新型有機金屬材料合成及性能分析

武斌 高文亮(重慶大學(xué) 重慶 400000)

一、有機納米金屬材料結(jié)構(gòu)及性能

有機納米金屬是由一種納米尺度材料所研制接近于金屬性質(zhì)的孵化品，這種材料在空隙結(jié)構(gòu)和金屬特性上都保持了原有合金的性能。根據(jù)現(xiàn)有納米分子直徑作為參考范圍，可將有機金屬材料的空隙分為三類：第一類是分子直徑空隙大小于2 mm的有機金屬，第二類是40 mm>d>2 mm的有機金屬，第三類是d>40 mm的有機金屬，具體劃分標準如表1所示。這種有機納米金屬材料在物理性能和化學(xué)性能上都有一定的特性，在物理性能主要表現(xiàn)在質(zhì)量輕，材料內(nèi)質(zhì)密度為200 g/m3；外層表面附著面積大，與一般金屬材料相比，能夠擴展原有面積的35%；其次便是節(jié)約材料，有機金屬直徑分子排布緊密，減少原有的占用面積。在化學(xué)性能上主要表現(xiàn)在離子共振、熱傳感、電磁效應(yīng)以及催化等，在離子共振層次上通過內(nèi)部分子的擴散，使之分解直徑為納米的小原子，再通過原子核的裂變最終變?yōu)榈刃щx子。在經(jīng)過加熱后，通過納米金屬材料內(nèi)部分子之間的傳遞，使每個分子都具有等效的熱值；電磁效應(yīng)和催化主要表現(xiàn)在電學(xué)方面，在經(jīng)過電流之后，會激發(fā)金屬納米分子電極的分化，原有“+”在經(jīng)過電流交變時，會轉(zhuǎn)化為“—”，會引起磁場效應(yīng)，催化納米金屬分子的轉(zhuǎn)變。

表1 有機納米金屬直徑劃分表

二、有機金屬材料的制備方式

1.模板法

模板法制備金屬材料的標準是在原有濕化學(xué)合成的基礎(chǔ)上進行的第二次加工，第一步是將納米有機金屬材料侵入到鹽酸溶液或者透明膠體中。一般鹽酸溶液選用濃度27%的氯化鈉或45%硫酸鈉，膠體選用氫氧化鐵。使其將附著在大孔金屬上面的模板溶解，模板溶解的化學(xué)成分有Na c l、Al(OH)3、Na OH以及Fe（OH ）3，占有的比例為13%、22%、47%、12%，具體比例如表2所示，再通過退火技術(shù)便能得到納米有機金屬材料。

表2 化學(xué)成分分配表

2.膠態(tài)晶體法

膠態(tài)晶體法是利用聚合物苯分子作為原料，這種原料能夠?qū)⒛０逯写笮〔坏鹊姆肿油ㄟ^原有本身的機構(gòu)產(chǎn)生自組裝模式，實現(xiàn)三維的單孔結(jié)構(gòu)。其中聚苯乙烯是比較常用的膠態(tài)晶體，但有時會使用聚乙烯吡咯烷酮作為穩(wěn)定劑，主要是因為聚乙烯吡咯烷酮能夠在很大程度上限制聚苯乙烯膠態(tài)晶體的聚合，可溶于H2O/C2 H5OH/NH4以及硝基烷烴化合物等,但與一些物質(zhì)不會融合，包括：丙酮酸以及大部分無機鹽類。膠體晶體方式的操作流程如圖1所示，首先將聚苯乙烯膠體轉(zhuǎn)化為三維立體結(jié)構(gòu)，然后將納米金屬材料的分子引入至膠體縫隙中，吸收其內(nèi)部的多余水分，減少其他分子占用空間。最后便通過退火的方式，將其分子壓縮、緊湊，這樣便能得到有機納米合成金屬材料。在圖1去除PS（聚苯乙烯）中，原有的分子結(jié)構(gòu)被裂解，形成3∶2的比例結(jié)構(gòu)，再通過退火流程的加工，使其分子孔壁的厚度減少。

圖1 膠體晶體制備流程

3.多孔陽極氧化鋁法

多孔陽極氧化鋁法原理是利用金屬鋁在氯化鈉溶液中電解所得到，鋁單質(zhì)在空氣中容易被氧化成三價的鋁離子，氫氧化鋁不與氯化鈉發(fā)生反應(yīng)。根據(jù)強酸與弱酸的反應(yīng)原理可知，在反應(yīng)過程中沒有生成氣體、沉淀以及水，所以這類反應(yīng)不會發(fā)生。這種控制原理主要是將生成的氫氧化鋁灌注在孔內(nèi)，起到良好的密封作用。這樣在退火過程中，可以將金屬模板全部制作成多孔金屬材。金屬材料再通過電鍍將陰陽離子分離，使其形成等效電動勢，這樣便合成了多孔結(jié)構(gòu)的納米金屬材料。