金属纳米材料

应用

金属纳米材料自诞生以来对各个领域的影响令人瞩目，这主要是因为纳米材料往往“身怀绝技”，有特殊的用途。现列出一些金属纳米材料在实际中的主要用途：

(1)钴(Co)高密度磁记录材料。利用纳米钴粉记录密度高、矫顽力高(可达119.4kA/m)、信噪比高和抗氧化性好等优点，可大幅度改善磁带和大容量软硬磁盘的性能。。

(2)金属纳米粉体对电磁波有特殊的吸收作用。可作为吸波材料，具有频带宽、兼容性好、质量小、厚度薄等优点。美国新近开发的含“超黑粉”的纳米复合材料，吸波率达99%。法国研究者采用真空沉积法把NiCo合金及SiC沉积在基体上形成超薄电磁吸收纳米结构，再粉碎成微屑并制成纳米材料，吸波频率达50MHz～50GHz。铁、钴、氧化锌粉末及碳包金属粉末可作为军事用高性能毫米波隐形材料、可见光一红外线隐形材料和结构式隐形材料，以及手机辐射屏蔽材料。

(3)表面涂层材料。纳米铝、铜、镍粉体有高活化表面，在无氧条件下可以在低于粉体熔点的温度实施涂层。此技术可应用于微电子器件的生产。

(4)高效催化剂。铜及其合金纳米粉体用作催化剂，效率高、选择性强，可用于二氧化碳和氢合成甲醇等反应过程中的催化剂。通常的金属催化剂铁、铜、镍、钯、铂等制成纳米微粒可大大改善催化效果。由于比表面巨大和高活性，纳米镍粉具有极强的催化效果，可用于有机物氢化反应、汽车尾气处理等。粒径为30nm的镍可将有机化学加氢及脱氢的反应速度提高15倍。

(5)导电浆料。用纳米铜粉替代贵金属粉末制备性能优越的电子浆料，可大大降低成本。此技术可促进微电子工艺的进一步优化。

(6)高性能磁记录材料一铁。利用纳米铁粉的矫顽力高、饱和磁化强度大、信噪比高和抗氧化性好等优点，可大幅度改善磁带和大容量软硬磁盘的性能。

(7)磁流体。用铁、钴、镍及其合金粉末生产的磁流体性能优异，可广泛应用于密封减震、医疗器械、声音调节、光显示等领域。用永久磁铁将磁流体固定在回转轴的周围，因回转轴与周围固定件间的空隙很小，其磁场强度特别大，从而能承受较大的沿轴线方向的推力，达到密封效果。

(8)导磁浆料。利用纳米铁粉的高饱和磁化强度和高磁导率的特性，可制成导磁浆料，用于精细磁头的粘结结构等。

(9)高效助燃剂。将纳米镍粉添加到火箭的固体燃料推进剂中可大幅度提高燃料的燃烧热、燃烧效率，改善燃烧的稳定性。

(10)高硬度、耐磨WC-Co纳米复合材料。纳米结构的WC-Co已经用作保护涂层和切削工具。这是因为纳米结构的WC-Co在硬度、耐磨性和韧性等方面明显优于普通的粗晶材料。其中，力学性能提高约一个量级，还可能进一步提高。高能球磨或者化学合成WC-Co纳米合金已经工业化。

(11)Al基纳米复合材料。Al基纳米复合材料具有超高强度(可达到1．6GPa)。其结构特点是在非晶基体上弥散分布着纳米尺度的a—Al粒子，合金元素包括稀土(如Y、Ce)和过渡族金属(如Fe、Ni)。通常用快速凝固技术获得纳米复合结构。这种材料具有很好的强度与模量的结合以及疲劳强度。温挤A1基纳米复合材料已经商业化，在高温下表现出很好的超塑性行为：在1s的高应变速率下，延伸率大于500%。

另外一些金属纳米材料具有独特的气敏、压敏、湿敏、热敏等功能，将纳米技术应用于传感器上，可制成性能更优异的传感器。一些纳米颗粒具有磁性，以其为载体制成导向剂，可使药物在外磁场的作用下聚集于体内的局部，从而对病理位置进行高浓度的药物治疗，特别适于癌症、结核等有固定病灶的疾病。

第1章 纳米技术和纳米材料研究进展

1.1　纳米、纳米技术和纳米材料

1.1.1　纳米科学与技术

1.1.2　纳米材料的分类

1.1.3　纳米效应

1.1.4　纳米特性

1.2　纳米技术和材料研究概述

1.2.1　纳米技术进展概述

1.2.2　纳米材料研究概述

1.2.3　纳米材料应用概述

1.3　贵金属纳米材料及其分类

1.3.1　非负载型贵金属纳米材料

1.3.2　负载型贵金属纳米材料

1.3.3　贵金属新型原子簇

1.3.4　贵金属膜材料

1.3.5　贵金属纳米复合材料

1.4　贵金属纳米材料产业化

1.4.1　生产工艺的切实可行性

1.4.2 中试

1.4.3　基建和设备采购安装

1.4.4　试生产

参考文献

第2章　贵金属深加工基础

2.1　银的深加工基础

2.1.1　硝酸银

2.1.2　氧化银

2.1.3　氰化银钾

2.2　金的深加工基础

2.2.1 氯金酸

2.2.2　氰化亚金钾

2.2.3　亚硫酸金盐

2.2.4　金水

2.3　铂族金属的深加工基础

2.3.1　铂的深加工

2.3.2　钯的深加工

2.3.3　铑的深加工

2.3.4　钉的深加工

2.3.5　锇和铱的深加工

2.4　熔铸和机械加工

2.4.1　金、银及其合金的熔铸

2.4.2　铂族金属及其合金的熔铸

2.4.3　贵金属及其合金的机械加工

参考文献

第3章 贵金属纳米材料的生产和制备方法

3.1 高能球磨法生产纳米厚度片状银粉

3.1.1　生产工艺

3.1.2　生产操作注意事项

3.1.3　片状银粉的标准

3.2　化学还原法制备非负载型贵金属纳米粉体

3.2.1　化学还原法制备超细和纳米金粉

3.2.2　化学还原法制备纳米银粉

3.2.3　化学还原法制备纳米氧化银

3.2.4　液相化学还原法制备纳米钯粉

33光化学合成法制备纳米厚度片状银粉124

331制备方法125

332片状纳米银颗粒的形成过程125

333表面形貌128

334辐照强度和波长的影响129

34在表面活性剂分子有序组合体中制备贵金属纳米材料130

341表面活性剂分子有序组合体130

342反胶束中制备贵金属纳米材料137

343微乳液中制备贵金属纳米材料138

344溶致液晶中制备贵金属纳米材料140

35含银电子浆料的生产141

351含银电子浆料142

352生产工艺143

36负载型贵金属纳米粉体的制备144

361浸渍法144

362离子交换法145

363吸附法145

364醇盐法145

37贵金属纳米复合材料的制备146

371贵金属纳米单元与高分子直接共混146

372高分子基体中原位生成贵金属纳米粒子147

373贵金属纳米粒子存在下单体分子原位聚合生成高分子148

374贵金属纳米粒子和高分子同时生成148

38贵金属纳米材料的其他物理制备方法简介149

381爆炸丝法149

382热物理法150

383惰性气体沉积法151

384流动油面上真空沉积法151

385等离子体法153

386电阻加热法154

387溅射法156

388真空蒸发镀膜方法158

389电沉积法160

参考文献162

第4章贵金属纳米材料在工业上的应用165

41贵金属纳米材料在电子工业中的应用165

411纳米银和金在电子工业中的应用165

412纳米贵金属在微电子工业中的应用169

42贵金属纳米材料在催化剂行业中的应用170

421金催化剂的应用171

422钯催化剂的应用178

423铂催化剂的应用179

424银催化剂的应用181

43贵金属纳米材料在医药行业中的应用182

431纳米银抗菌剂在临床治疗中的应用182

432纳米银抗菌剂在抗菌材料中的应用185

44贵金属纳米材料在生物分析领域中的应用187

441纳米金探针在DNA检测中的应用187

442纳米金探针在免疫分析中的应用190

443纳米金探针在单细胞分析中的应用191

444纳米金探针在靶向药物中的应用192

445纳米金技术在生物传感器中的应用193

45纳米贵金属在电分析化学中的应用197

46贵金属纳米材料在其他行业中的应用200

参考文献203

第5章贵金属纳米材料分析212

51纳米材料的一般分析方法212

511纳米材料的化学成分分析213

512纳米颗粒的表征214

52贵金属纳米材料的取样和预处理223

521贵金属纳米粉体材料223

522贵金属纳米复合材料226

523贵金属合金228

53贵金属元素的定性和定量化学分析229

531贵金属标准溶液的配制与储存230

532贵金属元素的定性分析233

533贵金属元素的定量分析234

54贵金属元素的仪器分析250

541吸光光度法250

542原子吸收光谱法254

543电感耦合等离子体发射光谱法260

544高效液相色谱法263

545化学计量学264

55贵金属纳米材料的颗粒和形貌分析265

551透射电镜观察265

552扫描电镜观察271

553原子力显微镜观察272

554粒径分布分析275

555X射线粉末衍射线宽法分析277

56贵金属纳米材料的性能测试与分析280

561光学性能及其测试、分析280

562催化性能及其测试、分析288

参考文献290

第6章贵金属纳米材料产业化过程中的环境保护294

61贵金属纳米材料清洁生产技术294

611概述294

612废有机溶剂回收技术296

62贵金属纳米材料生产中的废水治理301

621含酸、碱废水的处理与利用301

622含氰废水的处理306

623含重金属废水处理315

63贵金属纳米材料生产中的废气治理326

631二氧化硫废气的治理326

632氮氧化物废气的净化336

64贵金属纳米材料生产中的固废治理348

641固体废物的收集和运输349

642危险废物的固化/稳定化350

643危险废物的处置360

参考文献366

随着金、银、铂、钯等贵金属的货币职能的逐渐弱化，工业用贵金属的数量急剧增加，原因之一是纳米技术等高新技术不断与传统的贵金属深加工技术相结合，大大拓展了贵金属在工业上的应用范围和应用数量。

本项目拟在贵金属纳米材料的电沉积生长体系中，提出和研究一种新的金属离子的还原方式，即电子隧穿还原。与传统生长理论中的还原方式不同，这种新的还原方式是指在某些条件下，生长表面的电子会通过隧穿效应将溶液中的金属离子还原。金属离子的还原是金属纳米材料在电沉积生长体系中生长的初始步骤，其还原方式会对材料的整个生长过程产生直接的根本性的影响。本项目将通过实验和理论相结合的方式，对电子隧穿还原下贵金属纳米材料的生长过程进行深入和细致的研究。通过研究揭示出电子隧穿还原这种新的还原方式对材料生长过程的影响，获得材料在新的还原方式下的生长规律和生长机理。并利用电子隧穿还原导致的颗粒聚集生长，研究贵金属超结构纳米材料的形貌控制机理。该项目的研究将进一步揭示和发展溶液中金属纳米材料的生长机理，具有重要的学术价值。