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超声波在纳米材料制备中的应用介绍

2018-10-16 14:41:11 保定市全一电子设备有限公司 阅读

    随着化学合成方法的发展,人们为寻找更有效的手段,开始把超声波引入材料的合成。超声波所具有的高效能在材料化学中起到了光、电、热方法所无法达到的作用,仅从超声波在液体中空化所产生的高温、高压看,其瞬时释放的巨大能量是其它方法望尘莫及的,超声波定量控制带来的神奇效果更是不言而喻。超声波早已广泛应用于金属探矿、地质找矿、海洋探测及生物降解等许多领域。超声波在材料合成中有着极大的潜力,特别是一些目前我们采用激光、紫外线照射和热、电作用无法实现的目标,通过超声波方法却能达到,尤其是纳米材料的制备方面。

   纳米粒子制备技术是化学前沿领域之一,将超声电化学合成技术应用于纳米粒子的制备具有潜在的应用价值。电解法是一种通用的氧化还原方法,它不仅能提供最强的氧化还原能力,而且这种能力可以通过电压方便地进行调整。超声波对电化学过程起促进和物理强化作用,直径在2050μm之间的金属粉末目前普遍采用在高电流密度下电解相应的电解质水溶液制备。为了在电解过程中获得高成核速率和小成核直径可以采用两种方法:一是对电解质溶液强烈搅拌,另外也可采用脉冲电流来得到较高的电流密度。如果电解速率或成核速率很高而晶体长大速率相对较小,则有利于产生超细粉末;反之,若电解速率小于晶体长大速率则可能在电极上生成致密的电镀层。因此,根据过程条件控制的不同,一个电化学过程可以是典型的电镀过程,也可以是超细粉体的制备过程。Mastai等人[14]最近用脉冲超声电化学合成技术制备了CdSe纳米粒子。通过控制各种电沉积和声参数,使晶体的尺寸从无定形的射线到9nm(闪锌矿相)。他们发现将超声刺激与电沉积结合,能够制备可控制大小的CdSe纳米粒子。Delplancke等人用脉冲超声电化学合成技术制备磁性纳米粒子(Fe-CoFe-NiFe-Co-Ni体系),磁性纳米粒子的组成和均匀性通过选择电化学和超声参数控制。朱俊杰等在超声场作用下,以硝酸银为前驱物,选用不同的络合剂,通过控制恒电流或恒电位条件,制备出球形、棒状、树枝状的银纳米颗粒及纳米线。本课题组采用类似的方法,以硝酸银为前驱物,EDTA为络合剂,在恒电流条件下,只改变硝酸银的浓度,就制备出了球形、棒状及树枝状的银纳米颗粒。并且,在上述体系中加入一定量的保护剂PVP(聚乙烯吡咯烷酮),产物中除了球形纳米颗粒外,还生成了银纳米线。

  总之,超声空化作用可以极大地提高非均相反应的速率,实现非均相反应物间的介质均匀混合,加速反应物和产物的扩散过程,促进固体新相的生成,控制颗粒的尺寸和分布。超声波在强化非均相界面之间的传质方面和传统的方法相比具有明显的优势和独到之处。通过不同技术的有效耦合来强化化学反应或传递过程是近年来化学和化工领域的一个新趋势。例如激光技术、超重力技术、等离子体技术、微波技术等在纳米材料的制备方面都有相关的研究报道,针对具体体系的特点来设计这些技术间的优化组合,有可能以较小的代价达到预想的目的。目前,市场上已经有工业规模的超声波发生设备,这将为超声技术应用于超细和纳米粉体材料的规模化制备奠定了基础,超声技术在这方面具有广阔的发展前景。


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