尺寸为几个纳米到几十纳米的颗粒,即常称的纳米颗粒具有许多块状材料不具备的优良性质。这些性质具有很强的尺寸、形状以及表面状态的依赖性。纳米颗粒可以通过多种物理或化学方法进行合成,如沉淀法、溶胶凝胶法、化学气相沉积、氯化物还原,沉积盐焙烧、机械球磨、气相法。前5种方法生产成本低廉,但是在纯度、活性等方面有严重的问题。气相蒸发等气相法是一种很清洁的方法,生产的纳米颗粒纯度高、结晶性好、活性高,非常适合于金属纳米颗粒的制备。这类方法中,在真空或惰性气体中的气相蒸发-冷凝是最广泛使用的一种,但是生产速率低、成本高、设备复杂,从而在实际中受到了很大限制。
热等离子体具有强的反应活性,可以让蒸发在一个活性的气氛下进行,具有强的氧化或还原特性,是一种能够很好解决这些问题的方法,尤其是非常适合金属纳米颗粒的制备,具有快速冷却效果,适合制备亚稳态的物质。以前在电弧熔解的时候实际观察到的物质蒸发并不大,等离子体方法没能在纳米材料制备中获得应用。后来发现在氩气中通入氢气后能够显著提高物质的蒸发,从而被用于纳米颗粒的制备上来。早期的工作时,Wata小组在氦气中引入15%的氢气,研究金属的蒸发,发现氢气具有很强的促进金属蒸发的效果。宇田雅光和他的助手发展了这种技术,他们采用一个电极取代了Plasma jet gun,同时利用50%Ar+50%H2取代氦气和氢气的混合气,使这种工艺变得更简单,成本更低,产量更大,他们命名为氢等离子体金属反应法,之后等离子体制备纳米颗粒就逐步得到普及[40,41]。(www.daowen.com)
等离子体作用后出现纳米颗粒的现象最初是由美国学者早在20世纪50年代就注意到和提出来的,而宇田雅光等从20世纪80年代起则系统地对其进行了大量研究工作。金属纳米颗粒除了金属的加热引起直接热蒸发而形成外,更重要的是因氢气等不同活性气体等离子体的作用而引起的,这种作用使纳米颗粒的合成速度提高十倍乃至数十倍[42-43].
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