基本介紹
簡介,進展,二元無機納米管材料的合成,模板合成,高溫合成,其它方法,三元體系無機納米管合成,碳納米管,無機納米籠,萊納斯·卡爾·鮑林,套用,另見,
簡介
無機材料的微觀結構決定著許多的特性，如傳輸行為、催化活性、分離效率、吸附、儲存和釋放動力學。通過材料的表面修飾和引入特殊的顯微結構特點（如中空、多孔）將大大改變上述特性，使材料可用作催化劑、分離膜、多孔生物醫用植入體和藥物載體。最典型的孔狀化合物是分子篩，它們具有精確限定的幾個埃孔徑的三維骨架結構，而且它們的尺寸可以在製備過程中通過模板進行調節。正是由於它們的開放結構，這些矽鋁酸鹽在離子交換、乾燥、吸附中有重要的作用。但由於絕緣和缺乏氧化還原活性，而且它們的孔徑被限制在13埃左右，因此無論化學組成還是結構都限制了這些微孔結構的氧化物更廣泛的套用。
進展
最近，隨著集成與緊湊的光電設備的發展，有關納米結構的材料及其製備方法正在積極地研發[Nature，1999，402，273；Angew.Chem.，Int.Ed.1999，38，2175]。具體地，自發現碳納米管(CNT)之後，已經多次嘗試採用CNT作為超精細的電子器件材料，方法是採用CNT的有序陣列和圖案製備所述的器件[Nature，1991，354，56；Adv.Mater.2002，14，277；Appl.Phy.Lett.2001，79，3696；andNature，2002，416，495]。另外，已經進行了各種嘗試，希望將納米管的結構和性能套用於下列的領域中高靈敏度的微量天平Science283，1513(1999)；氣體檢測器Science287，622(2000)；氫能貯存裝置Nature386，512(1999)；場發射顯示器(FED)Appl.Phys.Lett.72，2912(1998)；Science283，512(1999)；納米鑷子Science286，2148(1999)；單電子電晶體(SET)Science293，76(2001)；激勵器Science284，1340(1999)；存儲器Science289，94(2000)；催化劑USP6210800B1；Nature375，564(1995)；UV吸收劑USP6027775；及藥物遞送劑，油吸收劑，複合材料。因此，已經廣泛地研究採用不同材料製備納米棒、線、管及顆粒的方法。然而，很少有人知道在系統陣列中採用適於製造納米級器件的氣相沉積法製造無機納米管的方法。已經研究過採用CNT製造第二納米結構材料。例如，在高於其熔點的溫度下熔化V2O5粉末並利用毛細管現象塗布CNT的方法[Science375，564(1995)]；採用化學鍍形成金屬薄膜的方法[JJAP36，L501(1997)]；利用CNT與B2O3之間的取代反應製造硼氮化物(BN)納米管的方法[Appl.Phys.Lett.73，3085(1998)]；通過H2WO4與H2S之間的高溫反應，用WS2塗布多壁納米管(MWNT)的方法[Chem.Mater.14，2209，(2002)]；利用納米管與金屬氧化物(MO)之間的受限反應製造金屬碳化物納米棒的方法[Science277，1287(1997)]；採用陽極多孔氧化鋁和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)製造TiO2納米管陣列的方法[Langmuir12，1441(1996)]；以及通過沉積SiO2製備納米管的方法，該方法利用垂直排列的納米纖維作模板，通過蝕刻暴露納米纖維，並蝕刻掉所暴露出來的納米纖維。
二元無機納米管材料的合成
模板合成
自然界的生物礦化過程中，由細胞分泌的自組裝的有機物對無機物的形成起模板作用，使無機礦物具有一定的形狀、尺寸、取向和結構。這一現象給無機－有機複合材料的合成以重要的啟示：先形成有機物的自組裝體，無機先驅體在自組裝聚集體與溶液相的界面處發生化學反應，在自組裝體的模板作用下形成無機/有機複合體，將有機模板去除後即得到有組織的具有一定形狀的無機材料。這種模仿生物礦化中無機物在有機物調製下的形成過程的無機材料合成，稱為仿生合成或模板合成。利用模板合成製備納米微粒、薄膜、塗層、多孔材料和具有天然生物礦物相似的複雜形貌的無機材料已經獲得了巨大的成功。將模板合成方法套用於納米管的合成過程也獲得了成功，利用模板劑的模板作用在分子水平上控制無機相的析出，從而控制無機物的尺寸、取向和結構，以獲得期望的納米管材料。
高溫合成
高溫合成指溫度大於 00℃的合成。高溫合成是傳統生長晶體的最重要的方法。最初的碳納米管就是在高溫下合成的。碳納米管的形成和生長可以看作是其它已知過程的拓展。在這些過程中，從通過分解含碳的前驅體作為獲得碳的途徑，在稍低於 100℃的溫度下在金屬表面生成石墨結構。
其它方法
Remsker，Rao，Nesper，Tenne等小組的工作闡釋了不同研究方法在合成無機納米管材料中的成功套用，但除了這些常用方法外，還有許多的新納米管材料通過特殊的途徑製備出來。最近報導通過化學氣相沉積法合成了純的 N納米管、規則排布的N納米管，GeN。另外，Tomoko asuga 採用不同於模板或複製的途徑合成了半徑為 m的 iO2納米管。他們的工作證明，通過化學處理可以容易地獲得氧化物納米管。這為無機納米管的合成開拓了一個嶄新的發展空間。
三元體系無機納米管合成
如果能夠對無機化合物的結構生成進行控制的話，它們將被廣泛地用作工程材料，但結構控制在合成過程中很難做到。無機材料近來的發展顯示了形貌結構控制、複製、自組裝、重構等新的合成技巧被套用於無機材料設計合成上。在此基礎上，二元體系的無機納米管材料的發展取得了長足的突破，但隨著體系的複雜程度的提高，材料的定型問題逐漸困難。最近，在二元體系合成的基礎上合成了一些三元體系納米管材料，這對無機納米管合成發展起到了巨大的推動作用。Millet 通過固態反應製得纖維狀釩酸鈉單晶，在單晶中，VO5通過邊、角連線形成令人興奮的釩（Ⅳ）-氧納米管。釩（Ⅳ）-氧納米管的連線是通過位於四周的鈉離子實現的。納米管的內徑大約 ，可以容納一個鈉離子的存在。這種所有釩原子都處於四價態使得釩酸鈉納米管具有良好的離子導電性和磁性。這是第一次通過固態化學方法合成過渡金屬－氧納米管。目前，關於此化合物的磁性和離子導電性的理論與實驗研究仍然在進行之中，以期有新的突破。 酸富鎂管通過三步合成。首先，碳酸鎂在針狀文石中用尿素作為原料在反應釜中形成，然後用鹽酸除去針狀文石，最後，中空碳酸鎂加熱形成一種包含鎂、鈣氧化物的產物，而形態沒有發生轉化。
碳納米管
碳納米管不總是筆直的，局部可能出現凹凸的現象，這是由於在六邊形結構中混雜了五邊形和七邊形。出現五邊形的地方，由於張力的關係導致碳納米管向外凸出。如果五邊形恰好出現在碳納米管的頂端，就形成碳納米管的封口。出現七邊形的地方碳納米管則向內凹進。
無機納米籠
無機納米籠（InorganicNanocages）通常指空心的帶孔洞的金納米顆粒，大小為10到150納米。金納米籠可由氯金酸（HAuCl4）在沸水中取代銀納米顆粒合成。通常金納米顆粒的吸收峰在可見光波段（約550nm），而金納米籠的吸收峰則位於近紅外波段。近紅外光的生物組織穿透性較好，且金納米籠也有較好的生物相容性，使其能作為光學相干斷層掃描的顯影劑，解析度可達微米級。金納米籠也可以通過吸收近紅外光來加熱，納米籠的最初發現者華盛頓大學的夏幼南等將腫瘤特異性的抗體（如抗EGFR的抗體）加在金納米籠上，使其可特異性富集在癌細胞表面，再遠程施加近紅外光來加熱殺死癌細胞。
萊納斯·卡爾·鮑林
萊納斯·卡爾·鮑林（英語：LinusCarlPauling，1901年2月28日－1994年8月19日），美國化學家，量子化學和結構生物學的先驅者之一。1954年因在化學鍵方面的工作取得諾貝爾化學獎，1963年因反對核彈在地面測試的行動獲得1962年度的諾貝爾和平獎，成為獲得不同諾貝爾獎項的兩人之一（另一人為居里夫人）；也是唯一的一位每次都是獨立地獲得諾貝爾獎的獲獎人。其後他主要的行動為支持維他命C在醫學的功用。鮑林被認為是20世紀對化學科學影響最大的人之一，他所撰寫的《化學鍵的本質》被認為是化學史上最重要的著作之一。他以量子力學入手分析化學問題，結論卻以直觀、淺白的概念重新闡述，即便未受量子力學訓練的化學家亦可利用準確的直觀圖像研究化學問題，影響至為深遠，比如他所提出的許多概念：電負度、共振論、價鍵理論、雜化軌道、蛋白質二級結構等概念和理論，如今已成為化學領域最基礎和最廣泛使用的觀念。
他晚年過度吹捧營養補充品的藥用價值，並提倡使用高劑量的維生素C治療感冒，給自己的聲譽帶來了負面影響。
套用
另見
- 無機納米籠
