜并調節(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)物及反應條件，人們對密閉體系反應中的過程是如何發(fā)生的一無所知。但是，為了能有效地控制水熱合成產(chǎn)物的質量，認識和理解這其中傳熱傳質過程就顯得尤為重要。
一直以來，在水熱法過程中，因水熱反應釜為密封狀態(tài)以及高溫高壓條件，人們難以實現(xiàn)對其原位觀察。因此，如何打開這個“黑匣子”成為了水熱合成研究領域所面臨的挑戰(zhàn)。3月23日，據(jù)科技日報消息得知，中國科學技術大學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)形極向結構的凝膠，研究者根據(jù)凝膠的微觀結構揭示了水熱合成中的流體行為。
研究結果表明，無論反應釜聚四氟乙烯內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，溫差和反應釜內襯大小是影響對流的主要因素。而增強對流的作用與機械擾動相同，產(chǎn)物均勻性變差，尤其是會對運用水熱法規(guī)模化合成納米線、納米片或大塊凝膠材料等產(chǎn)生不可忽視的影響，更強的流場會產(chǎn)生更多的雜質或導致三維塊材內部結構不均勻等現(xiàn)象。
中國科學技術大學這次的技術突破和重要發(fā)現(xiàn)，進一步增進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理的理解，對今后水熱法合成納米材料技術的發(fā)展具有非凡的指導意義。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遇。
資料來源：百度百科、科技日報
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