德国开发简易通用金属纳米颗粒陶瓷复合材料新方法

前不久,德国柏林技术大学的研究人员在开放陶瓷(OpenCeramics)期刊报告了一种制备金属纳米颗粒陶瓷复合材料的简单通用制备方法,通过将微细纳米金属颗粒嵌入陶瓷材料中以增大它们的商业应用范围。

德国开发简易通用金属纳米颗粒陶瓷复合材料新方法

含金属前驱体合成示意

金属纳米粒子的吸引力在于其独特的电子和光学性质,这部分依赖于延伸到其结构中的量子力学效应。这些特性为化学催化、电子、光学、传感器技术和磁学等不同领域的创新提供了机会。然而,到目前为止,在实际应用所需的条件下稳定性差,限制了发展。“这个问题可以通过在非晶态陶瓷基体中嵌入金属纳米粒子来解决,”研究小组成员Bekheet说。

“我们使用容易获得的起始材料,在一步化学反应中生产了几种复合材料”。Bekheet和他的同事利用含硅聚合物来制造陶瓷,这种陶瓷属于聚合物衍生陶瓷(PDC)的范畴。他们选择PDC是因为它们具有高稳定性、耐腐蚀性以及在加热或暴露于一系列化学条件下的适当行为。

在氩气气氛下,通过金属醋酸盐与聚乙烯基硅氮烷(Durazane1800)在室温下一步反应合成了含金属(Mn,Fe,Co,Cu,Zn,Ag)的聚硅氮烷前驱体。合成的含金属前驱体的红外光谱表明,合成过程中使用的金属醋酸盐催化聚硅氮烷中-Si-H和-Si-CHCH2基团之间的硅氢加成反应。将合成的含金属前驱体在700℃和1100℃氩气气氛下热解,得到含有金属或金属硅化物的纳米陶瓷复合材料。

其中一些含有镍或钯金属的纳米复合材料被证明是一种重要的工业反应的优良催化剂,即甲烷的干重整反应。这将甲烷(广为人知的天然气)与二氧化碳一起转化为一氧化碳和氢气的混合物,称为合成气,合成气是化学工业中许多工艺的关键起始原料。

另一种纳米复合材料含有锡作为其金属成分,其特性使其适合作为可充电电池的电极材料。这些最初的例子展示了三种可能性,研究人员希望它们的纳米复合材料具有广泛的有用性能。

Bekheet补充道:“我们也希望我们的工作能激励其他研究人员探索制造多种应用的含金属陶瓷纳米复合材料。”。他指出,该团队最初预期使用他们的方法只生产少数几种纳米复合材料,但惊讶地发现,这种方法显示出制造多种多样材料的潜力。探索所有这些可能性需要时间,但可能会非常富有成效。[粉体圈 编译YUXI]

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