纳米材料制备研究现状及其发展方向

张天涵，杨维霖，于仁豪，高学钦

（济宁学院，山东 济宁 273199）

在当前社会发展的形势下，我国在快速发展经济的同时也要努力促进环境和经济的协调发展，贯彻落实科学发展观，尽可能减少能源的损耗。为了实现这一目标，在生产生活中对于相关材料的要求也要有所提升，纳米材料的发展与应用为促进环境和经济的可持续发展提供了助力。纳米材料作为新材料创新形式的一种，体现了科技发展的成果，在社会中的各行各业中占据着越发重要的地位。文章从纳米材料制备现状出发展开分析，从现状中发现问题、剖析问题、解决问题。

1 纳米材料概述

想要针对纳米材料制备的研究现状与发展方向进行分析，先要明确理解纳米技术的定义，纳米技术是现代科技发展的重要成果，通过单个原子、分子之间来制造所需要的物质，其对于原子和分子的尺寸有严格的要求，一般会在0.1~100 nm之间。随着纳米技术的不断发展，在不断缩小原子和分子尺寸的同时纳米技术的应用也越发广泛，很多行业都开始用纳米材料来代替传统材料，实现节能减排的目标。纳米材料是在三维空间下形成的，借助化学、物理、生物等多学科的知识来进行创造，将普通物质转化为细微颗粒。虽然纳米材料极其微小，但是在活中的很多领域都应用了纳米材料，如利用纳米材料来改造汽车、轮船、飞机的发动机部件，在提升汽车、轮船、飞机使用技能的同时减少能源消耗，提高工作寿命，延长使用时间。

2 纳米材料制备常见方法研究现状

随着社会的发展和科技的进步，越来越多的人开始了解纳米材料，并将其应用于生产生活中，大到祖国航天航空事业，小到人民日常生活，都可以看到纳米材料的存在。相关部门需要针对纳米材料制备常见方法的研究现状进行分析，从现状中发现问题，解决问题，进一步扩大纳米材料的应用范围。

（1）蒸发凝聚法。蒸发凝聚法是纳米材料制备中常见的一种方式，其指的是将纳米粒子的原料以加热、蒸发等方式来进行分解，在高温的条件下将纳米粒子分成单一的分子和原子结构，利用科学手段和计算公式将分解成的原子和分子再次进行排列，按照正确的序列和科学的标准来重新凝聚，将分解后的纳米粒子重新凝聚成更小的纳米材料。蒸发凝聚法对于温度的要求很高，一般要在1 100~1 400 ℃之间，在保证温度的同时还要创造低压的状态。在蒸发凝聚法下制备的纳米材料一般会将直径控制在10 nm左右。

（2）沉淀法。沉淀法是借助化学知识制备纳米材料的一种形式，沉淀法的应用要保证纳米材料在溶液状态下将化学物质进行混合，混合之后添加一定容量的沉淀剂，通过化学实验的方式实现沉淀物的干燥，在干燥的过程中制备纳米材料。常见的沉淀物有OH，在温度适宜的前提下将此沉淀物加入到溶液中形成水解，从而得到所需要的纳米材料。通过沉淀法制备的纳米材料一般纯度较高，更能够满足一些精细行业的需求，将其应用于航天航空等行业中能够将安全性能提高。

（3）喷雾法。与沉淀法不同的是，喷雾法是一种物理制备方法，通过物理原理来制备纳米材料，其不需要进行复杂的实验，只需要利用各种物理手段将溶液雾化即可，通过这种方式打散纳米材料，将其分解成单一的分子和原子结构，形成超微粒子。众所周知，雾的形态十分细小，将类似于雾一样的纳米进行分解能够为纳米材料的制备提供质量保证。喷雾法可以通过溶液的制备、喷雾、干燥、收集及热处理来得到，分布均匀，颗粒细腻，此种方式制备的纳米材料通常情况下能够达到亚微米的标准。

（4）水热法。水热法与蒸发凝聚法有些类似，都需要在高温的条件下制备纳米材料，但与蒸发凝聚法不同的是水热法在保持高温的同时，还需要维持高压的状态，在此环境下对纳米粒子进行水解反应。通过水热条件来制备纳米材料其中会涉及到相关的化学反应方程式，如mM+nH2O→MmOn+H2，通过相关的化学实验操作来保持水热的状态，在水热条件下迅速反应，提高反应活性，为纳米材料的制备创造良好的条件，保证纳米材料制备的均衡性。

（5）气相反应法。气象反应法也是以化学知识为基础的一种纳米材料制备方式，在金属化合物蒸发的过程中，通过化学实验来合成超微粒子，这种方式制备的纳米材料消耗的能量会比较少，节约制备成本，保证制备效率。气相反应法中常见的形式包括化学火焰法、激光法等，这种制备纳米材料的方式比较简单，对于原料和设备的要求较低，制备出来的纳米材料颗粒纯度较高，能够满足大多数行业的使用需求，适用于需要大批量稳定生产的领域，可根据实际情况进行选择。

3 纳米材料的具体应用领域

纳米材料制备常见方法有以上五种，通过以上五种方式制备出的纳米材料投入到了各行各业中，为各行各业的发展提供了助力。相关部门要针对纳米材料的具体应用领域进行分析，结合实际应用情况优化和完善制备方式。

（1）催化作用方面。纳米材料可以应用于催化作用方面，由于纳米粒子的活性中心较多，因此具备一定的催化作用，将其科学应用于相关行业领域能够推动其健康稳定地发展，起到节约成本、降低能耗的作用。例如可以利用纳米镍粉作为火箭固体燃烧原料，加速火箭发射的速度，减少能源消耗。纳米镍粉与传统燃烧材料相比，效率可提高100倍；与常规催化液相比提高2~3个数量级。通常情况下，纳米材料在作为催化剂工作时，可选择粒径为30 nm的生成环辛烯反应催化剂，只有保证纳米材料选择的精准性，将其控制在科学范围内，才能够发挥其催化作用。

（2）精细陶瓷材料方面。纳米材料在精细陶瓷方面的应用比较广泛，精细陶瓷以人工合成为主，在其中会应用到高纯度的纳米粉末，将纳米粉末进行一定的烧结、加工等处理，将处理过的高技术工艺应用于精细陶瓷的制作中。纳米粉末具有更高的坚韧性、耐磨性、耐腐蚀性等，能够很好地贴合精细陶瓷行业的需求。纳米陶瓷CaF2和TiO2，在常温条件下具有更好的延展功能，这为精细陶瓷行业的发展提供了重要的保障。因此精细陶瓷行业要深化对纳米材料的研究，将纳米粉末以科学合理的方式融入于今后的设计和制作中。

（3）纺织物方面。纳米粒子的微观结构和光谱特性，决定了其在纺织物方面会有良好的应用效果，通过纳米材料来制作出多功能的纺织物。在纺织物的制作中可通过处理和分解纳米材料，借助纳米粒子与粘胶纤维相混合的方式来保证纺织物的质量。利用纳米材料来制作纺织物能够提高纺织物的性能，在一定条件下还可以创造出更多的功能，如通过纳米粒子的微观结构和光谱特性制作具有抗紫外线、抗电磁波等功能的纺织物，为改善人体微循环结构提供助力。

（4）军事方面。将纳米材料应用于军事发展方面能够制造出更加先进的武器，纳米武器与传统武器相比具有不同的特点：①纳米材料下制造的军事武器具有超微型化的特征，其体积和重量会大大降低，减轻军人的身体负担，军人可以将更多的时间和精力投入到自身能力的提升方面，充分发挥纳米武器的优势来保家卫国。②纳米武器具有高度智能化的特征，其工作速度与传统武器相比要快将近1000倍，体积也能够缩小1/1000，还可以在同一时间内获取更多的信息，为我国军事力量的提升创造无限的价值。

（5）磁记录应用。磁记录是信息存储与信息处理的重要手段，近年来随着科学技术和信息技术的发展，人们对于磁记录应用的重视程度也在逐渐提升，纳米微粒为磁记录中高密度的要求提供了技术支持。纳米微粒的尺寸较小，具有单磁结构和韧性较强的特征，在磁记录中如果能够发挥纳米微粒的功能，可以降低记录噪音、改善图像质量，为磁记录领域的发展提供重要的保障，创造良好的条件。一般来说，在磁记录中对于纳米微粒的应用会采取超细针状r-Ge2O3磁粉作为主要材料，能够将磁记录的密度提高将近10倍。

（6）传感器方面应用。纳米微粒具有表面积大、活性高、灵活性强等特征，借助这些特征可以将其制作成不同形式的传感器，如气敏、光敏等，通过纳米材料制作出的传感器其灵敏度较高，能够较为明显地感受到电阻的变化，根据电阻变化来感知温度，这就是所谓的温度传感器，如温度计、体温计等；还可以利用纳米微粒的热电效应制作红外线传感器，发挥纳米微粒多样化的功能，从不同性能出发制作出不同类型的传感器。

（7）光伏电池方面应用。纳米材料在光伏电池方面也有所应用，最开始的应用出现在1991年，纳米晶光伏电池的制备比较简单，且具有较高的界面电荷转移效率，这种方式只需要借助太阳的辐射光源来获得光电转换效率即可。常见的纳米晶光电池除了TiO2之外，还有ZnO，Fe2O3，WO3等，每一种光伏电池都有其独特的功能和特点，研究人员要灵活应用纳米材料制备方法，保证其在光伏电池方面的应用效果。

4 纳米材料制备未来发展方向

随着人们对纳米材料研究的不断深入，纳米材料制备方法在逐渐增加，纳米材料在各行各业中的应用也越发广泛，如纳米陶瓷、纳米纤维、纳米管等，纳米材料应用的广泛发展也说明了纳米材料制备方法在愈发成熟，在此发展形势下，相关人员与部门要针对纳米材料制备的未来发展方向进行分析，从多个角度来做好准备，为纳米材料未来的发展创造条件，提供助力。我国应该将纳米材料制备的研究作为主要课题，针对当前纳米材料制备的研究现状进行分析，从中发现问题，解决问题，明确纳米材料制备未来发展方向，做好全方面的准备工作。

当代社会的发展已经成为科技之间的较量，我国想要增强综合国力，在世界发展中占据一席之地，就必须做好纳米材料制备的研究工作，纳米材料的应用及发展推动了我国社会的进步，我国必须将这一优势保持下去。目前我国纳米材料制备虽然取得了一定的成效，但是还远远没有达到发达国家的标准，在控制方面存在一定的问题，如纳米材料制备控制、科技含量等，相关部门应该在明确具体问题之后，实现思想的改革与方法的创新，在纳米材料制备研究中加大经济投入和技术支持，不断制备出性能更好、功能更全的纳米材料。

目前我国为了深入研究纳米材料的制备方法，为纳米材料在各行各业领域中的应用提供保障，成立了60多个研究小组，投入了600多人从事纳米材料的基础和应用研究，将物理、化学、生物等相关知识融入于纳米材料的制备环节中，不断丰富和创新纳米材料制备的手段，实现研究的目标。发展了化学沉淀、溶胶凝胶、微乳液水热等多样化的制备技术，合成制备中包括金属氧化物、碳化物等。近几年我国纳米材料制备技术得到了迅速的发展，逐步实现了跨学科知识融合的目标，研制出了多种性能优良的纳米复合材料，其在生产生活中得到了广泛的应用和强烈的认可。其中气体蒸发、激光诱导CVD等纳米材料制备装置的出现，为纳米材料制备的未来发展提供了更多的可能性。

除此之外，我国初步形成了几个纳米材料研究基地，南京大学、中科院上海硅酸盐研究所等成为我国纳米材料制备和结构研究的主要机构，越来越多的科技工作者开始投入到纳米材料制备的研究中。在国内外学术刊物上发表3000多篇相关论文，其中部分获得了国家专利和部门奖励，这大大加强了我国纳米材料制备的研究信心。

展望21世纪，我国在纳米材料制备方面会取得越来越瞩目的成就，通过生命科学、生物技术、纳米技术等方面的科学整合，为纳米材料制备技术的发展创造良好的条件，促使其取得突破性的进展，为节约能源消耗贡献重要的力量。在进入21世纪后，我国纳米材料制备技术的发展迎来了新的机遇和挑战，相关部门一定要提高对于纳米材料制备技术的认知，通过多样化的方式来促进其长久稳定发展，深化对纳米材料制备技术的研究，将纳米材料制备技术与其他领域进行交叉。

5 结束语

综上所述，基于当前社会的发展形势下，纳米材料在各行各业中的应用越发广泛。为了满足各行业对于纳米材料的需求，实现节约能源消耗的目标，文章针对纳米材料的特点、优势、制备方法、应用领域、研究现状等进行分析，对纳米材料制备技术未来的发展方向展开畅想，提高纳米材料制备的效率，增强我国综合国力。在研究纳米材料制备技术的过程中要从多个角度综合考虑，挖掘纳米材料多样化的功能，实现纳米材料技术与其他领域之间的科学整合。