1984年，隨著德國薩爾蘭大學Gleiter教授成功得到納米級的金屬鐵粉，人類正式拉開了納米材料的帷幕。其中金屬納米粉體是指三維空間中一維或多維處在1-100nm之間的超細粒子，在表面效應、量子尺寸效應、小尺寸效應及介電限域效應的影響下，這種尺寸的金屬材料會表現出許多宏觀材料所不具有的性能，并可根據不同需求支撐球形、角形、中空結構等不同形貌。這些獨特的光學和電子性質在電化學、生物醫藥、電子信息、光學等領域中有極大的潛在應用價值。

金-鉑中空納米材料

納米之星

金納米三角片

一、金屬納米粉體材料的制備

1.化學方法

目前廣泛應用的化學方法制備納米粉體材料包括化學還原法、光化學法、溶膠-凝膠法、輻射還原法、沉淀法等[1]。

1.1化學還原法：目前是實驗室和工業上較為常用的制備方法。選擇利用合適的可溶性金屬鹽前驅體與適當的還原劑如NaBH4、檸檬酸鈉等在液相中進行反應，還原，成核生長為金屬單質。

1.2光化學法：鹵化銀的光化學分解可以被認為是一個簡單的光化學制備單質銀的過程，人們也將它應用到貴金屬納米材料的合成當中，類似的方法也被廣泛應用于金屬納米粉體材料的綠色合成和結構構件中。

1.3溶膠-凝膠法：溶膠-凝膠法是用金屬化合物的可溶性鹽溶液，在某種溶劑中形成均質溶液, 溶質發生水解反應并生成納米級的粒子從而形成膠體，經蒸發干燥轉變為凝膠, 再經干燥、燒結等后處理得到所需的納米金屬粉體。

1.4輻射還原法：輻射還原法中最常見的為γ-射線輻射還原法。由于γ-射線輻射法在制備納米金屬材料中具有不引入雜質元素等特點，在綠色環保制備方面具有一定的優勢。通過使用不同的表面活性劑能改變納米金屬材料形貌和結構，為工業應用發展中提供更多選擇性。

1.5沉淀法：沉淀法主要包括直接沉淀法、共沉淀法和均勻沉淀法。其原理主要根據難容化合物的溶度積不同，通過改變溫度、表面活性劑種類、轉化劑濃度等方面來對納米粉體的制備進行控制。

用化學方法制備得到的金屬納米粉體可以根據不同品種和形貌要求選擇不同方法，具有選擇性強，產物純度高等優點。

2.物理方法

物理法制備納米金屬粉體材料主要有磁控濺射法、蒸發冷凝法、離子注入法和高能機械球磨法[2]。其中高能球磨法是近年來快速發展起來的一種制備納米粉體材料的方法，該方法在制備合金納米粉末方面有良好的工業應用前景。

2.1磁控濺射法：磁控濺射法是指在電場的作用下, 電子在飛向基片過程中與氬原子發生碰撞，形成氬離子和新的電子，氬離子在電場作用下以高能量加速飛向陰極，轟擊靶表面, 使得靶材料發生濺射，促使靶材料表層的一些粒子依靠動能飛出材料表面，在基片形成一層納米薄膜體。

2.2蒸發冷凝法：在高真空蒸發室內通入低壓惰性氣體，使金屬材料生成蒸汽，霧化為原子霧與惰性原子發生碰撞而失去能量，從而凝聚形成納米尺寸的團簇并在液氮冷阱上聚集起來，最后得到納米粉體。

2.3離子注入法：即把要注入的分子、原子離子化,進而以數千電子伏特乃至數兆電子伏特的加速能,將離子注入基體中,經熱處理而得金屬納米粒子。

2.4高能機械球磨法：高能機械球磨法主要依靠高速率的振動、旋轉讓球磨機里面的硬球和原材料產生不斷碰撞，讓合金、金屬得以粉碎并產生納米粉體材料。

二、金屬納米粉體材料的應用及前景

金屬納米材料自出現以來，在各個領域已展現出驚人的影響力，這主要歸根于其本身的特殊性質。現列出一些金屬納米粉體材料的主要用途：

1.催化劑材料中的應用

納米級別的金屬粉體由于尺寸微小，但比表面積迅速增加，表面的活性位置增加，增加了化學反應的接觸面。如納米級鎳、銅鋅合金所制成的合金，比現有的雷尼鎳（Raney Ni）高出5倍左右[3]。且可以降低貴金屬的占用量，降低工業成本，廣泛應用于汽車尾氣凈化催化、石油催化、高能燃料電池等領域。

新型納米電池

2.光學材料中的應用

金屬納米材料由于小尺寸效應，具有特殊的光學性質，例如表面等離子共振效應，對一些特殊波長的光有特殊的吸收作用。例如鐵、鈷、氧化鋅粉末可以作為軍事用的隱形材料，納米氧化鋁粉體可以與稀土熒光粉混合，吸收有害的紫外光，而不降低熒光粉的發光效率。

納米金屬的表面等離子共振現象

3.醫藥學材料中的應用

納米材料在生物工程領域應用廣泛，包括金納米材料、磁性氧化鐵、銀納米粒等。由于其本身活性較弱且對細胞無損傷，不易引起其他不良反應，常用作藥物載體。用于特殊藥物或抗體進行的靶向治療。此外，納米銀具有抗菌的作用，在涂料、醫藥、凈水系統、紡織品以及塑料行業中的成功應用案例[4]。

貴金屬納米保健品

納米機器人載體在血管中

4.電子領域中的應用

由于金屬納米粒子表面積大，表面活性高，對周圍環境敏感，可以制成敏感度高、能耗低的傳感器。并且隨著粉末粒徑的減小，其物理性質例如熔點會發生改變。因此，納米級的金屬可以大大提高芯片的成品率，降低損耗率。在導電材料中，使用納米材料可不必采用耐高溫的特定金屬，可節省一些貴金屬的用量，解決產生的靜電問題，增加安全性，降低生產成本。

納米級芯片

5.信息存儲領域中的應用

一些特殊的金屬例如鈷（Co）作為磁存儲介質材料，具有高密度的記錄材料，而納米級別的鈷，具有單磁疇結構，矯頑力高的特性。故其記錄密度更高，且信噪比增強，具有抗氧化性的優點，大幅度改善軟硬磁盤的性能。

金屬納米粉體材料的應用還有很多，例如在航天領域，軍事領域，工業生產領域等。我國納米材料的市場銷售額約為40億元，市場需求量迅速增長，正如錢學森院士所說的那樣：“納米左右和納米以下的結構將是下一階段科技發展的特點，將是21世紀的又一次產業革命”。而納米金屬粉體材料的制備方法也從普通的化學法、PVD法發展到綠色的激光法、超聲法、等離子法等，但這些方法均存在著產量低、成本高的問題，嚴重阻礙了其工業方面的應用和推廣。不難看出：推動金屬納米材料的真正實現主要是解決其兼容性，穩定性，可重復性的問題，實現功能與結構一體化，大力發展納米技術產業在工業發展上的應用，將實驗室成果快速轉化為實際應用中。

參考文獻：

[1] 趙志強. 納米材料的化學制備研究. 設備管理. 2014年8月: 165.

[2] 費金喜，朱維婷，吳紅玉. 納米材料的物理制備方法. 麗水師范專科學校學報. 2001, 23: 29-31.

[3] 熊靜芳. 熱解前驅物法制備多孔納米材料及其性能研究. 南京大學. 2012.

[4] 葉偉杰，陳楷航，蔡少齡，陳利科，鐘同蘇，王小英. 納米銀的合成及其抗菌應用研究進展. Journal of Materials Engineering. 2017, 9: 22-30.

作者：Avlon