纳米粒子是各种应用中的一体组分，包括药物，半导体，催化和能量。188金宝搏app安卓下载它们定义为尺寸为1-1000nm的粒子。在较小的尺寸尺寸下，粒子可以表现不同于其散装对应物。例如，随着颗粒变小，它们的表面积大大增加。这允许性能增加，例如增加的电力和导热率，降低熔点，磁性更强或独特的光学性质[1]。为了开发先进材料，能够一致地利用这种尺寸的材料在清洁能源，催化和传感器等领域提供了丰富的机会，以命名几个。
纳米颗粒的一些应用是什么？188金宝搏app安卓下载
纳米颗粒目前存在于各种各样的消费品中。它们可以作为防紫外线的填料或涂层，这在窗户、镜片和防晒霜中很重要。银和铜等材料已知的抗菌特性可以作为纳米颗粒结合在一起，以保持包装食品的新鲜或减少袜子的气味。在医学领域，金纳米粒子作为一种潜在的靶向药物传递和癌症检测的药物已经被广泛研究。在反应催化方面，纳米粒子的有效性与大块材料相比主要是由于当粒径减小时表面积的巨大增加。这使得催化材料[4]的应用效率大大提高。在等离子体学领域，纳米粒子由于其独特的光学性质被称为表面等离子体，可用于拉曼光谱(通常称为表面增强拉曼光谱(SERS))的增强检测。
纳米颗粒是如何制造的？
纳米颗粒通常由自上而下或自下而上的方法合成。自下而上的方法依赖于核原子大小的材料进入最终纳米颗粒。虽然精确的合成方法取决于所产生的材料，但是一些常用方法包括TureTevich方法（柠檬酸盐），气相合成，嵌段共聚物合成，以及最近，微生物合成[1,5,6]。自上而下的方法，其中散装材料物理分解以制造较小的分子，包括铣削，激光消融和火花烧蚀。
自下而上的合成方法通常被称为“湿法”，因为它们涉及到成批的溶剂和其他化学品。此外，这些粒子通常必须在溶液中稳定或封盖，以确保它们不会继续生长超过纳米尺度范围。然后，这些粒子通常需要从溶液中移动或转移，以进行应用或表征。这可以通过将溶液滴到感兴趣的基材上来实现。然而，在一些应用中，如催化，也可能188金宝搏app安卓下载需要从纳米粒子表面去除稳定剂后，他们已经被固定在最终的支持。去除过程可能很困难，甚至是不可能的，导致这些颗粒不能用于其预期的目的(参见[7])。
胶体纳米粒子合成
传统上，纳米粒子是用湿化学方法合成的，首先在溶液中生成粒子，将湿粒子滴到基材上，然后从粒子中去除溶剂、表面活性剂和其他物质。这种湿法合成方法需要大量的时间和化学物质，合成的材料可能会受到溶液残留物的污染。
电火花烧蚀纳米粒子合成
电火花烧蚀是湿法合成的一个有前途的替代方法。火花烧蚀利用所选金属的两个电极，并在两个电极上施加快速(1-10 μs)高压火花。火花产生的纯粒子从两种烧蚀金属的气溶胶，然后转移到下游的基材。所得到的纳米粒子由纯金属制成，不需要干燥或表面活性剂分解等后处理步骤。因此，火花消融是一种更安全、更环保、更经济的生产高质量研究或生产级纳米颗粒的方法。
火花消融是如何工作的
火花烧蚀需要一个火花放电发生器，其基本组成部分如下:
- 选择金属电极
- 载气入口
- 颗粒收集衬底
- 电压源
- 反应气体入口（可选）
的vsparticle vsp-g1系统就是这样一个商业系统，它包含了上述所有部分，允许一触式火花烧蚀实验。
火花放电发生器的电气部件包括电压源，电阻器，电容器和电感器。火花放电发生器的通用电路图如图5所示。根据等式调制火花的频率（F）：
其中I为电流，C为电容，Ū为平均电压。[8］
随着电压的施加，电容器最终放电，造成高温火花(> 20000 K)烧蚀金属电极。然后载气将粒子转移到研究人员选择的衬底上。一些潜在的衬底选择包括TEM网格、电极和金属网格。
控制关键粒子参数，例如尺寸，分布，浓度和覆盖，由气体流速，电压，电流和时间决定。对于大多数关键粒子特性，气体流速是主控制器。它会影响在下游携带之前的大和浓缩的颗粒，其中速率更快地降低颗粒骨料的能力，因此导致具有较小尺寸分布的粒子。较高的流速还增加了下游基材上的浓度和覆盖。
随着电压的施加，电容器最终放电，造成高温火花(> 20000 K)烧蚀金属电极。然后载气将粒子转移到研究人员选择的衬底上。一些潜在的衬底选择包括TEM网格、电极和金属网格。
电压和电流对颗粒大小的影响是相似的，任何一个参数的增加都会产生更大的颗粒。值越高，产生的火花越频繁，越频繁地从电极烧蚀材料，并产生更大、更多的粒子。这些参数也增加了颗粒的分布尺寸。最后，系统运行的时间只影响在下游衬底上实现的覆盖率。表1总结了这些参数如何影响所生成的粒子的属性。图6还提供了关于这些相关性的图形说明。
| 此参数的增加 | 以这种方式影响纳米颗粒 | |||
|---|---|---|---|---|
| 颗粒大小 | 侧分布 | 颗粒浓度 | 样本覆盖 | |
| 气流率 | ↓ | ↓ | ↑ | ↑ |
| 电压 | ↑ | ↑ | ↑ | 没有效果 |
| 当前的 | ↑ | ↑ | ↑ | 没有效果 |
| 时间 | 没有效果 | 没有效果 | 没有效果 | ↑ |
气体流动有两种主要形态——横流和横流。这种流动结构需要中空电极，以允许气体通过电极并最终到达基板。横流气体结构通常导致更短的停留时间和更小的颗粒。流过结构可以允许特定的杂化纳米颗粒结构，这将在后面讨论。
材料范围和组合
通过使用不同的电极和气体流动配置，也可以产生单元素材料以外的粒子。例如，通过烧蚀金和银电极，可以生成合金金-银纳米颗粒。两个SA设置也可以串联或平行设置，以提供不同类型的凝聚或装饰颗粒。
气体流动结构有利于材料的串联沉积，例如铜颗粒包覆金颗粒。其他更奇特的结构，如核壳纳米颗粒，也可能在这种结构中。多元素纳米粒子的类型主要由初始纳米粒子和次级纳米粒子[9]的表面能差异决定。
总体而言，火花消融在产生纳米粒子时提供了许多好处，包括高再现性，快速操作和简单的设置。杂化纳米颗粒可以通过使用两个不同的电极材料产生，并且可以通过改变气体流速，电压，电流和时间来优化颗粒参数。此外，除去需要使用化学品和溶剂以产生颗粒的需要降低了该过程的环境影响。
工具书类
[1] R. Nagarajan，“纳米粒子:纳米技术的基石”，载于《纳米粒子:合成、稳定、钝化和功能化》，美国化学学会，2008，第2-14页。
W. J. Stark, P. R. Stoessel, W. Wohlleben and A. Hafner，“纳米粒子的工业应用”，《化学学会188金宝搏app安卓下载评论》，第44卷，第5期。16, pp. 5793-5805, 2015。
[3] M. Rai，A.P.Ingle，S. Birla，A. Yadav和C. Alves Dos Santos，“所选贵族金属纳米粒子在医学中的战略作用”，Microbiology的关键评论，Vol。42，不。5，pp。696-719,2016。
[4] B. F. G. Johnson，“纳米颗粒在催化中的作用”，《化学信息》，第35卷，第5期。12，页147-159,2004。
J. Turkevich, P. C. Stevenson和J. Hillier，“胶体金合成的成核和生长过程的研究”，《法拉第学会讨论》，第11卷，第5期。，页55-75,1951。