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纳米粉体材料之星纳米碳管
纳米碳管，管状的纳米级石墨晶体，是单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管，每层的C是SP2杂化，形成六边形平面的圆柱面。
纳米碳管由1991年日本科学家发现，具有优良的场发射性能，制作成阴极显示管，储氢材料。我国自制的碳管储氢能力达到4%，据世界领先水平。1992年，科研人员发现碳纳米管随管壁曲卷结构不同而呈现出半导体或良导体的特异导电性;1995年，科学家研究并证实了其优良的场发射性能;1996年，我国科学家实现碳纳米管大面积定向生长;1998年，科研人员应用碳纳米管作电子管阴极;1998年，科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;1999年，韩国一个研究小组制成碳纳米管阴极彩色显示器样管;2000年，日本科学家制成高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。
近年来，我国科学家不仅在世界上合成出最长的碳纳米管，而且加紧了碳纳米管的应用研究，研制出具备良好储氢性能的碳纳米管和具备初步显示功能的碳纳米管显示器，并在利用其电子发射性能研制发光器件。
由于纳米粉体材料可以压制成纳米固体。所以纳米粉体是纳米固体的基础。
(1)纳米涂层
纳米涂层是运用表面技术，将部分或全部含有纳米粉的材料涂于基体，由于纳米粉体的独特表面性质，从而赋予材料新的各种性质。
① 可以做成表面涂料从而改变物质表面的光学性质，如光学非线性、光吸收、光反射、光传输等。纳米颗粒在灯泡工业上有很好的应用。对于高压钠灯，碘弧灯有69%的电能转化为红外线，只有少量的光能是可见光，并且灯管发热也会减少灯管的寿命，纳米颗粒给其提供了新的解决方案，人们利用SiO2和TiO2的纳米颗粒制成了多层干涉薄膜总厚度为微米级衬在灯管的内部不仅透光率好而且又很强的红外线反射能力。可以节省电15%.
②纳米红外涂层，也受到很多人的研究，利用二氧化硅和三氧化二铁、三氧化二铝的纳米粉末复合后就可以很强的吸收红外线，可以做成军人的衣服，既可以保暖又可以躲避敌人热频段的探测，并且重量减少30%.
③纳米紫外涂层，是利用了纳米颗粒的蓝移现象，可作为半导体紫外线过滤器。还有可以涂在塑料表面可以减缓塑料的老化，甚至可以做成防晒霜保护皮肤。
④纳米隐身技术，随着各种探测手段越来越先进，雷达发射电磁波，利用红外探测器可以探测发热体等在以后的军事斗争中，纳米隐身技术就显得很重要了。一方面由于纳米颗粒尺寸远小于红外及其雷达波的波长，因此纳米颗粒的透射率就比常规的材料要大得多，从而减少了反射率，避开了探测;另一方面，纳米微粒的表面能比常规材料要多得多，这就使纳米微粒对电磁波的吸收很强，使反射回去的电磁波轻度大大减小从而很难被发现。纳米级的硼化物，碳化物以及纳米碳管在这方面很有发展前途。
(2)在环境保护方面的应用
矿物能源的短缺，环境污染困扰着人们，纳米材料在环境保护，环境治理和减少污染方面的应用，已经呈现出欣欣向荣的景象。纳米颗粒可以抗菌、防腐、除臭、净化空气、优化环境，便于降解等，此外还可以吸附重金属离子净化水质，吸附细菌，病毒，有毒离子等。
(3)纳米粒子光催化
光催化可以用于环保，降解农药，有机物等。由于纳米粒子粒径小，比表面积大，光催化效率高;另外纳米粒子生成的电子、空穴在达到表面大部分不会重新结合，因此空穴低，化学反应活性高。
(1) 气相法，是指直接利用气体或者通过各种手段将物质变为气体，使之在气体状态下发生物理或化学的反应，最后冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法。
具体有惰性气体冷凝法、溅射法、流动液面上真空蒸镀法、通电加热法、爆炸丝法、化学气相反应法等
(2)液相法，液相法制备纳米微粒的共同特点是该法均以均相的溶液为出发点，通过各种途径使溶质和溶剂分离，溶质形成一定的形状和大小的颗粒，得到所需粉末样品的前躯体，热解后得到纳米微粒。
主要的制备方法有沉淀法、水解法、喷雾法、溶胶凝胶等等
(3)固相法，固相法是通过从固相到固相的转变来制造粉体，对于气象和液相，分子具有大的易动度，所以集合状态是均匀的，对于外界条件来讲，反应很敏感。而固相法分子扩散很迟缓，集合状态时多种多样的。比较稳定。
主要方法有热分解法、固相反映法、火花放电法、溶出法、球磨法等
氢气被很多人视为未来的清洁能源。但是氢气本身密度低，压缩成液体储存又十分不方便。碳纳米管自身重量轻，具有中空的结构，可以作为储存氢气的优良容器，储存的氢气密度甚至比液态或固态氢气的密度还高。适当加热，...
纳米碳管(CNT)，管状的纳米级石墨晶体，是单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管，每层的C是SP2杂化，形成六边形平面的圆柱面。碳纳米管同样也有天然产出的碳晶特性。使纳米碳管...
你好，据我了解，纳米碳管是由碳原子形成的石墨片卷成的无缝中空管体，它有多种模式：单壁的；多壁的；不同直径的；含有手性的等。纳米碳管之所以引起人们的研究兴趣，主要是它具有独特的结构和性能，如长径比高、化...
纳米粉体颗粒一般指一次颗粒(含有气孔率低的一种独立粒子)，可以是晶态，非晶和准晶态，可以是多晶体也可以是单晶体。
对于球形颗粒来说颗粒尺寸即指其直径。则对规则颗粒，尺寸的定义常为等当直径，如体积等当直径，摄影面积直径等。
下面介绍两种主要的测量方法:
透射电镜(TEM)法:拍摄多张纳米微粒图片，测量其等当半径，然后画出不同晶粒尺寸下的晶粒数分布图，将分布曲线中峰值的颗粒尺寸作为平均粒径。
X射线衍射线线宽法:测定的是晶粒尺寸而不是颗粒尺寸，由于晶粒的细小可以引起衍射线的宽化，其衍射线半强度的宽化度B与晶粒尺寸D关系可以用下式来表示:
B=0.89λ/D*角度的余弦 其中B=Bm-Bs，B只是晶粒细化引起的宽化
纳米粉体材料的性质与以下几个效应有很大的关系:
(1).小尺寸效应
随着颗粒的量变，当纳米颗粒的尺寸与光波、传导电子德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理尺寸特征相当或更小时，周期边界性条件将被破坏，声、光、电、磁、热、力等特性均会出现质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化成为小尺寸效应。
(2).表面与界面效应
纳米微粒尺寸小、表面大、位于表面的原子占相当大的比例。由于纳米粒径的减小，最终会引起表面原子活性增大，从而不但引起纳米粒子表面原子输送和构型的变化，同时也引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化。以上的这些性质被称为"表面与界面效应"。
(3).量子尺寸效应
当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变成离散能级的现象成为量子尺寸效应。
具体从各方面说来有以下特性:
(1)热学特性
纳米微粒的熔点，烧结温度比常规粉体要低得多。这是由于表面与界面效应引起的。
比如:大块的pb的熔点600k，而20nm球形pb微粒熔点降低288k，纳米Ag微粒在低于373k时开始融化，常规Ag的熔点远高于1173k。还有，纳米TiO2在773k加热出现明显致密化，而大晶粒样品要出现同样的致密化需要再升温873k才能达到，这和烧结温度有很大关系。
(2)光学特性
宽频带强吸收
当尺寸减小到纳米颗粒时，几乎成黑色，对可见光反射率急剧下降。
有些纳米颗粒如同氮化硅，SiC及三氧化二铝对红外有一个宽频带强吸收谱。而ZnO、三氧化二铁和二氧化钛纳米颗粒对紫外线有一个宽频带强吸收谱。
蓝移和红移
和大块材料相比，纳米微粒普遍吸收带存在蓝移，即吸收带移向短波长方向;而在某些条件下粒径减小至纳米级时吸收带向长波方向转移，即红移。
(3)化学性质
由于表面效应，可以做催化剂，提高反应活力。
纳米材料分为纳米粉体材料、纳米固体材料、纳米组装体系三类。纳米粉体材料是纳米材料中最基本的一类。纳米固体是由分体材料聚集，组合而成。而纳米组装体系则是纳米粉体材料的变形。
纳米粉体也叫纳米颗粒，一般指尺寸在1-100nm之间的超细粒子，有人称它是超微粒子。它的尺度大于原子簇而又小于一般的微粒。按照它的尺寸计算，假设每个原子尺寸为1埃，那么它所含原子数在1000个-10亿个之间。它小于一般生物细胞，和病毒的尺寸相当。
细微颗粒一般不具有量子效应，而纳米颗粒具有量子效应;一般原子团簇具有量子效应和幻数效应，而纳米颗粒不具有幻数效应。
纳米颗粒的形态有球形、板状、棒状、角状、海绵状等，制成纳米颗粒的成分可以是金属，可以是氧化物，还可以是其他各种化合物。
某纳米粉体材料白炭黑制备项目职业病危害控制效果评价
某纳米粉体材料白炭黑制备项目职业病危害控制效果评价
目的对某纳米粉体材料白炭黑制备项目产生的职业病危害因素进行检测分析并对控制效果评价。方法采用现场职业卫生调查、工程分析、职业病危害因素检测检验。结果建设项目生产过程中产生或存在主要职业病危害因素有凝聚SiO2粉尘、氯气、氯化氢或盐酸、氢氧化钠、噪声、高温、热辐射等。经测定接尘工人接触粉尘浓度合格率为67%,气相SiO2制备车间中控操作工和包装工接触粉尘的浓度、包装工接触噪声强度超过职业接触限值。结论本项目属于职业病危害严重的建设项目,防护措施存在一些问题,但如能按报告的要求整改,可以通过竣工验收。
微波法制备纳米碳管-碳化钛复合粉体
微波法制备纳米碳管-碳化钛复合粉体
以钛铁矿为原料,通过等离子体化学气相沉积,生长纳米碳管.再通过微波加热强制碳化得到碳化钛-纳米碳管(TiC-CNTS)复合粉体.研究纳米碳管的生长工艺和微波碳化处理工艺,得出合理的制备工艺条件:纳米碳管的制备条件为微波功率600 W,腔体气压5.5 kPa,甲烷流量3.3 mL·min-1,氢气流量55 mL·min-1,生长时间40 min.碳化条件:微波功率700 W,处理时间10 min.
纳米材料分为纳米粉体材料、纳米固体材料、纳米组装体系三类。纳米粉体材料是纳米材料中最基本的一类。纳米固体是由分体材料聚集，组合而成。而纳米组装体系则是纳米粉体材料的变形。
纳米粉体也叫纳米颗粒，一般指尺寸在1-100nm之间的超细粒子，有人称它是超微粒子。它的尺度大于原子簇而又小于一般的微粒。按照它的尺寸计算，假设每个原子尺寸为1埃，那么它所含原子数在1000个-10亿个之间。它小于一般生物细胞，和病毒的尺寸相当。
细微颗粒一般不具有量子效应，而纳米颗粒具有量子效应;一般原子团簇具有量子效应和幻数效应，而纳米颗粒不具有幻数效应。
纳米颗粒的形态有球形、板状、棒状、角状、海绵状等，制成纳米颗粒的成分可以是金属，可以是氧化物，还可以是其他各种化合物。
纳米粉体颗粒一般指一次颗粒(含有气孔率低的一种独立粒子)，可以是晶态，非晶和准晶态，可以是多晶体也可以是单晶体。
对于球形颗粒来说颗粒尺寸即指其直径。则对规则颗粒，尺寸的定义常为等当直径，如体积等当直径，摄影面积直径等。
下面介绍两种主要的测量方法:
透射电镜(TEM)法:拍摄多张纳米微粒图片，测量其等当半径，然后画出不同晶粒尺寸下的晶粒数分布图，将分布曲线中峰值的颗粒尺寸作为平均粒径。
X射线衍射线线宽法:测定的是晶粒尺寸而不是颗粒尺寸，由于晶粒的细小可以引起衍射线的宽化，其衍射线半强度的宽化度B与晶粒尺寸D关系可以用下式来表示:
B=0.89λ/D*角度的余弦 其中B=Bm-Bs，B只是晶粒细化引起的宽化
气相二氧化硅是出现最早，也是最早实现工业化生产的一种无机纳米粉体材料，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，被广泛的应用于硅橡胶、粘胶剂、油漆涂料、油墨和复印机墨粉、不饱和聚酯树脂及复合材料，是国家高技术领域和国防工业急需的、必不可少的原材料。
但未改性的气相二氧化硅表面含有大量的羟基和极性基团，使原生粒子之间极易相互碰撞聚集在一起，形成二次聚集体，影响了气相二氧化硅在有机聚合物中的均匀分散，满足不了某些行业对其的特殊需要，因此就需要有针对性地对气相二氧化硅进行表面化学改性处理，使气相二氧化硅表面由亲水变为疏水性，从而改善纳米气相二氧化硅颗粒与有机物分子之间的浸润性、分散性、界面结合强度，提高复合材料的综合性能。
气相二氧化硅的改性原理
气相二氧化硅在改性前，表面一般有三种羟基，一是孤立的自由羟基，以一定的间距“联”在颗粒的表面；二是连生的、形成氢键的缔合羟基；三是双生的羟基，两个羟基连在一个硅原子上。
对气相二氧化硅的改性就是通过一定工艺，选择合适的表面处理剂与二氧化硅表面的羟基反应，以减少表面硅羟基的量，使气相二氧化硅表面呈疏水性。一般地说，能够与白碳黑表面羟基发生化学反应的易挥发物质均可作为改性剂。
常用的改性剂包括有机氯硅烷、硅烷偶联剂、醇类化合物、胺类化合物等：
有机氯硅烷作为改性剂，常用的是二甲基二氯硅烷和三甲基氯硅烷。
硅烷偶联剂作为改性剂，常用的有六甲基二硅氮烷、六甲基乙烯基硅氮烷、乙烯基乙氧基硅烷等。
醇类化合物作为改性剂。
胺类化合物作为改性剂。
气相二氧化硅的处理工艺
气相二氧化硅的表面改性有干法和湿法以及压热法三种。
使干燥的气相二氧化硅与有机硅烷的蒸汽在固定反应器或硫化床中接触并进行反应，以减少表面硅羟基的数量，这种方法就是干法。干法工艺的特点是改性装置可直接连在气相二氧化硅生产装置脱酸工序的前后，过程简单，后处理工序少，还可避免其他方法因使用苯、甲苯等有机溶剂造成的环境污染，易于规模化生产。但干法也有其缺点，改性剂消耗量大，操作条件严格，对设备要求高，导致产品成本升高。
湿法是指将气相二氧化硅和改性剂加入到有机溶剂中，然后把它们加热煮沸、回流，再分离，然后干燥。这种方法工艺简单，产品质量容易控制，改进剂消耗量小。湿法的缺点是产品后处理过程复杂，容易造成污染，且难实现规模化工业生产。
随着气相二氧化硅表面处理研究的不断深入，处理工艺的不断成熟，硫化床反应器的成功应用，干处理法为多数厂家所采用。
改性气相二氧化硅的应用
改性气相二氧化硅通常应用于高温硅橡胶，能够改善二氧化硅粒子与聚合物的亲和性，根本消除结构化现象，对硅橡胶起到补强作用，使硅橡胶的拉伸强度可由补强前的0.3MPa提高到14MPa左右。改性气相二氧化硅对高温硅橡胶的补强作用效果与气相二氧化硅粒径大小、粒径的分布、杂质的含量、表面pH值的高低以及所选用的处理剂均有关系。
改性气相二氧化硅也常常应用于涂料、塑料、医药、密封胶、油漆、油墨、化妆品，能对体系起到增稠、控制流变性以及防结块的作用。如改性气相二氧化硅添加到粉末涂料中，明显可以改善粉体的流动性、分散性能，并可防止结块。在密封胶中添加改性气相二氧化硅，能够对密封胶起到很好的补强作用，提高密封胶的耐候性能。
纳米粉体材料综述