中國粉體網訊  納米材料優(yōu)異的電學、力學、光學、磁學和熱學等性能，使其作為一種新型材料被廣泛應用于電子、生物工程、醫(yī)學、化工及航天等領域，被認為是二十一世紀最具發(fā)展?jié)摿η覍ξ磥戆l(fā)展有著巨大影響的產業(yè)。而作為納米材料科學重要組成部分的納米材料合成技術在過去幾十年里也因此得到了迅速的發(fā)展。

納米材料合成技術—等離子體技術

納米材料制備方法可根據反應物的相態(tài)簡單的分為“氣相合成法”、“液相合成法”和“固相合成法”。

納米材料制備方法分類

固相合成法主要應用于陶瓷和金屬氧化物等納米粉末材料的制備。液相合成法主要應用于氧化物系超微粉末的制備。氣相合成法主要有物理氣相反應法和化學氣相反應法兩種，其中物理氣相反應法可用于制備各種金屬、化合物、陶瓷、半導體、和聚合物等薄膜材料。而化學氣相合成法即化學氣相沉積，具有氣壓范圍寬（10Pa~5×105Pa）、納米材料生長可控性強、可合成多種形態(tài)的納米材料以及適用于不同種類納米材料合成等優(yōu)點，被廣泛的應用于新材料研制、無機薄膜材料制備和物質提純等，是當前材料領域制備高品質高性能納米材料應用最廣泛的納米材料合成方法。

自化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，CVD）出現以來，科學界從來沒有停止對它的改進。為了克服傳統(tǒng)的熱化學氣相沉積技術納米材料生長速度較慢的問題，熱絲化學氣相沉積、激光誘導化學氣相沉積和等離子體輔助化學氣相沉積（Plasma Enhanced CVD，PECVD）等技術被相繼開發(fā)出來。其中，PECVD以沉積溫度低、速度快、材料附著性強、臺階覆蓋性強和材料缺陷少等優(yōu)點，應用廣泛。

等離子體分類

等離子體是由大量帶電粒子組成的非束縛態(tài)的宏觀體系，被認為是固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質第四態(tài)。等離子體處理技術的實質是氣體分子電離產生的高能量自由基與材料表面發(fā)生物理化學反應，從而改變材料的物理化學性質。

根據等離子體中電子溫度的不同，可將等離子體分為高溫等離子體和低溫等離子體。而根據低溫等離子體熱力學平衡狀態(tài)的不同，又可將其分為熱等離子體和冷等離子體。

等離子體分類

熱等離子體具有高溫、髙焓和高化學活性的物理化學特性。在工業(yè)領域中熱等離子體最常用的產生方法主要有：直流電弧、高頻耦合等離子體和微波等離子體。

數百帕以下的低氣壓等離子體常常處于非熱平衡狀態(tài)。若電子、離子、中性粒子的溫度被命名為Te、Ti和Tn。此時，電子在與離子和中性粒子的碰撞過程中幾乎不損失能量，所以有Te>>Ti,Te>>Tn。人們把這樣的等離子體稱為冷等離子體(ColdPlasma)。當然，即使是在高氣壓下，冷等離子體也可以通過不產生熱效應的短脈沖放電模式如射頻等離子體(Radio Frequency Plasma)、電暈放電(Corona Discharge)、介質阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge，DBD)和滑動電弧放電(Glide Arc Discharge)來生成。

冷等離子體分類示意圖

等離子體技術的應用

等離子體技術是一種重要的加工處理技術，在多個領域均有重要應用，并逐漸發(fā)展成為微電子、半導體、材料、航天、冶金等產業(yè)的關鍵技術，在生物、醫(yī)藥、臨床和環(huán)境等領域也有廣泛應用。

在材料領域，等離子體技術可用于無機納米材料、碳基材料（如石墨烯、碳納米管等）及耐熱、耐磨、耐腐蝕涂層的制備和改性。如液相等離子體法可在溶液中放電產生大量高能活性粒子、自由基和各種物理效應(電、熱、沖擊波、輻射等)，多效協同地促進了合成反應，為高效能、高品質合成碳納米材料提供了可能的途徑。

放電等離子體(液相)法制備碳納米材料

此外，等離子體領域的一個發(fā)展分支是微等離子體，指至少在一個維度上被限制在亞毫米尺度內的特殊放電。由于極小的電極間距和極大的比表面積，微等離子體不僅兼具常規(guī)等離子體的準電中性、復雜的集體效應等特征，同時還具有體積小、活性粒子密度高、易集成、能在常壓/高壓下穩(wěn)定運行等優(yōu)勢，在碳材料、硅材料、金屬納米材料，氧化物、氮化物、碳化物等無機納米材料等領域都表現出良好的應用前景。

再者，等離子體技術也被越來越多地應用于電池材料中，展現出極大的應用潛力。等離子體技術在鋰離子電池材料的表面處理中，不僅可通過輔助沉積的方式在材料表面形成包覆層，還可通過刻蝕、摻雜等方式調節(jié)材料表面的極性、粗糙度等，也可通過產生自由基的方式在表面引入多種官能團。

通過等離子體技術的不斷革新，相信未來等離子體技術將在不同反應性能金屬及金屬氧化物納米顆粒制備、具有混合相和異質結構特征材料制備、以及硫化氫、氮化物、磷化物、合金及多金屬催化劑制備等方面都將有新的突破；另外，在制備多孔聚合物、生物分子、納米沸石等各種熱敏底物材料，帶有金屬底物及核殼結構的納米催化劑等方面將會顯現出更大的技術優(yōu)勢，并將廣泛應用于涂層、摻雜以及各種材料的表面改性處理等領域。

參考資料：

張婧.等離子體技術在材料領域中的應用研究進展

李大帥.常壓微波等離子體納米材料合成關鍵技術研究

李元等.液相等離子體技術制備碳納米材料的進展與趨勢

李煊赫等.微等離子體合成納米材料的研究進展

劉吉宇等.低溫等離子體輔助加工綜述

石穎等.低溫等離子體在鋰離子電池材料中的應用

（中國粉體網編輯整理/黑金）

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