金屬納米材料

應(yīng)用

金屬納米材料自誕生以來(lái)對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的影響令人矚目，這主要是因?yàn)榧{米材料往往“身懷絕技”，有特殊的用途?，F(xiàn)列出一些金屬納米材料在實(shí)際中的主要用途：

(1)鈷(Co)高密度磁記錄材料。利用納米鈷粉記錄密度高、矯頑力高(可達(dá)119.4kA/m)、信噪比高和抗氧化性好等優(yōu)點(diǎn)，可大幅度改善磁帶和大容量軟硬磁盤的性能。。

(2)金屬納米粉體對(duì)電磁波有特殊的吸收作用?？勺鳛槲ú牧希哂蓄l帶寬、兼容性好、質(zhì)量小、厚度薄等優(yōu)點(diǎn)。美國(guó)新近開(kāi)發(fā)的含“超黑粉”的納米復(fù)合材料，吸波率達(dá)99%。法國(guó)研究者采用真空沉積法把NiCo合金及SiC沉積在基體上形成超薄電磁吸收納米結(jié)構(gòu)，再粉碎成微屑并制成納米材料，吸波頻率達(dá)50MHz～50GHz。鐵、鈷、氧化鋅粉末及碳包金屬粉末可作為軍事用高性能毫米波隱形材料、可見(jiàn)光一紅外線隱形材料和結(jié)構(gòu)式隱形材料，以及手機(jī)輻射屏蔽材料。

(3)表面涂層材料。納米鋁、銅、鎳粉體有高活化表面，在無(wú)氧條件下可以在低于粉體熔點(diǎn)的溫度實(shí)施涂層。此技術(shù)可應(yīng)用于微電子器件的生產(chǎn)。

(4)高效催化劑。銅及其合金納米粉體用作催化劑，效率高、選擇性強(qiáng)，可用于二氧化碳和氫合成甲醇等反應(yīng)過(guò)程中的催化劑。通常的金屬催化劑鐵、銅、鎳、鈀、鉑等制成納米微?？纱蟠蟾纳拼呋Ч?。由于比表面巨大和高活性，納米鎳粉具有極強(qiáng)的催化效果，可用于有機(jī)物氫化反應(yīng)、汽車尾氣處理等。粒徑為30nm的鎳可將有機(jī)化學(xué)加氫及脫氫的反應(yīng)速度提高15倍。

(5)導(dǎo)電漿料。用納米銅粉替代貴金屬粉末制備性能優(yōu)越的電子漿料，可大大降低成本。此技術(shù)可促進(jìn)微電子工藝的進(jìn)一步優(yōu)化。

(6)高性能磁記錄材料一鐵。利用納米鐵粉的矯頑力高、飽和磁化強(qiáng)度大、信噪比高和抗氧化性好等優(yōu)點(diǎn)，可大幅度改善磁帶和大容量軟硬磁盤的性能。

(7)磁流體。用鐵、鈷、鎳及其合金粉末生產(chǎn)的磁流體性能優(yōu)異，可廣泛應(yīng)用于密封減震、醫(yī)療器械、聲音調(diào)節(jié)、光顯示等領(lǐng)域。用永久磁鐵將磁流體固定在回轉(zhuǎn)軸的周圍，因回轉(zhuǎn)軸與周圍固定件間的空隙很小，其磁場(chǎng)強(qiáng)度特別大，從而能承受較大的沿軸線方向的推力，達(dá)到密封效果。

(8)導(dǎo)磁漿料。利用納米鐵粉的高飽和磁化強(qiáng)度和高磁導(dǎo)率的特性，可制成導(dǎo)磁漿料，用于精細(xì)磁頭的粘結(jié)結(jié)構(gòu)等。

(9)高效助燃劑。將納米鎳粉添加到火箭的固體燃料推進(jìn)劑中可大幅度提高燃料的燃燒熱、燃燒效率，改善燃燒的穩(wěn)定性。

(10)高硬度、耐磨WC-Co納米復(fù)合材料。納米結(jié)構(gòu)的WC-Co已經(jīng)用作保護(hù)涂層和切削工具。這是因?yàn)榧{米結(jié)構(gòu)的WC-Co在硬度、耐磨性和韌性等方面明顯優(yōu)于普通的粗晶材料。其中，力學(xué)性能提高約一個(gè)量級(jí)，還可能進(jìn)一步提高。高能球磨或者化學(xué)合成WC-Co納米合金已經(jīng)工業(yè)化。

(11)Al基納米復(fù)合材料。Al基納米復(fù)合材料具有超高強(qiáng)度(可達(dá)到1．6GPa)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在非晶基體上彌散分布著納米尺度的a—Al粒子，合金元素包括稀土(如Y、Ce)和過(guò)渡族金屬(如Fe、Ni)。通常用快速凝固技術(shù)獲得納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。這種材料具有很好的強(qiáng)度與模量的結(jié)合以及疲勞強(qiáng)度。溫?cái)DA1基納米復(fù)合材料已經(jīng)商業(yè)化，在高溫下表現(xiàn)出很好的超塑性行為：在1s的高應(yīng)變速率下，延伸率大于500%。

另外一些金屬納米材料具有獨(dú)特的氣敏、壓敏、濕敏、熱敏等功能，將納米技術(shù)應(yīng)用于傳感器上，可制成性能更優(yōu)異的傳感器。一些納米顆粒具有磁性，以其為載體制成導(dǎo)向劑，可使藥物在外磁場(chǎng)的作用下聚集于體內(nèi)的局部，從而對(duì)病理位置進(jìn)行高濃度的藥物治療，特別適于癌癥、結(jié)核等有固定病灶的疾病。

第1章 納米技術(shù)和納米材料研究進(jìn)展

1.1　納米、納米技術(shù)和納米材料

1.1.1　納米科學(xué)與技術(shù)

1.1.2　納米材料的分類

1.1.3　納米效應(yīng)

1.1.4　納米特性

1.2　納米技術(shù)和材料研究概述

1.2.1　納米技術(shù)進(jìn)展概述

1.2.2　納米材料研究概述

1.2.3　納米材料應(yīng)用概述

1.3　貴金屬納米材料及其分類

1.3.1　非負(fù)載型貴金屬納米材料

1.3.2　負(fù)載型貴金屬納米材料

1.3.3　貴金屬新型原子簇

1.3.4　貴金屬膜材料

1.3.5　貴金屬納米復(fù)合材料

1.4　貴金屬納米材料產(chǎn)業(yè)化

1.4.1　生產(chǎn)工藝的切實(shí)可行性

1.4.2 中試

1.4.3　基建和設(shè)備采購(gòu)安裝

1.4.4　試生產(chǎn)

參考文獻(xiàn)

第2章　貴金屬深加工基礎(chǔ)

2.1　銀的深加工基礎(chǔ)

2.1.1　硝酸銀

2.1.2　氧化銀

2.1.3　氰化銀鉀

2.2　金的深加工基礎(chǔ)

2.2.1 氯金酸

2.2.2　氰化亞金鉀

2.2.3　亞硫酸金鹽

2.2.4　金水

2.3　鉑族金屬的深加工基礎(chǔ)

2.3.1　鉑的深加工

2.3.2　鈀的深加工

2.3.3　銠的深加工

2.3.4　釘?shù)纳罴庸?

2.3.5　鋨和銥的深加工

2.4　熔鑄和機(jī)械加工

2.4.1　金、銀及其合金的熔鑄

2.4.2　鉑族金屬及其合金的熔鑄

2.4.3　貴金屬及其合金的機(jī)械加工

參考文獻(xiàn)

第3章 貴金屬納米材料的生產(chǎn)和制備方法

3.1 高能球磨法生產(chǎn)納米厚度片狀銀粉

3.1.1　生產(chǎn)工藝

3.1.2　生產(chǎn)操作注意事項(xiàng)

3.1.3　片狀銀粉的標(biāo)準(zhǔn)

3.2　化學(xué)還原法制備非負(fù)載型貴金屬納米粉體

3.2.1　化學(xué)還原法制備超細(xì)和納米金粉

3.2.2　化學(xué)還原法制備納米銀粉

3.2.3　化學(xué)還原法制備納米氧化銀

3.2.4　液相化學(xué)還原法制備納米鈀粉

33光化學(xué)合成法制備納米厚度片狀銀粉124

331制備方法125

332片狀納米銀顆粒的形成過(guò)程125

333表面形貌128

334輻照強(qiáng)度和波長(zhǎng)的影響129

34在表面活性劑分子有序組合體中制備貴金屬納米材料130

341表面活性劑分子有序組合體130

342反膠束中制備貴金屬納米材料137

343微乳液中制備貴金屬納米材料138

344溶致液晶中制備貴金屬納米材料140

35含銀電子漿料的生產(chǎn)141

351含銀電子漿料142

352生產(chǎn)工藝143

36負(fù)載型貴金屬納米粉體的制備144

361浸漬法144

362離子交換法145

363吸附法145

364醇鹽法145

37貴金屬納米復(fù)合材料的制備146

371貴金屬納米單元與高分子直接共混146

372高分子基體中原位生成貴金屬納米粒子147

373貴金屬納米粒子存在下單體分子原位聚合生成高分子148

374貴金屬納米粒子和高分子同時(shí)生成148

38貴金屬納米材料的其他物理制備方法簡(jiǎn)介149

381爆炸絲法149

382熱物理法150

383惰性氣體沉積法151

384流動(dòng)油面上真空沉積法151

385等離子體法153

386電阻加熱法154

387濺射法156

388真空蒸發(fā)鍍膜方法158

389電沉積法160

參考文獻(xiàn)162

第4章貴金屬納米材料在工業(yè)上的應(yīng)用165

41貴金屬納米材料在電子工業(yè)中的應(yīng)用165

411納米銀和金在電子工業(yè)中的應(yīng)用165

412納米貴金屬在微電子工業(yè)中的應(yīng)用169

42貴金屬納米材料在催化劑行業(yè)中的應(yīng)用170

421金催化劑的應(yīng)用171

422鈀催化劑的應(yīng)用178

423鉑催化劑的應(yīng)用179

424銀催化劑的應(yīng)用181

43貴金屬納米材料在醫(yī)藥行業(yè)中的應(yīng)用182

431納米銀抗菌劑在臨床治療中的應(yīng)用182

432納米銀抗菌劑在抗菌材料中的應(yīng)用185

44貴金屬納米材料在生物分析領(lǐng)域中的應(yīng)用187

441納米金探針在DNA檢測(cè)中的應(yīng)用187

442納米金探針在免疫分析中的應(yīng)用190

443納米金探針在單細(xì)胞分析中的應(yīng)用191

444納米金探針在靶向藥物中的應(yīng)用192

445納米金技術(shù)在生物傳感器中的應(yīng)用193

45納米貴金屬在電分析化學(xué)中的應(yīng)用197

46貴金屬納米材料在其他行業(yè)中的應(yīng)用200

參考文獻(xiàn)203

第5章貴金屬納米材料分析212

51納米材料的一般分析方法212

511納米材料的化學(xué)成分分析213

512納米顆粒的表征214

52貴金屬納米材料的取樣和預(yù)處理223

521貴金屬納米粉體材料223

522貴金屬納米復(fù)合材料226

523貴金屬合金228

53貴金屬元素的定性和定量化學(xué)分析229

531貴金屬標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與儲(chǔ)存230

532貴金屬元素的定性分析233

533貴金屬元素的定量分析234

54貴金屬元素的儀器分析250

541吸光光度法250

542原子吸收光譜法254

543電感耦合等離子體發(fā)射光譜法260

544高效液相色譜法263

545化學(xué)計(jì)量學(xué)264

55貴金屬納米材料的顆粒和形貌分析265

551透射電鏡觀察265

552掃描電鏡觀察271

553原子力顯微鏡觀察272

554粒徑分布分析275

555X射線粉末衍射線寬法分析277

56貴金屬納米材料的性能測(cè)試與分析280

561光學(xué)性能及其測(cè)試、分析280

562催化性能及其測(cè)試、分析288

參考文獻(xiàn)290

第6章貴金屬納米材料產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的環(huán)境保護(hù)294

61貴金屬納米材料清潔生產(chǎn)技術(shù)294

611概述294

612廢有機(jī)溶劑回收技術(shù)296

62貴金屬納米材料生產(chǎn)中的廢水治理301

621含酸、堿廢水的處理與利用301

622含氰廢水的處理306

623含重金屬?gòu)U水處理315

63貴金屬納米材料生產(chǎn)中的廢氣治理326

631二氧化硫廢氣的治理326

632氮氧化物廢氣的凈化336

64貴金屬納米材料生產(chǎn)中的固廢治理348

641固體廢物的收集和運(yùn)輸349

642危險(xiǎn)廢物的固化/穩(wěn)定化350

643危險(xiǎn)廢物的處置360

參考文獻(xiàn)366

隨著金、銀、鉑、鈀等貴金屬的貨幣職能的逐漸弱化，工業(yè)用貴金屬的數(shù)量急劇增加，原因之一是納米技術(shù)等高新技術(shù)不斷與傳統(tǒng)的貴金屬深加工技術(shù)相結(jié)合，大大拓展了貴金屬在工業(yè)上的應(yīng)用范圍和應(yīng)用數(shù)量。

本項(xiàng)目擬在貴金屬納米材料的電沉積生長(zhǎng)體系中，提出和研究一種新的金屬離子的還原方式，即電子隧穿還原。與傳統(tǒng)生長(zhǎng)理論中的還原方式不同，這種新的還原方式是指在某些條件下，生長(zhǎng)表面的電子會(huì)通過(guò)隧穿效應(yīng)將溶液中的金屬離子還原。金屬離子的還原是金屬納米材料在電沉積生長(zhǎng)體系中生長(zhǎng)的初始步驟，其還原方式會(huì)對(duì)材料的整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程產(chǎn)生直接的根本性的影響。本項(xiàng)目將通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論相結(jié)合的方式，對(duì)電子隧穿還原下貴金屬納米材料的生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行深入和細(xì)致的研究。通過(guò)研究揭示出電子隧穿還原這種新的還原方式對(duì)材料生長(zhǎng)過(guò)程的影響，獲得材料在新的還原方式下的生長(zhǎng)規(guī)律和生長(zhǎng)機(jī)理。并利用電子隧穿還原導(dǎo)致的顆粒聚集生長(zhǎng)，研究貴金屬超結(jié)構(gòu)納米材料的形貌控制機(jī)理。該項(xiàng)目的研究將進(jìn)一步揭示和發(fā)展溶液中金屬納米材料的生長(zhǎng)機(jī)理，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。