激光脈沖液相燒蝕法合成二氧化鈦復合型納米材料的進展

田志勇

摘 要：復合型納米材料相比普通納米材料具有一定的特點，利用激光脈沖液相燒蝕法可以制備復合型納米材料且具備一定的優勢。本文以復合型二氧化鈦納米材料為例，首先介紹了它的優點及其部分應用，然后對利用激光脈沖液相燒蝕法制備二氧化鈦納米材料的現狀進行分析，最后分析其優點及不足之處。

關鍵詞：復合型納米材料;激光脈沖液相燒蝕法;二氧化鈦

目前對復合型納米材料的研究種類繁多，研究的內容也越來越廣泛。復合型納米材料雖然發展迅速，但在可控合成領域仍面臨著挑戰。

一、復合型納米材料的特點及應用

復合型納米材料大致可以分為四類：核殼結構、異質型結構、空心籠狀結構、超支狀結構。在這里以復合型二氧化鈦納米材料為例，介紹一下它的一些特點及應用。二氧化鈦納米材料具有粒徑小，表面原子多的特點，因此光吸收效率很高。另外，他的比表面積大，吸附能力強。這也使它具備了很強的光催化特性，在光催化領域具有很好的發展前景。[1]此外它還具有良好的光散射和光反射效應，即使在強酸性或堿性環境中，也具有良好的無毒性和化學惰性，在塑料、建筑和化妝品等領域有著廣泛的應用前景。[2]

二、激光脈沖液相燒蝕法的研究現狀

脈沖激光液相燒蝕法的原理是光與物質的相互作用，當脈沖激光作用于靶材上時，會在材料表面誘導產生等離子體，等離子體在溶液中迅速膨脹，發生冷卻、成核、結晶、生長等一系列反應，從而生成不同的納米材料的過程。

目前，雖然復合型納米材料發展迅速，但在可控合成領域仍然面臨著極大的挑戰。過往科研人員一般采用化學合成等方法來制備納米材料，但在化學合成的過程中通常采用大量的有毒有害的化學試劑來實現納米材料的制備。對此部分研究人員提出用激光脈沖液相燒蝕法來制備復合型納米材料，并對于此方法的運用做了大量的工作。[3]以下我們以用激光脈沖液相燒蝕法制備的Ti02納米材料為例，展開分析。

2008年伊朗的謝里夫科技大學的S.SHADMEHR等人。采用脈沖激光燒蝕鈦靶，在不同濃度的水溶液和SDS（十二烷基硫酸鈉）水溶液中制備了Ti02納米粒子。并研究了激光波長對Ti02納米粒子尺寸的影響。發現隨著激光波長的增加，納米粒子大小會增加。激光燒蝕制備的膠體顆粒大小可以通過改變激光波長和改變燒蝕介質來控制。并對制備的樣品進行了甲基橙光催化實驗，證明了Ti02納米粒子具備很好的光催化性能。

2009年中國科學院固體物理研究所的Peisheng Liu[2]等人。采用一步脈沖激光燒蝕鈦靶，室溫下在聚乙烯吡咯烷酮溶液中制備了TiO2納米粒子。并通過降解亞甲基藍溶液對光催化活性進行了監測。結果顯示制備的金紅石型TiO 2納米粒子光催化性能好。

2012年安徽納米材料與納米技術重點實驗室的Hemin Zhang等人。在液體中激光燒蝕鈦靶。通過去除氧空位和缺陷，銀離子可以還原并沉積在TiO2納米粒子表面，制備了Ag簇摻雜TiO2納米粒子。實驗表明，銀團簇摻雜TiO2大大提高了光催化劑的效率.該方法簡單有效，同時具有一定的通用性，可推廣到制備其他貴金屬和半導體復合材料，如Si、Ge、Sn膠體和其他貴金屬離子（Au和Pt）。

2014年波蘭的Szewalski流體流體機械研究所的K.Siuzdak等人。用毫微秒激光在液體中利用燒蝕法制備了鉑改性納米二氧化鈦。結果表明與純TiO2相比，鉑改性的二氧化鈦納米粒子具有更高的光催化活性。

通過上述實例發現，在激光脈沖燒蝕法制備納米二氧化鈦的過程中，影響因素眾多。其中溶液的性質是主要的影響因素。溶液中的溶質既能與靶材發生化學反應同時還能改變液體環境的物理化學性質。而不同的溶劑會影響生成的納米材料的尺寸。另外不同的激光器和燒蝕時間對實驗也有很大影響。研究人員正在將激光脈沖燒蝕法的應用形成體系，以便更好地運用方法制備不同性質的納米材料。

三、脈沖激光液相燒蝕法的優點與不足之處

通過上述實例分析發現，近年來在復合型納米材料的制備方面，激光脈沖液相燒蝕法的應用越來越多，除了具有無毒無害特點外，他還可以通過改變靶材和溶液的性質，同步實現前期納米材料合成和后期材料表面修飾、改性。這樣就可以使實驗的目的性更強，更加容易操作。另外，通過激光脈沖液相合成法制備的納米材料穩定性更強，更加方便保存。

當然，液相脈沖激光燒蝕法也有一定的缺點，最主要的一點是因為實驗中的參數太多，必須要精確控制才能制備不同的材料，這也導致它無法像其他傳統方法一樣實現量產化，是目前急需解決的難題。

四、結語

復合型納米材料與傳統納米材料相比，有著不少獨到的地方。通過激光脈沖液相燒蝕法，能夠更好的制備復合型納米材料，并且具有廣闊的前景。

參考文獻：

[1]Y.-j.Kim，R.Ma，D.A.Reddy，and T.K.Kim，Applied Surface Science 357，2112-2120（2015）.

[2]S.M.Shadmehr，S.M.;Taghavinia，N.;Azarian，A.，International Journal of Modern Physics B 22，3193-3200（2008）.

[3]Z.J.Yan，R.Q.Bao，C.M.Busta and D.B.CMsey，Nanotecllnology.22（201 1）265610/1-8.