无机功能材料

无机功能材料Inorganicfunctionalmaterials目录超细及纳米粉体无机抗菌材料无机多孔材料无机膜材料精细陶瓷无机功能材料展望2纳米微粒纳米微粒指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，尺寸一般为1-100nm，也称超微颗粒。粒径小于100纳米以后，粒子表面的原子数与其体内数目可比，例如5纳米微粒，表面原子比例占百分之四十，比表面积达成180平方米/克，导致纳米材料出现不同于传统固体材料的小尺寸，表面和量子隧道等效应引发的结构和能态的变化，产生了许多独特的光、电、磁、力学等物理化学特能。例如纳米铁具有磁性、原不导电的材料变成导电、特殊的远红外线辐射、强紫外反射、强催化作用、强吸附性等。因此纳米材料科学及工业应用已成为国内外跨新世纪研究开发热点，并开拓发展成为高技术产业，在电子、化工、机械、生物医学等工业领域内，具有日益广泛发展的应用前景。超细及纳米粉体纳米二氧化钛是金红石型白色疏松粉末，屏蔽紫外线作用强，有良好的分散性和耐候性。可用于化妆品、功能纤维、塑料、涂料、油漆等领域，作为紫外线屏蔽剂，防止紫外线的侵害。也可用于高档汽车面漆，具有随角异色效应。目前，制备纳米TiO2的方法很多，基本上可归纳为物理法和化学法。物理法又称为机械粉碎法，对粉碎设备要求很高；化学法又可分为气相法（CVD）、液相法和固相法。超细及纳米粉体纳米二氧化钛①气相水解法TiCl4（g）+2H2（g）+O2（g）→TiO2（s）+4HCl（g）②硫酸氧钛溶液中和法TiSO4+2H2O→TiO(OH)2+H2SO4TiO(OH)2→TiO2+2H2O③胶体化学法主要是将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥，焙烧去除有机成分，最后得到无机材料。该法工艺简单，易于操作，是目前用得比较多的方法④水热合成法以水或有机溶剂作溶媒，在内衬耐腐蚀材料的密闭高压釜中加入纳米二氧化钛的前驱体，按一定升温速度加热，待高压釜达所需温度值，恒温一段时间，卸压后经洗涤、干燥即可得纳米TiO2。超细及纳米微粒纳米二氧化钛生产工艺相对于传统的氧化铁粉，超细氧化铁粉由于粒子细化，其体积和表面积有很大变化，具有明显的体积效应和表面效应，在光学、磁学、电学、模量、阻透性等方面性能大为改善，具有更优良的耐候性、耐光性、紫外线吸收和屏蔽效应和特殊的电、磁、光以及催化、吸附和化学反应性等。因此，超细铁粉在生物医学、生命科学、电子信息材料、军事、环境保护等方面有非常广泛的用途。超细及纳米微粒超细氧化铁粉①液相法②固相法固相法包括机械粉碎法，固相化学反应法和热分解法。机械粉碎法是使用粉碎机，依靠机械力的作用使物料细化。固相反应法是将Fe(NO)3·9H2O或FeCl3·6H2O与NaOH按照一定比例充分混合后进行烧结，由于固相反应中扩散非常缓慢，而且首先生成无定形的FeOOH，表面包覆着NaCl等阻止长大或团聚，故可得到纳米级的粒子。③气相法气相法是直接利用气体或者通过各种手段将物质变成气体，使之在气体状态下发生物理变化或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法。超细及纳米微粒超细氧化铁粉制备方法纳米三氧化二铝晶相稳定、硬度高、尺寸稳定性好，可广泛应用于各种塑料、橡胶、陶瓷产品的补强增韧，特别是提高陶瓷的致密性、光洁度、冷热疲劳性、断裂韧性、抗蠕变性能和高分子材料产品的耐磨性能尤为显著。由于纳米三氧化二铝也是性能优异的远红外发射材料，作为远红外发射和保温材料被应用于化纤产品和高压钠灯中。此外，α相氧化铝电阻率高，具有良好的绝缘性能，可应用于YGA激光晶的主要配件和集成电路基板中。超细及纳米微粒纳米氧化铝粉①机械化学法

机械化学法是将铝粉与其他金属氧化物在球磨条件下进行固相反应生成氧化铝粉末②溶胶凝胶法溶胶凝胶法采用有机醇盐或者无机盐在液相中均匀分布成溶胶，然后加入水使之发生反应，在一定温度和ｐＨ值等条件下生成凝胶。待凝胶干燥后，在不同温度下煅烧而得到所需粉体③气沉淀法Al（OH）3是两性氧化物，可以通过调节酸碱度来促使存在于溶液中的Al离子反应生成Al（OH）3，沉淀。对一些可溶性铝盐，如AlCl3、Al（NO3）3等，可通过加人碱性物质调整溶液ｐＨ值来产生Al（OH）3沉淀。再通过对Al（OH）3热处理可以得到氧化铝.超细及纳米微粒纳米氧化铝粉制备纳米二氧化硅是极其重要的高科技超微细无机新材料之一，因其粒径很小，比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。纳米二氧化硅俗称“超微细白炭黑”，广泛用于各行业作为添加剂、催化剂载体，石油化工，脱色剂，消光剂，橡胶补强剂，塑料充填剂，油墨增稠剂，金属软性磨光剂，绝缘绝热填充剂，高级日用化妆品填料及喷涂材料、医药、环保等各种领域。超细及纳米微粒纳米二氧化硅①物理法

物理法一般指机械粉碎法。利用超级气流粉碎机或高能球磨机将SiO2,的聚集体粉碎可获得粒径1～5微米的超细产品。该法工艺简单但易带入杂质.粉料特性难以控制，制备效率低且粒径分布较宽。②化学法与物理法相比较。化学法可制得纯净且粒径分布均匀的超细SiO2颗粒。化学法包括化学气相沉积(CVD)法、液相法、离子交换法、沉淀法和溶胶凝胶(Sol-Gel)法等但主要的生产方法还是以四氯化硅为原料的气相法.Ti酸钠和无机酸为原料的沉淀法和以硅酸醋等为原料的溶胶凝胶法。超细及纳米微粒纳米二氧化硅制备精细陶瓷精细陶瓷

采用高度精选或人工合成的原料，保持精确的化学组成，经严格的、精确控制的工艺方法，达到设计要求的显微结构和精确的尺寸精度，获得高新技术应用的优异性能的陶瓷材料。（１）产品原料全都是在原子、分子水平上分离、精制的高纯度的人造原料。（２）在制备工艺上，精细陶瓷要有精密的成型工艺，制品的成型与烧结等加工过程均需精确的控制。（３）产品具有完全可控制的显微结构，以确保产品应用于高技术领域。精细陶瓷具有多种特殊的性质，如高强度、高硬度、耐磨耐蚀，同时在磁、电、热、声光、生物工程等各方面有特殊功能，因而使其在高温、机械、电子、计算机、航天、医学工程各方面得到广泛应用。精细陶瓷精细陶特点精细陶瓷的制造工艺：原料粉体的调整成型烧结加工成品1.精细陶瓷粉体的制备（１）机械法滚动球磨、振动球磨、搅动（高能）球磨、气流粉碎等（２）合成法固相合成法、液相合成法、气相合成法（气相热分解法、蒸发凝聚法）2.成型（1）注浆法（2）压制法（3）可塑法3.精细陶瓷的烧结是指生坯在高温加热时发生一系列物理化学变化（水的蒸发，硅酸盐分解，有机物及碳化物的气化，晶体转型及熔化），并使生坯体积收缩，强度、密度增加，最终形成致密、坚硬的具有某种显微结构烧结体的过程。精细陶瓷精细陶瓷精细陶瓷分类：结构陶瓷、功能陶瓷精细功能陶瓷导电陶瓷介电铁电陶瓷气敏陶瓷和湿敏陶瓷铁氧体生物陶瓷高温超导陶瓷精细陶瓷展望精细陶瓷是今年来出现的一种性能优异的新型工业材料，由于它资源丰富、应用广泛，因此发展迅速，有人预言，精细陶瓷将成为21世纪材料工业的基础。目前，世界上对精细陶瓷研究成绩最突出的是日本，其次是美国、德国、加拿大和意大利等，许多国家都已将精细陶瓷的研究列入国家的重点计划。用精细陶瓷制作的汽车发动机部件可大大延长使用寿命，省却了冷却系统，节能13%，且可使排气温度上升，回收废气热能，使热效率从30%提高到40%~48%，并能减少汽车的重量，降低价格。当前，精细陶瓷的研究一方面在于提高其专用性能，扩大应用范围，另一方面至关重要的是进行高纯度物质超微粉体的生产工艺研究。因为当物质逐步微细化到1~100nm颗粒范围时，就成为超微颗粒，这时它在性能上出现与原固体颗粒完全不同的行为，成为“物质的新状态”，表现在磁性、电阻性、对光的反射性、溶剂中的分散性及化学反应性都与原物质有很大的差异。中国的陶瓷制造有着悠久的历史，但对精细陶瓷的研究起步较晚，与世界发达国家相比，还有很大的差距。目前许多科研单位、大专院校已开始了这方面的研究，可以相信，经过努力这种差距将会逐渐缩小。抗菌剂（anti-bacterialagents）指能够在一定时间内，使某些微生物（细菌、真菌、酵母菌、藻类及病毒等）的生长或繁殖保持在必要水平以下的化学物质。抗菌剂是具有抑菌和杀菌性能的物质或产品无机抗菌材料抗菌剂有机抗菌剂；无机抗菌剂；天然抗菌剂。有抗菌防霉作用；长效；安全。抗菌剂分类抗菌剂特点无机抗菌材料有机抗菌剂（季胺盐、双胍类、酚类、噻唑类、咪唑类、醛等）杀菌作用、防霉作用快耐温较差安全性较差稳定性差（UV）短效无机抗菌剂（Ag、Cu、Zn系）安全耐热问题：变色、昂贵天然抗菌剂（壳聚糖）银系无机抗菌剂银的抗菌作用与自身的化合价态有关。这种能力按下列顺序递减：Ag3+>Ag2+>Ag+高价态银的还原势极高，能使其周围的空间产生原子氧，具有抗菌作用。Ag+可强烈吸引细菌体内酶蛋白的巯基，并迅速结合，使以此为必要基的酶丧失活性，致使细菌死亡，其机理简示如下；

无机抗菌材料无机抗菌剂的抗菌机理

当菌体被杀灭后，新Ag+又游离出来与其他菌落接触，进行新一轮杀灭。周而复始。据测定：当水中含银离子为0.05mg／L时，就能完全杀灭大肠杆菌等繁殖菌，并可保持在长达90天内不再有新的菌丛繁衍。在开发银系抗菌剂时，可采用物理吸附或离子交换等方法，将银粒子固定在沸石、磷酸盐等多孔材料中。光催化半导体抗菌剂纳米二氧化钛、纳米氧化锌等光催化杀菌剂，通常表现出超过传统抗菌剂(即仅能杀灭细菌本身)的性能。经确认，光催化杀菌剂能有效杀火的菌类有：大肠菌、绿脓菌、黄球菌等，这一类粉体抗菌的效果就超越了比表面积增大所致的范畴。对于纳米半导体．当粒子细化到纳米级时，光生电子和空穴的氧化还原能力增强，受阳光和紫外线的照射时．纳米二氧化钛和纳米氧化锌等抗菌剂在有水分和空气存在的体系中能自行分解并释放出自由运动的电子(e-)，同时留下带正电的空穴(h+)，其主要反应为：ZnO/TiO2+hv→e-+h+e-+O2→·O2-h++H2O→·OH+H+生成的带羟基的自由基·OH和超氧化物阴离子自由基·O2-都非常活泼，化学活性极强，能与多种有机物发生反应(包括细菌内的有机物及其分泌的毒素)．从而将细菌、残骸和毒素一起杀灭，达到消除之目的

无机抗菌材料无机抗菌剂的抗菌机理无机抗菌材料抗菌制品家电制品冰箱、洗衣机、电饭煲、电视机、电话机、照相机、摄象机、通风机、衣服干燥机、传真机、洗碗干燥机、加湿器、净水器、饮水机、切削器、换气扇、电源开关、遥控器厨房用品餐（饮、茶、酒）具、盆、勺、筷子、刀、菜板、餐盘、保温瓶壳、洗锅刷皮革制品鞋、服装、皮椅、内衬、表带、皮手套、吊带、腰带无机抗菌材料抗菌冰箱1432重点抗菌零部件1-内胆2-门衬3-门封条4-门把手无机抗菌材料抗菌纤维及其织物无机抗菌材料抗菌产品市场和商机1996199719981999日本250400-1000（7000万美元）中国0040150（120万美元）日本3.5--7.4（60亿美元）中国00-0.12（1亿美元）抗菌剂（吨）抗菌制品（万吨）20002005中国200500中国-400亿元多孔材料的重要特征是孔的种类和属性，具体包括孔道与窗口的大小尺寸和形状、孔道维数、孔道走向、孔壁组成等性质，可以按照不同标准来划分多孔材料的类型。如按孔道结构可以划分为一维（1-dimensional）孔道结构、二维（2-dimensional）孔道结构、三维（3-dimensional）孔道结构等；按孔道走向可以划分为直形（straight）孔道，弯形（curved）孔道等；按孔壁组成可分为非金属无机材料，金属无机材料，有机-无机杂化材料等。无机多孔材料无机多孔材料分类a沸石分子筛沸石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的水合物，其化学通式为：Mx/m[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O。M代表阳离子，m表示其价态数，z表示水合数，x和y是整数。沸石分子筛活化后，水分子被除去，余下的原子形成笼形结构，孔径为3～10Å。分子筛晶体中有许多一定大小的空穴，空穴之间有许多同直径的孔（也称“窗口”）相连。由于分子筛能将比其孔径小的分子吸附到空穴内部，而把