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納米膠囊
2017-04-14 | 供稿:張志東 】【打印】【關閉

納米膠囊(Nanocapsules)就是在納米尺度(1納米=10-9米)的膠囊。當物質小到1至100納米(10-9-10-7米)時,由于其量子效應、物質的局域性和巨大的表面及界面效應,使物質的很多性能發生質變,呈現出許多既不同于宏觀物體,也不同于單個孤立原子的奇異現象。

納米膠囊是納米材料的一個重要分支,是零維納米材料的重要組成部分。納米膠囊可以看作是微米膠囊概念的延伸,而微米膠囊無論從合成技術還是從實際應用來說都早已是一個非常成熟和龐大的產業。由于傳統藥物膠囊是將藥物封裝在處于具有保護性外殼內形成具有一定功效的內核。因此,借用“膠囊”這一概念具有殼/核結構的特點,將各種尺度上介于1-100nm之間的,具有殼/核結構特點的金屬、非金屬以及有機物的包裹體統稱為“納米膠囊”。通常我們感冒吃藥要吃感冒膠囊,我們可以想象將感冒膠囊縮小到納米尺度(1納米到100納米之間)。我們也可以想象將雞蛋縮小到納米尺度。

納米膠囊種類繁多。外殼物質有石墨、CNx、氮化硼、二硫化物 (MX2, M = W, Mo, Nb, Ta; X = S, Se, Te)等層狀物質、高分子聚合物和磷酸鹽、SiO2、半導體、氧化物等。內核物質有各類金屬、非金屬元素和化合物等。納米膠囊作為介于宏觀物體和原子之間的介觀體系,它與宏觀物體和原子既有共同的地方,又有其很多獨特的性質和用途。它集合了由殼核結構所帶來的特性和納米體系由尺寸變化引起的效應。納米膠囊的外殼具有許多功能,如:保護內核免受環境的破壞;增加納米團簇的穩定性以避免其長大;促進納米顆粒在不同介質中的分散性;增加物質的活性;改變內核的光學、電學、磁學性質等。

最近,我們對納米膠囊領域的進展及金屬所磁性材料與磁學研究部近期的相關工作進行了綜述[1,2]。介紹了包括能級、量子效應、幻數效應、表面/界面、納米膠囊中的亞穩相等理論基礎。介紹了最常應用的納米膠囊制備技術,如物理、化學、物理化學和機械等技術。綜述了納米膠囊的光、電、磁、動力學性質等物理性質以及人工細胞、紅血細胞替代、藥物輸運和控制釋放等生物醫藥性質。我們用各種不同的方法制備不同類型的納米膠囊,系統地研究了它們的相結構、殼核結構和磁性等[1,2]。用電弧等離子法、化學氣相沉積法、高溫反應法等制備過渡金屬Fe、Co及其合金、稀土金屬的納米顆粒和納米碳膠囊、納米氮化硼膠囊、Fe的納米Al2O3膠囊、WS2包裹W的納米膠囊、MoS2包裹Mo/MoO2和WS2包裹CoS/CoO的納米膠囊、NbC(C)納米膠囊、GdAl2/Al2O3納米膠囊等。我們分析相的相轉變機理和各類相之間的關系,找出影響其結構熱穩定性的關鍵因素。根據獲得的微觀結構和成分的實驗觀察結果構建納米膠囊殼-核結構的模型。測量納米膠囊的各項磁性能。重點研究各類殼-核結構對納米膠囊的抗氧化性和磁性的影響。近期比較有新意的工作有: 通過電弧等離子分解乙硼烷制備非晶硼納米顆粒,再在氮氣中高溫合成納米氮化硼膠囊;在甲烷或酒精氣氛中用電弧等離子法合成過渡金屬納米碳膠囊;用化學氣相沉積法制備過渡金屬Fe、Co及其合金的納米碳膠囊;用電弧等離子法制備Fe的納米Al2O3膠囊;研究了含有零維超導NbC(C)納米膠囊和碳納米纖維的納米復合物的電輸運性質;合成了在低溫下有巨大磁熵變的稀土金屬間化合物GdAl2/Al2O3納米膠囊。

研究納米膠囊將會促進人們進一步深入理解物質在介觀尺度的結構特點和基本磁性,有利于對介觀世界的物理現象和自然規律的認識,對提高稀土磁記錄、磁流體材料等磁性材料的性能有一定的指導價值。展望未來,預期將有更多的新型納米膠囊被更多的新技術合成出來,它們將具有更多的新性質,并將會在更多的領域和工業得到廣泛的應用。

[1] “Nanocapsules”, Z.D. Zhang, in Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnologyedited by H.S. Nalwa, Volume 6, (American Scientific Publishers, Stevenson Ranch, California, January 2004) pp.77-160.

[2] “Magnetic Nanocapsules”, Z. D. Zhang, J. Mater. Sci. Tech., 23 (2007) 1.

 

本文引用地址:http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=19088

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