【原创】纳米金属粉制备技术一览


来源:中国粉体网   星耀

[导读]  纳米材料在高新技术领域有着广阔的应用前景,尤其是关于纳米材料的制备技术的研究,在当前的纳米材料研究中是一个重要的研究课题。纳米金属、氧化物颗粒广泛应用于抗菌杀病毒、医学诊断和成像、药物递送、研磨抛光、3D打印、催化、功能陶瓷、电子、能源等领域。

中国粉体网讯  纳米材料在高新技术领域有着广阔的应用前景,尤其是关于纳米材料的制备技术的研究,在当前的纳米材料研究中是一个重要的研究课题。纳米金属、氧化物颗粒广泛应用于抗菌杀病毒、医学诊断和成像、药物递送、研磨抛光、3D打印、催化、功能陶瓷、电子、能源等领域。


 

图片来源:中航迈特


1纳米金属粉的制备技术


纳米金属粉的制备方法较多,主要有电爆法、蒸发凝聚法、机械粉碎法等。


1.1电爆法


电爆法是利用高压放电产生的高温等因素使细金属丝熔融、汽化,金属蒸气在与惰性气体碰撞时形成纳米金属粒子或纳米合金粒子。该方法用于工业上连续生产纳米金属、合金和金属氧化物等纳米粉体,是目前研究最多、实现纳米金属材料工业化生产的主要方法。


电爆法还面临以下问题:①制得的粉末中含有微米级的大颗粒,还需要三级分级处理方能得到粒径均匀的纳米粉;②缺少效率更高、连续化生产的自动化设备。目前市场上主要是俄罗斯的丝电爆方法和设备,如Argonide公司、克德纳米材料有限公司、焦作伴侣纳米材料工程有限公司都是引进俄罗斯的丝电爆设备或在其基础上进行了适当改进。


1.2蒸发凝聚法


蒸发凝聚法是一种较早的纳米金属颗粒的制备方法,现在又被称为物理气相沉积(PVD)法,制备的产品的粒径一般在5~10nm。PVD法的基本思路是引入能量,使原来的金属材料汽化,然后通入惰性气体,使金属气体骤冷、凝结,从而生成纳米颗粒。PVD法的优点是粒度可控、纯度高、结晶好;缺点是对设备的要求较高。采用PVD法,通过等离子加热、磁控溅射、激光加热等手段,可以制备出多种高熔点金属以及合金纳米材料。


1.3高能球磨法


高能球磨法的原理是利用机器内的硬球和机器的内壁在各种运动(如转动、撞击)中对加入的材料进行强烈的冲击,从而把金属和合金粉末碾碎,使之成为纳米颗粒的方法。


1.4活化氢熔融金属反应法


活化氢熔融金属反应法是金属和含有氢的等离子体在电弧的作用下,电离产生的惰性气体和H2进入熔化的金属,然后再释放出来,从而形成金属纳米颗粒。该制备方法的特点是必须用专门的过滤器、收集器来分离和收集制得的纳米颗粒。


1.5活性模板法


活性模板法的基本原理是利用基质材料中的空隙作为模板来合成纳米材料,由于模板和形成的纳米颗粒有某种存在的识别作用,因此纳米粒子在空隙中有规律地进行组装,从而得到具有一定特征的超分子纳米材料。


1.6激光复合加热制备法


激光复合加热制备法(或称激光感应法)是一种将金属材料进行高频感应加热,使原来加入的材料蒸发,从而制备纳米金属粉的方法。它的基本方法是用高频感应将原材料(大尺寸的金属)加热熔化,同时产生极大的温度梯度和压力梯度。


1.7等离子体法


等离子体法是利用等离子体具有反应速度快、温度高的特点来制备纳米粉体。在惰性氛围下,等离子体法可以制备几乎任何纳米粒子。其中,直流电弧等离子体法因具有设备简单易操作、适用范围广、生产效率高的优点而得到一致好评。用等离子体法生产的纳米粉体粒度、产率可控,有实现工业化生产的潜力。


1.8微波辅助气溶胶法


姜兴茂团队利用微波辅助气溶胶法制备的纳米银,是一种能长效持久地杀菌抗病毒的材料,对SARS、禽流感等650多种细菌病毒都有很好的杀菌和防治效果。该项技术成果涵盖了成套制备纳米粉体的成套技术,产品附加值高,市场竞争力强,已在2020年10月与华夏幸福基业股份有限公司单项签约,金额达1000万元。


2会议预告


目前一些纳米金属、金属氧化物球形颗粒的关键制备工艺和技术基本垄断在德国EvonikDegussa、美国杜邦、Cabot、Ferro、日本住友等公司手中。这些高附加值纳米材料的应用的前提是对其尺寸、组成、晶相、形貌、纯度、单分散型的精确控制。中国要实现制造大国向制造强国的转变,必须在这些关键材料领域进行创新研究,发展各类纳米结构材料可控制备的工业技术,开发出更加高效、经济、绿色的合成工艺。2021年10月12-14日中国粉体网将在安徽金陵大饭店举办“2021先进金属粉体制备及应用研讨会”,来自武汉工程大学姜兴茂教授给大家带来题为《微波辅助气溶胶法制备超细金属粉体》的报告。届时姜教授将主要介绍纳米材料在高新技术领域的应用前景以及关于纳米材料的制备技术的研究。


3专家介绍



姜兴茂,武汉工程大学博士生导师,美国Lovelace呼吸研究所客座科学家,江苏省特聘教授、双创人才、江苏省人才促进会理事、武汉市黄鹤英才、湖北省新能源材料工程技术中心主任。


姜教授主要从事溶胶-凝胶、气溶胶、化学工程和纳米材料等方面的研究。先后在Nat.Mater.、JACS、NanoEnergy等杂志发表近80篇SCI文章,被他引2000多次。主编SCI专刊一期,发表气溶胶英文专著一部。作为项目主要完成人先后完成了美国DOE、美国空军、NSF、EPA、NIH等重大科研项目。主持/完成国家自然科学基金面上项目2项及江苏省高校自然科学研究重大项目一项,参与国家自然科学基金重点项目1项,申请/授权发明专利70多项,授权美国发明专利10项。


参考来源: 

【1】武汉工程大学官方网站.

【2】袁志峰,等. 纳米金属粉的制备、改性及其在推进剂中的应用.化学推进剂与高分子材料.2017.

(中国粉体网编辑整理/星耀)

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作者:星耀

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