纳米金属材料进展论文范文

纳米金属材料进展论文范文第1篇

随着1997年清华大学Shoushan Fan研究小组最先在Science杂志发表了第一篇关于Ga N纳米棒的制备的文章。在随后的几年中, 研究者提供了各种制备Ga N纳米线的方法, 主要有以下几种制备方法:

1.模板限制生长法。

Shoushan Fan等采用碳纳米管为模版, 通过限制Ga2O蒸气与NH3在碳纳米管中发生反应制备了六方纤锌矿结构的Ga N纳米棒, 所制备的产物直径在4至50纳米之间, 长度达到25微米。此外, 也有研究采用阳极氧化铝、SBA-15等模版制备了大面积的Ga N纳米线薄膜。

2.激光辅助催化生长法。

Charles M.Lieber等报道了通过激光辅助催化生长Ga N的方法, 通过脉冲激光烧蚀Ga N/Fe的靶材制备了大量六方纤锌矿结构的单晶Ga N纳米线。

3.化学气相沉积法。

该方法是基于VLS生长理论, 依靠金属催化剂加速纳米线生长的化学气相沉积法, 其基本过程为:在氮气和氨气气氛中, 加热镓源使之成为气态;气态的镓源与氮源在负载有催化剂的基底上沉积形成Ga N纳米结构;催化剂通常为过渡金属或者其氧化物。

4.分子束外延生长法。

Kou和Kei等在不使用催化剂或者模版的情况下, 通过分子束外延的方法在c-Al2O3基底上制备了生长晶格方向为0001的Ga N纳米棒阵列。Yoshizawa等利用RF-MBE制备了高密度的Ga N纳米棒阵列。

5.反应离子刻蚀法。

反应离子刻蚀技术提供了一种经典的自上而下的制备纳米材料的方法, 它通过选择性地刻蚀生长在基底材料上的薄膜从而得到所需的纳米结构。Yu等利用电感耦合等离子体反应离子刻蚀技术在Al2O (30001) 面的Ga N外延层上制备了直径可控、密度可控的Ga N纳米线。

Ga N纳米线的制备主要依据两种生长机制:Vapor-Solid生长理论和Vapor-Liquid-Solid (VLS) 生长理论。前者是在一定的温度梯度存在的情况下, 生长源由气态直接凝结为固态, 并在温度梯度的低温区成核长大, 依靠合适的过冷速度, 形成一维的纳米线, 其主要缺陷在于对设备的依赖性大, 且受外界环境温度影响较大, 难以保证生长过程中的确切温度, 难以提高所制备纳米线的产量和产率。下面重点介绍VLS生长理论。

自从1964年VLS理论被R.S.Wagner和W.C.Ellis提出以来, 被广泛用于解释一维纳米结构的生长过程。在此指导下, 研究者试图对整个生长过程有一个清晰的认识, 从而实现通过VLS生长来可控的制备特定尺寸、成分、晶型、形貌和生长方向的纳米线, 以期真正实现将纳米线作为“bottom-up”方法构建新材料新器件的基本模块。

影响VLS的一系列的过程和因素可以分为以下几类:热力学因素表示晶体生长的可能性, 与化学势有关;动力学主要决定晶体生长中各个过程进行的速度;而物质传输过程则涉及物质从气相到生长界面的运动过程;化学反应包括前驱体的吸附脱附、分解化合、反应以及副反应等一系列复杂过程。而这些过程和要素受温度、压力、各前驱体的分压等具体条件的影响。

尽管目前的研究中在某些方面还存在争议, 但是, 仍然有一些普适性的理论解释, 对我们更好地认识整个生长过程、探索纳米线可控生长提供了理论依据。首先, 催化剂颗粒/纳米线的界面是择优成核生长的位置, 即相比于基底和纳米线的侧面, 催化剂颗粒/纳米线的界面处是动力学上的低能位置, 进而在界面上形成的台阶流动 (step flow) 造成新的成核和生长, 有证据表明三相交界处是成核的最佳位置, 同时其与周围的势垒能有效阻止原子向其他位置的扩散;其次, 对于多元化合物纳米线的生长过程, 金属合金的平衡相图受第三种物质的影响巨大, Ⅲ-Ⅴ族元素的比例不同, 纳米线的生长过程也不同;最后, 在纳米线生长过程中, 物质传输过程、化学反应过程、热力学因素和动力学因素等都有可能成为生长的限制性因素, 因此温度、压力、前驱体等对纳米线的生长的影响并非独立的, 即使是其中一个条件独立变化, 对各个过程和因素的影响也各有不同。

纵观近年来一维Ga N纳米材料的研究, 虽然, 目前还停留在理论探索和实验室研究阶段, 但是, 相信随着研究的深入和技术的积累, 其必然能够以可控制备为起点, 广泛地在集成电路等领域取得重大突破。此外, 科研院所和相关企业在研发期, 在注重技术积累的同时, 更应着眼长远, 提升创新保护意识, 注重专利保护, 尤其是提高前期专利布局水平, 为未来奠定良好的知识产权保护基础。

摘要：本文总结了近年来一维氮化镓纳米材料的主要制备方法, 并介绍了相关理论研究成果, 探讨了其可控制备的关键影响因素, 为相关研究者布局专利申请提供了技术参考和可研方向的指引。

纳米金属材料进展论文范文第2篇

纳米材料由于粒径的特异性, 具有独特的物化性质, 如巨大的比表面积、强烈的量子效应和界面效应等, 使其在工业、科技和医学等领域均有广泛的应用, 成为各国发展最快的科学研究和技术开发领域之一。随着纳米技术的飞速发展, 纳米材料的生物效应与安全性引起了人们的高度关注, 关于纳米材料的环境归趋及对生物的负效应等研究也日益增多。

1 纳米材料对水生生物的毒性效应

纳米材料的大量研发、生产和商品化应用, 使其不可避免的通过不同途径如水处理系统、污水排放和再生水补给等进入到城市河流和景观水体等水体环境中, 对其化学组成和生态系统产生影响。自2004 年Oberdorster[1]报道了低浓度的富勒烯使大嘴黑鲈脑部产生脂质过氧化开始, 纳米材料对水生生物的生态毒理效应逐渐受到人们的关注。纳米材料对不同营养级水生生物 ( 细菌、浮游植物、浮游动物、鱼类等) 的毒性影响已有不少报道, 发现纳米材料对水生生物的毒性高于传统材料, 如抑制藻类、细菌和大型水蚤等的生长, 降低生物的食物摄取能力, 甚至能穿越鱼的大脑屏障, 到达大脑。

水体中碳纳米管的存在会改变腐殖酸与铜的原有平衡而增大自由铜离子的浓度[2]。进入水环境中的悬浮纳米材料能够被不同营养级别的水生生物 ( 细菌、浮游植物、浮游动物和鱼类等) 通过水体或者食物链的方式吸收, 抑制其生长、繁殖, 对其产生危害。纳米Ti O2颗粒会导致水生细菌产生细胞内ROS从而对其细胞壁产生破坏作用, 且会抑制微藻和大型水蚤的生长[3]。低浓度富勒烯纳米材料也会对大型水蚤产生毒性效应, 显著减弱大型蚤的繁殖能力, 且会诱导大口黑鲈幼鱼脑部脂肪超氧化作用, 降低腮部谷胱甘肽的水平。纳米Al2O3会影响网纹水蚤和微藻细胞的生长, 且在低浓度下 (1mg/L) 会降低湖水中细菌的存活率并造成细胞损伤[4], 也有报道表明纳米Al2O3对绿藻和大型水蚤低毒或基本无毒[5]。至今为止, 对于纳米Al2O3的毒性效应还没有得到很好的认识。

纳米材料进入水环境后, 由于与传统材料相比具有巨大的比表面积和反应活性, 能与水体中的其它污染物发生界面反应。不仅影响污染物在环境中的存在状态和迁移转化, 也会作为污染物的载体, 增大污染物的生物可利用性和毒性效应, 引起严重的生态后果, 具有潜在的生态风险。目前, 大多数研究主要集中在单一纳米材料的环境效应上, 但却忽视了实际环境中多种污染物共存产生的协同效应。重金属污染物仍然是河流生态系统中重要的危害因子, 其能够通过食物链传递等影响城市陆地生态以及人群健康。纳米材料与重金属污染物的界面结合是强化还是弱化污染物的毒性效应至今仍无统一定论。

2 总结与展望

尽管目前已有许多关于纳米材料毒性效应的研究, 但大多数仅限于对单一高浓度纳米材料在实验室条件下的毒性效应研究。对于实际水体环境中, 受水质参数的影响, 以及在多种污染物共存的条件下, 低浓度纳米材料产生的生物效应以及纳米材料与重金属复合体系产生的协同或拮抗的联合生态效应, 亟待进一步深入研究。

摘要：随着纳米技术的飞速发展, 纳米材料的生物效应与安全性引起了人们的高度关注, 关于纳米材料对生物的负效应研究也日益增多。本文对国内外纳米材料水生态环境效应的研究进展进行了综述, 并提出了一些问题与研究的方向。

关键词：纳米材料,环境效应,毒性

参考文献

[1] Oberdörster E.Manufactured nanomaterials (fullerenes, C60) induce oxidative stress in the brain of juvenile largemouth bass.Environmental health perspectives, 2004, 112:1058-1062.

[2] 蒋国翔, 等.环境中典型人工纳米颗粒物毒性效应[J].化学进展, 2011, 8:1769-1781.

[3] Campos B, Rivetti C, Rosenkranz P, Maria Navas J, Barata C.Effects of nanoparticles of Ti O2 on food depletion and life-history responses of Daphnia magna.Aquatic Toxicology, 2013, 130:174-183.

[4] 李晶, 胡霞林, 陈启晴, 尹大强.纳米材料对水生生物的生态毒理效应研究进展.环境化学, 2011, 30:1993-2002.

纳米金属材料进展论文范文第3篇

随着工业需求的提高和应用场景的多样化，高强度、高塑性、高韧性成为金属材料发展的必然趋势。通常情况下，可以通过固溶强化、应变强化、第二相弥散强化等方法来提升金属材料的强度，这些方法的本质都是在金属材料中引入各种缺陷，通过阻碍位错运动来实现，但往往会导致塑性的降低。因此，如何在保证高强度、高韧性的前提下提高金属材料的塑性，成为金属材料研究的关键问题川。

细晶强化是一种能够在提高强度的同时改善塑性和韧性的方法，因此备受研究人员关注。而当单相或多相金属材料基体中的晶粒被细化至纳米级别（1～100nm），即称为“纳米晶金属材料”。纳米晶金属材料相对于传统的金属材料，在强度、硬度、韧性、超塑性等力学性能方面均有较大幅度的提升，其强化机理是当晶粒被细化至纳米级别后，晶界占材料的体积百分比非常大，材料整体的缺陷密度也会相应提高，从而阻碍位错运动。自20世纪80年代德国H.Gleite暾授课题组利用惰性气体凝聚原位加压法制备出块体纳米晶金属后，纳米材料的研究及制备技术引起了研究人员的普遍重视。经过30余年的发展，纳米金属粉体、金属纳米晶薄膜的制备和材料表面纳米化技术已经比较成熟，有部分制备技术已经实现产业化，而制备块体纳米晶金属材料的报道却相对较。

本文将对块体纳米晶金属材料的特性和制备方法进行介绍，继而结合文献计量法分析当前块体纳米晶金属材料的研究热点和发展态势，最后通过对公开资料整理以及专利分析，讨论当前块体纳米晶金属材料的应用。

1纳米晶金属材料的特性及制备方法

1.1纳米晶金属材料的特性

通过细化晶粒，能够同时提高金属材料的强度、塑性和韧性。但是随着材料加工（制备）技术的发展，晶粒尺寸被加工（制备）到更细的水平，许多实验数据表明，当晶粒被细化到亚微米、纳米尺度之后，以往“强度和塑性随晶粒尺寸减小而增强”的结论并不适用。对此，国内外研究者开展了大量的工作试图阐明其机理。

1.1.1强度

在通常情况下，金属材料的屈服强度和晶粒尺寸满足霍尔—佩奇关系（Hall Perch Relationship），即晶粒尺寸越小，金属材料的强度和硬度会越大。显然，晶粒细化至纳米尺寸，理论上金属材料的强度和硬度将会有显著的提高。然而越来越多的实验数据表明，当金属材料的晶粒尺寸小于某个临界值之后，强度與晶粒尺寸会呈反霍尔—佩奇关系（anti HallPerch Relationship），即强度随晶粒尺寸减小而降低（见图1）。研究表明这个临界尺寸大约是10～50nm（不同的金属材料临界尺寸略有不同）。研究人员对此现象进行了分析，发现当晶粒尺寸（或者说晶界体积百分数）到达I临界值时，纳米晶金属材料的塑性形变的主导机制就会从位错诱导变为晶界滑移。此外，由于晶界的体积百分数增大，界面能也随之增大，纳米晶金属材料的结构并不稳定，即使在室温下也可能会出现晶粒长大的现象，使其强度降低。

1.1.2塑性

在传统的粗晶金属材料领域，降低晶粒尺寸可以在提高强度的同时增强材料的塑性。然而研究人员发现当晶粒尺寸缩小至纳米尺度时，虽然金属材料的强度或许能够得到很大的提升，但是塑性却未必能够得到增强，甚至会下降，这种现象尤其体现在金属材料的均匀延伸率上。图2反映了块体纳米晶金属材料中强度和塑性的关系，可见，大多数纳米晶金属材料处于阴影区域的左边，表明大部分纳米晶金属材料表现出高强度、低塑性。而少数落在阴影区外的点为纳米晶铜，表明金属铜在晶粒被细化到纳米尺寸后仍能保持较高的强度和塑性。此外，晶粒的细化对金属材料塑性的影响还反映在加工硬化率变差上，加工硬化率差会使材料在拉伸测试中产生应力集中，过早出现局部变形，影响材料的成型。

1.2块体纳米晶金属材料制备方法

按照原材料和工艺路径的不同，块体纳米晶金属材料的制备方法可分为2大类。第一类是“两步法”，这种方法从微观层面入手，先制备出纳米级的颗粒，再经加压、烧结获得块体纳米晶金属材料。如机械合金法、粉末冶金法、惰性气体冷凝法等;而第二类则“一步法”又可以细分成2种，一种是通过特殊工艺对宏观的块状金属材料机进行处理，将其晶粒尺寸细化至纳米级，如非晶晶化法、大塑性形变法;另一种是通过快速凝固、电沉积、等离子烧结等方法直接制备出块体纳米晶金属材料。主要制备方法及优缺点如表1。

2基于文献计量的块体纳米晶金属材料研究态势分析

在科学网（Web of Science）中的科学引文索引扩展板（sCIExpand，SCIE）数据库对块体纳米金属材料相关论文进行检索，以了解该技术领域的研究现状及发展趋势。检索式：TS一[（nano grain OR\"nanograin”OR nanocrystal*）AND（alloy*OR metal*）AND（synthsi*OR prepat*）AND（bulk））NOTTI=oxid*;检索时间是2020年3月27日;检索时间范围为1990-2020年;数据库是sCIE;文献类型为全部类型，共检索到相关论文1137篇。

2.1块体纳米晶金属领域发文趋势分析

对1991-2019年间该领域年度发表的论文进行分析，结果如图3所示。可见从1994-2009年间，块体纳米晶金属材料领域的论文量总体呈上升趋势，而在2010-2019年间发文量有所回落。数据表明在1994-2009年间纳米晶金属材料研究的热度逐渐上升，在2010年之后年度发文量在60篇左右波动。这或许是由于领域的相关研究进入了一个瓶颈期，有待技术上革命性的突破。

2.2发文国家，地区分析

对相关论文通讯地址所在国家/地区进行分析，根据发文数量进行排序，结果如图4所示。中国、美国、德国、日本、印度等国家发文量排名前5，其中我国在纳米金属材料领域发文量遥遥领先，为第2名（美国）的4倍，可见我国在块体纳米晶金属材料领域具有较好的研究基础和技术储备。

2.3研究机构

对相关论文的发文通讯单位进行分析，根据发文数量进行排序，前10名如表2所示。国内主要以中国科学院、北京工业大学、燕山大学、兰州理工大学等高校及科研院所发文较多，其中以中国科学院为通讯机构的文章主要来自中科院金属研究所。国外印度理工学院、日本东北大学、德国德莱斯顿莱布尼兹固态与材料研究所等高校或科研院所发文较多。

2.4研究热点

对相关论文的关键词进行分析，整理出与制备方法、研究方向相关的关键词，如表3所示。可见机械合金法（Mechanical Alloying）、放电等离子烧结（Spark plasmasintering）、粉末冶金（PowdermetallurgY）等关键词的出现频次较多，表明研究人员多关注于“两步法”的块体纳米金属材料制备方法。其次，无定形（amorphous）、晶化（crystallization）、电化学沉积（electrodeposition）、金属玻璃（metallic glasses）等关键词频次也较高，表明非晶晶化法、电化学沉积法等“一步法”和纳米金属玻璃的制备也受到一定的关注。

3块体纳米晶金属材料应用现状及产业化前景

3.1块体纳米晶金属材料应用现状

在应用方面，块体纳米金属材料在实验中展现出比传统金属材料更好的力学性能和抗腐蚀性，理论上在生物医疗、航空航天、船舶、电子通讯、汽车、机械、核电等多个行业具有一定的应用潜力。但是根据网络调研，未见纳米金属材料大批量产业化应用的报道，少量的与应用相关报道来自于高校和科研院所的成果介绍。

兰州理工大学喇培清团队制备出了相对密度大于98%、平均晶粒尺寸小于20nm且在各个方向基本均匀，材料厚度大于10mm、直径约为90mm的纳米晶金属材料，并在某型号潜艇发动机密封环中得到了应用。

根据美国小企业技术转移创新研究计划（SBIR STTR）网站查询结果，共查询到86个相关项目信息，结果表明在2000-2015年问，美国已有较多块体纳米金属相关研究成果，并尝试投入实际生产。值得一提的是，相關项目涉及多种军事用途，如子弹弹头、个体装甲等。根据网站资料显示，项目基本于2015年前结题，并未查询到后续产业化信息。

日本早在2002年已着手组织大学和企业开发纳米金属材料，拟为航空航天、海洋开发及半导体元器件等高技术行业提供高强度、耐腐蚀、耐高温、导电性好的金属材料。对相关专利进行解读，日本纳米技术研究所在2003年通过机械合金法制备出品粒尺寸在30～80nm不等的多种纳米晶奥氏体钢。

3.2基于专利分析的块体纳米晶金属材料产业化前景分析

对块体纳米金属材料相关专利进行分析，从技术分布和成果转化的角度了解当前块体纳米晶金属材料的应用现状及前景。以检索式IPC=（C21OR C23OR C25OR C40ORC30OR C99OR B22） ANDTIAB=[（nano OR nano-grain ORnanocrystal*OR纳米晶OR纳米）AND（alloy*OR metal*OR金属）AND（synthsi*OR prepar*OR制备OR制造）AND（bulk OR块）NOT（氧化物OR oxid*）1在Incopat专利检索平台经行检索，共检索到专利472条，检索时间为2020年3月25日。

3.2.1专利技术来源及构成

对检索得到专利的申请人国别进行分析（见图5），大部分专利来自于中国，数量占总体的57%，其中我国专利的申请人类型主要为大专院校，其次是企业和科研单位。表明我国块体纳米金属材料的相关技术主要来自于高校或科研机构。

3.2.2专利技术转化情况

对472件专利的法律事件进行分析，其中71件专利发生转让，转让率为15%，领域专利转让率较高。进一步分析转让专利的受让人情况，结果如图6所示。可见有64件专利的受让人为企业，占64%;有25件专利的受让人为高校及科研院所，占24%;值得注意的是有11件专利的受让人为美国空军、美国海军等美国官方机构，表明部分专利可能用作军事用途。

4结语

块体纳米金属材料在实验中展现出比传统金属材料更好的力学性能和抗腐蚀性，能够适应更多的应用场景，理论上在航空航天、船舶、电子通讯、汽车、机械、核电、生物医疗等多个行业具有应用潜力，并具有军事用途，美国有用作子弹头、个体装甲等相关项目。

从论文发表情况来看，块体纳米晶金属材料受到了一定的关注，但是其研究可能进入了瓶颈期，有待突破。当前研究主要集中在“两步法”，其中机械合金法、放电等离子烧结、粉末冶金等方法研究较多。“一步法”中电化学沉积和非晶晶化法相对关注度较高。

我国块体纳米金属材料相关研究论文和专利的发表量遥遥领先，具有较好的研究基础和技术储备。但是国外纳米金属材料相关专利的转让率较高，且多数受让人为企业，也有军事部门。

目前仅有少数纳米金属材料试验性应用的报道，主要是一些体积较小的构件，并未出现大型构件采用块体纳米晶金属材料的相关报道。虽然美国、日本等在2l世纪初期已开展纳米金属材料的技术研究和应用项目，但后续没有产业化，这可能是由于纳米晶金属材料当前的制备技术还无法满足大批量工业生产的需求。

纳米金属材料进展论文范文第4篇

摘 要：锂离子电池在实际应用过程中，电极材料会因为锂离子的应用，出现电池失效现象。应用中空无机非金属纳米材料可实现锂离子电池电极空腔体积与壳层厚度的调整，以满足电极材料在充放电过程中的膨胀、收缩需求，提升锂离子电池使用性能，降低电池失效现象的产生。基于此，从中空无机非金属纳米材料相关概述出发，在文献资料梳理下，就锂离子电池的中空无机非金属纳米材料制作方法进行了简要分析，以供参考。

关键词：锂离子电池;中空无机非金属纳米材料;材料研究

引言：锂离子电池作为二次电池，兴起于上世紀九十年代，在不断发展过程中具备了大能量密度、充电快速、充电效率高、输出功率大、低环境污染、自放电小等特征，并被广泛应用于日常生产与生活中。在锂离子电池应用过程中，其性能的优化与作用的发挥与电极材料存在密切关联性。加强锂离子电池电极材料的研究已经成为人们关注的重点。鉴于此，本文主要对用于锂离子电池的中空无机非金属纳米材料如下分析，以期明确中空无机非金属纳米材料应用优势，探寻电极材料制备创新方法。

1中空无机非金属纳米材料

“中空无机非金属纳米材料”主要是指具备中空结构的无机非金属材料。而为无机非金属材料（inorganic nonmetallic materials）是除有机高分子材料、金属材料外，对其他材料的统称，主要以一些元素的氧化物、氮化物、硼化物、硅酸盐、磷酸盐、铝酸盐等构成，最早形成于上世纪四十年代，并在不断发展中得到进步与完善，成为当前生活与生产中应用较为广泛的材料之一[1]。而在无机非金属材料应用过程中，利用模板法能够制备具有纳米级三维中空体系的无积分金属材料，可有效提升无机非金属性能，使其在能量存储、能量转化、气体探测中得到广泛应用。以锂离子电池为例，应用中空无机非金属纳米材料制备电极可有效增大电极与电解液之间的接触面积，增强反应活性位点。与此同时，中空无机非金属纳米材料功能化壳层，能够有效适应锂离子电池充放电过程中颗粒的膨胀、收缩，降低电池失效现象的产生，以推动锂离子电池优化发展，为能源应用与节约提供创新发展路径。

而在锂离子电池中空无机非金属纳米材料制备过程中，传统模板法所制备材料多为球体结构，在实际应用过程中存在一定的限制。对此，如何在改变形貌的同时，有效控制高曲率与残余应力的影响，实现冗长壳沉积的去除，提升操作简便性，实现产品质量、经济、品质的协调发展成为人们关注的重点。对此，有必要对用于锂离子电池中空无机非金属纳米材料进行研究，在明确其应用价值的同时，创新实用性强、操作简便的中空无机非金属纳米材料制备方法。

2用于锂离子电池的中空无机非金属纳米材料制备方法

2.1中空无机非金属纳米材料制备之“柯肯达尔效应”

柯肯达尔效应（kirkendall effect）是现阶段中空无机非金属纳米材料制备的重要方法之一。它能够使两种或两种以上扩散速率不同的金属在一定条件下产生缺陷，从而使原本实心的颗粒成为具备中空结构的纳米材料。在用于锂离子电池的中空无机非金属纳米材料制备过程中，应用柯肯达尔效应具有显著的优势。一方面，在材料制备过程中无需利用模板，实现制备步骤的缩减，有利于节约电极材料制作成本，提升材料制备的可操作性，满足电极材料大规模生产需求;另一方面，柯肯达尔效应基于固态物质扩散现象，能够在不利用层状材料的情况下，实现二元及以上复杂结构材料的合成，简化材料制备条件[2]。例如，可根据Mn与Ni原子向外扩散与O原子向内扩散存在的速率差，进行具备中空结构0.3Li2MnO3·0.7Li Ni0.5Mn0.5O2锂离子电池负极材料的制作。该材料的应用可有效提升锂离子电池放电性能，实现室温条件下200mAh/g的放电电流密度，并在100次循环后仍具备201mAhg-1可逆比容。由锂离子电池工作原理可知，锂离子电池在充分放电过程中，锂离子会在正负电机之间进行嵌入和脱嵌。在此过程中，锂离子的嵌入和脱嵌性能与锂离子电池正负电机内部结构存在密切关联性。而

黑铁钒矿VOOH与次铁钒矿VO2由于具备高离子导电率、高能量密度等优势，应用于锂离子电池电极材料制备中，可有效提升锂离子电池性能，增强锂离子电池应用安全性。对此，可利用柯肯达尔效应进行锂电池电极材料制备，如利用L-半胱氨酸将V（IV）O（acac）2还原成V10O14（OH）2，并使其在水解作用下生成黑铁钒矿VOOH片状结构，使其附着在V10O14（OH）2表面，与V10O14（OH）2之间形成空隙，随着V10O14（OH）2的消失以及黑铁钒矿VOOH的部分氧化，将得到具有中空海胆状结构的次铁钒矿VO2纳米材料，用作于锂离子电池电极材料，实现与电解液接触面积的扩大，促进锂离子嵌入、脱嵌效率的提升。

2.2中空无机非金属纳米材料制备之“溶剂热法”

溶剂热法（solvothermal method）是基于水热法发生下形成的一种合成方法，主要以有机物或非水溶媒为溶剂，在一定条件下使混合物发生反应形成所需材料。在锂离子电池中的中空无机非金属纳米材料制备过程中，可应用溶剂热法进行实践。例如，Tang等学者在研究过程中，以水和乙醇混合溶液为介质，在溶剂热法作用下制备了具有中空结构的Li4Ti5O12并将其作为锂离子电池负极材料，实验表明，该材料的电化学性能相对较好，其电容量达到了114mAhg-1，在循环200次后，电容量仍可达到125mAhg-1。

3结论

总而言之，中空无机非金属纳米材料所具有的结构与功能可有有效提升锂离子电池电极材料与电解液接触面积，加快电解液扩散从而缩短锂离子迁移距离，降低锂离子电池充放电过程中锂离子嵌入与脱嵌的不利影响。对此，有必要认知中空无机非金属纳米材料制备方法，以提升材料应用性能，为锂离子电池优化发展奠定良好基础。

参考文献：

[1]高欣，裴广玲.静电纺丝法制备聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物锂离子电池隔膜及性能[J].化工新型材料，2018（12）：85-89+93.

[2]王杰，何欢，李龙林，王得丽.用于锂离子电池的中空无机非金属纳米材料的研究进展[J].中国科学：化学，2014，44（08）：1313-1324.

纳米金属材料进展论文范文第5篇

摘 要： 本文首先简单介绍导电高分子纳米复合材料的发展历史以及发展前景，接下来详细介绍了导电高分子纳米复合材料的物理性能以及各方面特点，综述了导电高分子纳米复合材料的最新研究进展，最后结合当下科技发展形势，给出了导电高分子纳米复合材料的发展前景以及应用领域的扩展。

关键词： 导电高分子；纳米复合材料；聚苯胺

1 引言

随着科技的发展，导电高分子纳米复合材料的应用也日益广泛，本文简单介绍一下导电高分子纳米复合材料的发展历史和主要特点，通过查阅相关文献得知，导电高分子纳米复合材料根据导电高分子的特殊性能，可以把导电高分子纳米复合材料分为导电材料、导电以及导磁材料、光合催化材料、微波用的吸收材料、生物吸附材料以及防腐材料等，这些导电高分子纳米复合材料在各自的应用领域发挥着越来越大的作用，本文总结各种材料的共同特点，给出导电高分子复合材料的基本特点。

2 导电高分子纳米复合材料的性能

导电高分子材料有很多基本性能，其中比较重要的性能主要有导电性能、导电导磁性能、光学性能、生物吸附功能、微波吸收功能、防腐性能等，接下里详细介绍这些性能。

导电性能

导电性能是导电高分子纳米复合材料最基本的性能，也是最重要的性能，当前，很多科学家把提高高分子纳米复合材料的单位导电性作为一个重要的课题，并取得了很多成果，当前最热的研究领域就是利用纳米分子掺杂技术来提高高分子的导电能力，实际证明，通过纳米分子掺杂技术可以成百上千的增加高分子的导电性能，通过提高高分子的导电性能可以大大扩展导电高分子的应用领域，现在提的比较多的纳米掺杂高分子材料主要有金属氧化物纳米复合材料、蒙脱土纳米复合材料、碳纳米管复合材料、稀土氧化物納米复合材料、金属盐纳米复合材料等，这些复合材料由于掺杂了纳米复合材料，大大增强了性能。

导电导磁性能

导电导磁性能也是导电高分子纳米复合材料的重要特点之一，由于其特殊的“双导”特点，大大增加了导电导磁材料的应用范围，现在已经广泛应用于电池、电显示器件、分子电器件、非线性光学材料、传感器以及微波吸收等领域，其中导磁高分子复合材料在分子电器件领域占据了绝对优势地位，据不完全统计，在分子电器件领域，导磁高分子复合材料占80%以上的市场份额。

光学性能

光学性能是某些高分子复合材料的特殊性能，其中美国科学家米勒在上世纪90年代就研究了聚苯胺和聚吡咯两种复合材料，经过长时间尝试，终于发现聚苯胺和聚吡咯等复合材料具有光学性能，我国科学家何晓云等以电化方法在氧化铟锡ITO导电玻璃基体上制备聚吡咯薄膜。在导电高分子膜上涂布纳米MOS2晶体，荧光分析发现其荧光光谱相对于高分子膜有一定程度的红移，这说明有些导电高分子复合材料具有光学性能，如今，导电高分子复合材料的光学性能已经被普遍应用，比如应用在液晶显示玻璃基板的生产中。

生物吸附功能

我国科学工作者郑国祥等用苯胺作还原剂还原氯金酸合成了金纳米结构。TEM实验表明，苯胺还原氯金酸能生成苯胺齐聚物或其聚合物包裹的金球形纳米粒子。X射线光电子能谱（XPS）分析表明，金纳米粒子包覆的聚合物层带正电荷。该纳米粒子能用于电极表面纳米结构组装及氧化还原性的生物大分子的电化学研究，实现了超氧化物歧化酶（SOD）在这种带正电荷的金纳米粒子表面的直接电子转移，这些研究工作表明导电高分子具有生物吸附功能，此外导电高分子复合材料还有微波吸收功能、防腐性能等，限于论文篇幅，在这里不再累述，具体可以参阅相关文献。

3 导电高分子纳米复合材料的研究现状

随着科技的不断进步，导电高分子材料的研究成果不断涌出，导电高分子复合材料的研究不断深入，高分子材料在很长一段时期都被用作电绝缘材料.随着不同应用领域的需要以及为进一步拓宽高分子材料的应用范围，一些高分子材料被赋予某种程度的导电性以致成为导电高分子材料。其之所以有导电能力主要是因为进行了掺杂处理，在其导电原理中已经发现了导电通路原理，在导电通路原理中有“渗滤阀值”现象。在分类上可以分为两大类：结构型导电高分子和复合型导电高分子。导电高分子又有具有很多特殊效应，比如压敏﹑拉敏效应等。导电高分子材料是一类具有重要理论研究价值和广阔应用前景的新型功能材料，在很多领域都可以应用到。

4 导电高分子纳米复合材料的应用前景分析

目前导电高分的研究方向是朝着光导电方向和复合型导电高分子材料的研究方向。高分子材料代替金属材料是今后材料学科领域的发展趋势。由此带来导电性聚合物的市场需求日益增长，其应用领域逐步扩大，这就必然对导电性聚合物提出更高的要求。因此将来必定有更多的专家学者加入到大盘点高分子的阵营中。

5 结语

本文简单介绍了导电高分子纳米复合材料的发展历史以及基本特点，在此基础上，较为详细的介绍了导电高分子纳米复合材料的研究现状和应用前景，本文认为导电高分子纳米复合材料性能优良，研究充分，应用广泛，具有远大的发展前景。

参考文献

[1] 生瑜，陈建定，朱德钦.功能高分子学报，2004，17（1）：13～15.

[2] 苏广均，李建华.南通大学学报（自然科学版），2005，4（2）：21～27.

[3] AmitabhaD，AjayD，SusantaL.SyntheticMetals，2004，144（3）：303～307.

作者简介：李晖（1995—），性别男，民族汉，籍贯河南漯河，学历大学本科，研究方向 材料物理

纳米金属材料进展论文范文第6篇

目前纳米氧化铜的制备方法以固相法和液相法为主, 近年来, 又出现了很多制备纳米氧化铜的新方法, 如:溶胶凝胶法、络合沉淀法、界面沉淀法、水热法、微乳液法、激光蒸凝法、回流沉淀法、电化学法等。本文将对这些新的制备方法以及应用情况进行综述。

1 纳米氧化铜的制备方法

1.1 溶胶凝胶法

溶胶凝胶法又称胶体化学法, 包括金属醇盐与非金属醇盐两种方法。其基本步骤是:在一定条件下使反应物水解成溶胶, 此后进一步合成凝胶并干燥、热处理后制得所需要的纳米粒子。2002年Corrie L等成功采用了改进溶胶凝胶法制备了粒径7nm~9nm、比表面积120~136m2/g的Cu O球形颗粒。该方法需要无水乙醇作溶剂, 成本相对较高, 但设备简单、所得产物颗粒细小, 具有一定的工业潜力。利用溶胶凝胶法, 结合超临界干燥技术制备纳米Cu O粉体的基本步骤为:将配好的铜盐溶液 (如Cu (N03) 2) 溶于无水乙醇中, 将铜盐的乙醇溶液放人高压反应釜中, 程序升温并控制压力 (温度和压力应分别高于乙醇的临界温度243℃和临界压力6.38MPa) , 保温保压一段时间;然后缓慢放气, 再通保护气 (N2) 自然冷却至室温, 便制得黑色蓬松的纳米Cu O粉末。利用这种方法可得到粒度分布均匀、无明显团聚、颗粒平均尺寸为10nm的Cu O粒子。

1.2 络合沉淀法

络合沉淀法是通过铜盐先与络合剂生成络合物, 再与沉淀剂反应得到前驱体, 后经热处理得到纳米氧化铜。主要合成方法是先将Cu (NO3) 2配制成溶液, 在一定温度和充分搅拌的情况下, 缓慢滴加络合剂, 逐步生成络铜化物, 然后在不断搅拌的情况下滴加沉淀剂, 反应完全后抽虑, 洗涤沉淀, 沉淀先用蒸馏水、再用乙醇洗涤, 后经80℃真空干燥2h, 400℃热处理2h即可得到纳米氧化铜。

1.3 水热法

水热法又称热液法, 属于液相化学的范畴, 是指在高温高压下一些氢氧化物在水中的溶解度大于对应的氧化物在水中的溶解度, 因此氢氧化物溶解于水中的同时氧化物析出的方法。水热法的特点是生产成本低、粒子纯度高、分散性好、晶型好且可控制。

1.4 微乳液法

微乳液法是指利用两种互不相容的溶剂在表面活性剂的作用下形成一个均匀的乳液, 在较小的微区内控制胶粒形核和生长, 从乳液中析出固相制备纳米材料的方法。微乳液通常是由表面活性剂、助表面活性剂 (通常为醇类) 、油 (通常为碳氢化合物) 、水 (或电解质水溶液) 组成的透明的各向同性的热力学稳定体系。微乳液法制备的氧化铜纳米粒子粒度小、可控制, 反应条件容易实现, 但所消耗的表面活性剂及溶剂的量很多, 成本较高, 而且体系的选择比较困难, 操作条件要求苛刻。

1.5 激光蒸凝法

激光蒸凝法采用激光作为热源, 使铜盐分解蒸发后冷凝形成纳米粒子。其步骤为:反应物吸收激光的能量快速气化, 使其化学键发生断裂, 进而反应形成纳米粒子。其制备过程是将被聚焦后的激光束直接照射到反应器中圆柱状的固态醋酸铜靶材上, 醋酸铜吸收激光升温、分解蒸发, 蒸汽迅速降温冷凝成纳米粒子, 随载气进入捕集器中被收集得到, 激光蒸凝法反应时间短, 速度快, 纳米粒子分散性好, 粒径小、分布均匀且几乎呈单一球形, 反应可控, 工艺简单且可连续进行, 产量大, 生产成本较低, 具有良好的工业应用前景。

1.6 回流沉淀法

回流沉淀法是指采用普通或微波加热沸腾回流的方式制备纳米颗粒。主要步骤为:取一定量的硝酸铜加水溶解后加碱调节至预定p H值后, 搅拌并加热沸腾回流1小时后得到黑褐色沉淀物, 趁热过滤并用蒸馏水洗涤后于烘箱中80℃干燥5h以上即可得到黑褐色粉末。

1.7 电化学法

包括电解金属直接水解法和辅助电极电沉积法。周幸福等采用第一种方法制备纳米氧化铜, 得到平均粒径为10nm的球形单分散结构的颗粒, 与传统化学方法相比, 该方法低成本、污染少、简单有效、无团聚、纯度高。王积森等首次提出以铝箔代替恒电位/电流仪惰性电极作为基体, 采用辅助电极电沉积法制备了氧化铜纳米颗粒, 其以酸溶液调节硫酸铜和氯化钾混合溶液p H值为4.5~5.5, 将恒电位/电流仪的三个电极浸入硫酸铜溶液中, 在133mv相对电压下沉积20min, 铝箔上出现红色氧化铜颗粒, 将其放入氢氧化钠溶液中溶解5h后取出, 洗涤、干燥后400℃热处理1小时即可得到纳米氧化铜。此方法得到平均粒径为50nm、无明显团聚的氧化铜微球, 该方法合成工艺简单、利用率高、污染少, 易实现工业化。

2 纳米氧化铜的应用

纳米氧化铜可以作为催化剂直接应用于化工行业, 如催化高氯酸铵的热分解, 催化一氧化碳、乙醇、乙酸乙酯等挥发性物质的完全分解等, 也可以用于传感材料等领域。文献报道了纳米氧化铜粉体催化高氯酸铵的热分解过程, 结果表明, 纳米氧化铜催化性能很高, 不同微结构的纳米氧化铜均能强烈催化高氯酸铵的分解, 特别是粒径较小、分散较好的纳米氧化铜能使高氯酸铵在低温段的分解由30%增至46%。纳米粒子因高活性、高比表面、特异物性和极度微小性等使之成为在传感器方面最有前途的材料之一, 它对外界环境如温度、光、湿气等十分敏感, 外界环境的改变会立即引起表面或界面离子价态和电子运输的变化, 从而大大提高传感器的响应速度和灵敏度。氧化铜因能非常有效地催化CO和有机气体氧化成CO2, 所以用它作为其它材料 (如Sn O2) 制成的传感器的包覆材料, 改进传感器的选择性, 可大大提高传感器对CO等气体的灵敏度。研究结果表明, 在传感器外包覆5nm~30nm的氧化铜膜可大大提高传感器对CO和有机气体的选择性。

摘要：综述了纳米氧化铜制备的各种方法, 并对各种方法的优缺点进行了分析, 同时简要介绍了纳米氧化铜在催化和传感器方面的应用。

关键词：纳米氧化铜,制备方法,应用

参考文献

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[3] 贾殿赠.一步室温固相化学反应法合成CuO纳米粉体[J].科学通报, 1998, 43 (2) :172.

[4] 罗明凤, 李丽霞, 杨毅.纳米CuO制备与应用技术进展[J].纳米材料与结构, 2010, 47 (5) :297～303.