材料科学-低温制备纳米非氧化物材料获成功

低温制备纳米非氧化物材料获成功

本报合肥3月12日讯(记者彭德建 通讯员裘桂英)中国科技大学钱逸泰院士和他的助手多年致力于纳米材料化学制备的新技术、新方法的研究,建立和发展了一种溶剂热合成技术,并成功地在较低的温度下制备了多种纳米非氧化物材料。从而使人们更好地研究纳米非氧化物材料的物性成为可能,并为其应用提供了理论基础。前不久,这一成果已获2001年度国家自然科学二等奖。

非氧化物纳米(如氮化物、硫化物、硼化物、碳化物等)功能材料由于具有许多优异的特性,在工业领域应用极其广泛,几乎渗透到各行各业,成为许多关键部件的基础材料。但制备非氧化物不是一件易事。传统的方法是由金属和非金属或氢化物经高温反应制得。这类方法有很大的局限性。20世纪后期,国际上已开始用自蔓延高温合成、高温固相置换反应、金属有机化合物热分解(分子前驱物法)以及水热合成等技术来制备非氧化物。但这些方法由于种种原因(如：所得产物含杂质较多；有些金属氧化物合成难度大,价格贵；有的应用面窄,反应物对水敏感等),均达不到人们理想的要求。于是,发展较为温和的合成技术,在相对低的温度下制备这些在水溶液中难以获得的非氧化物纳米材料就成为科学家追求的新目标。

钱逸泰院士等经多年的研究、实践,将国内外科学家通常用于制备分子筛的溶剂热合成方法,发展到在有机溶剂体系中实现无机化学反应,以制备各种纳米非氧化物材料。这一技术基本原理与水热合成类似,不过它是以有机溶剂代替水作为媒介,在密封体系(高压釜)中实现化学反应。到目前为止,他们已成功地制备了GaN,InAs,InP,BN(III-V族),金刚石、碳纳米管,SiC,Si3N4及CdSe,CdS(II-V族)等重要的非氧化物纳米材料。从而创造性地发展了有机相中的无机合成化学,大大降低了非氧化物纳米晶材料的合成温度和压力。

国内外同行们说：由于亚稳态结构是当前物理、化学、材料科学与地球科学等领域中重要的研究方向。在溶剂热条件下超高压岩盐相GaN、金刚石、立方氮化硼等重要亚稳相纳米晶的形成,使得溶剂热合成技术有着良好的发展前景。

近年来,他的实验小组已在《科学》等国际杂志上发表文章95篇,其中57篇被《科学》、《自然》等相关学科的重要杂志引用241次。《科学》杂志评价苯热合成纳米GaN的工作为“激动人心的研究结果”,并认为“从此溶液热合成技术可能因此发展成为重要的固体合成技术”。美国《化学与工程新闻》杂志,则用“稻草变黄金--从CCl4到金刚石”为标题,高度评价了用上述技术合成金刚石的工作。