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文|蓝桉

编辑|蓝桉

许多科学家使用不同的方法来合成纳米材料。其中一种常用的方法是气相生长技术VPGT，它可以制备高纯度的纳米材料，并且材料的污染较少。

在这种方法中，研究人员可以合成各种形状的纳米材料，如纳米颗粒、纳米棒、纳米三角形、纳米球和纳米晶体。合成过程基本上涉及纳米材料的蒸发和凝结，这是由于温度差引起的。在合成过程中，有三个关键变量需要控制，即原始材料的化学计量比、温度和烘烤时间。

合成过程发生在一个被密封的石英管中，并且在真空条件下进行。这种方法可以在纯净且与外界隔绝的环境下制备纳米材料。

纳米技术和纳米科学近年来备受期待，被视为可能引发新的工业革命。这些技术已经成功地生产了各种类型的纳米材料。

纳米技术在工业、医疗、农业、航空航天、能源、汽车和食品等领域得到广泛应用。研究人员们在纳米技术领域进行了大量探索，致力于开发具有最佳机械和物理性能的纳米材料。

纳米材料是一类尺寸在1纳米到100纳米范围内的广泛应用材料，它们由纳米颗粒构成。研究人员们开发了多种方法来合成纳米材料，包括化学还原、化学气相沉积、光化学方法、电化学方法、绿色合成、水平气相生长（HPVG）、微波、溶胶-凝胶和声化学等。

其中，水平气相生长技术（HPVG）是成功合成纳米复合材料的一种方法。HPVG技术被证明可以用于制备各种尺寸的纳米结构材料，如Fe2O3、Ln2O3、Ag-TiO2和SnO2等。这项技术具有经济、可靠和对高纯度原料需求较少的优势。

此外，HPVG技术还能够制备出具有不同形状的纳米材料，如纳米颗粒、纳米管、纳米棒和三角形纳米材料。研究人员对这些纳米复合材料进行了评估，以研究它们的结构、化学成分、硬度和形态等特性。

HVPG技术在合成纳米材料方面的应用因不同领域而有所不同。举例来说，蒂巴扬等人使用HVPG技术成功合成了一种用于涂层应用的Ag/SnO2纳米复合材料。

研究人员通过使用UV过滤分析来评估这种材料对紫外线的阻挡效果，结果显示其能够有效地阻挡紫外线辐射。此外，他们还通过使用An和Ag作为样品材料进行了密度泛函理论（DFT）分析，发现这种材料可以吸收整个紫外线光谱。

研究人员使用多种测试方法对通过HVPG技术合成的纳米材料进行评估，包括扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDX）、X射线衍射分析（XRD）、密度泛函理论（DFT）等，以了解其结构和性能。

此外，应用行为分析（ABA）和原子力显微镜（AFM）等方法也被用于研究纳米材料的应用特性。这些评估方法代表了纳米材料发展的进步。

通过HVPG技术合成的纳米材料经过综合测试和评估，取得了很大的进展。这些研究结果对于进一步开发可应用于工业领域的大规模纳米材料具有重要意义。

因此，本文我们将对水平气相生长技术合成纳米复合材料的评价和应用前景展开详细的讨论。

HVPG方法

在进行纳米材料合成之前，我们需要使用一个高精度的重量秤来测量材料的重量，确保总重量为35毫克。如果样品由多个组成部分组成，我们需要将它们分成单独的样品。

举个例子，假设我们要合成Ag/TiO2纳米复合材料，我们需要准备17.5毫克的Ag粉和17.5毫克的TiO2粉。两种材料的重量应该是相等的，这样才能达到最佳效果。

测量好材料后，下一步是准备管子。我们可以在附近的综合市场购买这种管子，它最初是用于烤面包机或加热装置的加热管。在将管子用于纳米材料生长之前，我们应该先在超声波发生器中清洗它，以去除污染物和杂质。

清洗后，我们需要将管子彻底干燥，直到水分完全蒸发。接下来，我们需要用一侧封口，以确保倒入管子中的材料被困在管底部。这个单边封口也是最后的准备步骤，我们会将样品倒入试管中，然后放入热离子高真空系统(THVS)中进行进一步处理。

样品的密封是确保材料正确封装的另一个重要步骤。在最终密封之前，我们将管子垂直放置，确保材料位于管底部的位置。然后，我们将上部管子与管道连接，以进行真空处理。

这个过程发生在非常低的压力下（大约是10托 -6托之间）。使用低压的目的是提高材料的熔点。如果密封不正确，会导致泄漏，使外部空气进入管子，从而导致真空处理失败。

由于在密封过程中使用的喷灯使用液化石油气和氧气，所以密封过程需要特殊处理。

HVPG合成纳米材料的方法是基于温度差异。实验证明，当材料在一段连续时间内受热时，它的相态会发生以下变化：材料在临界点相交处融化，然后蒸发。

这种相变是由于炉中高温环境引起的。接着，材料从高温区域（在管内）移动到低温区域（在管外），在那里冷却并凝固成固体状态。

研究结果与讨论

经过指定温度和时间的固化后，可以使用电子显微镜对管内的纳米材料进行表征和评估。由于在管内流动的材料经历了特殊的相变过程，所以管内纳米材料的生长在形状和尺寸方面非常有趣。

研究人员成功地在Ag/Ge材料组合中生长出花状和水母状的纳米银。银在石墨烯多层上生长。他们使用HVPG方法，在1200 C的温度下，烘烤时间为6小时。

HVPG还可以用于合成氧化镓/氧化锡纳米结构。他们在可变温度1200 C和烘烤时间6小时的条件下进行了合成。结果表明，他们成功地生长出了纳米线、纳米颗粒、纳米晶体等不同形状的纳米材料。

使用HVPG技术生长纳米材料有三个主要变量：时间、温度和源材料的重量比。在炉内的烘烤过程中，时间和温度对纳米材料的形状起着关键作用。研究了时间和温度的不同设定。他们设定了4小时、6小时和8小时的时间，以及800 C、1000 C和1200 C的温度。

通过这6个参数的组合，成功合成了27种不同时间和温度组合下的纳米材料形状。此外，源材料的比例也是一个重要的变量。研究人员报告了两种不同材料的组合，并采用Ag/SnO2和HVPG方法合成纳米材料。

他们研究了Ag和SnO2的不同比例，包括0:5、1:4、2:3、3:2、4:1和5:0的化学计量比混合物。通过添加不同的材料混合物，他们成功合成了具有不同纳米形状的材料。这些实验在800 C的温度条件下进行，烘烤时间为8小时。

纳米材料和纳米技术被广泛认为是应对当前和未来病毒和疾病威胁的关键技术之一。自从2019年COVID-19大流行以来，研究人员一直在探索各种新技术，而纳米材料和纳米技术的应用范围几乎涵盖了人类生活的各个领域。

研究发现，纳米技术在不同领域具有广泛的应用潜力。例如，金属氧化物可以用作抗菌技术，TiO2纳米材料在光催化过程中可用于消毒病毒。这意味着未来可以利用光催化剂来处理空气、表面和水的污染物。

此外，在医学领域，特别是牙科领域，石墨烯基纳米材料已被证明对微生物具有良好的根除效果。纳米材料还可以与制造技术相结合，例如增材制造，将不同类型的纳米材料（如碳纳米管、氧化石墨烯、金属纳米粒子）与聚合物基质结合，以显著提高基质的性能。

纳米材料还引起了汽车领域的科学家们的关注，用于提高发动机的效率和性能。在光学传感、生物成像和光动力治疗领域，基于纳米材料的化学发光共振能量转移平台已经取得了成功。

此外，纳米材料在药物递送和毒性研究方面也具有潜力。通过在斑马鱼身上测试不同类型的纳米材料，如银纳米粒子、CuO纳米粒子和量子点，研究人员评估了它们对生物安全性的影响。

纳米材料的合成是与环境相关的重要方面之一，因为许多合成过程使用催化剂或其他可能对环境造成危害的材料。为了解决与环境相关的问题，许多研究人员致力于开展绿色合成，采用生物相容性试剂、微生物合成过程、植物介导的合成以及纳米过滤过程改进废物处理系统等方法来生产纳米材料。

纳米材料和纳米技术在当前和未来仍将扮演重要的角色，应用于各个领域。HVPG技术作为一种合成纳米材料的方法，具有高纯度、简单操作、环境友好和可使用回收材料等优点。随着纳米材料需求的增加，HVPG技术有望在大规模合成过程中发挥更重要的作用，以满足社会对纳米材料的需求。

未来趋势

COVID-19大流行的爆发让我们意识到，我们需要快速、卓越和强大的技术来预防和控制未来可能发生的病毒和疾病。在这方面，纳米材料和纳米技术被认为是最有前景的解决方案之一，因为它们可以应用于几乎所有人类生活的领域。

研究人员一直在寻找新的技术，并发现纳米材料和纳米技术在各种应用中发挥着重要作用。例如，一些金属氧化物已被证明可用于抗菌技术，而使用钛 dioxide（二氧化钛）纳米材料的光催化过程则显示出消毒病毒的潜力。

这意味着未来可以将光催化剂应用于空气、表面和水的消毒中。此外，在医学领域，特别是牙科领域，石墨烯基纳米材料被用于有效根除微生物。

未来的制造技术可能与纳米技术相结合，例如增材制造。不同类型的纳米材料，如碳纳米管、碳纳米纤维、氧化石墨烯、金属纳米粒子和金属氧化物纳米粒子，可以与各种聚合物基质结合，从而显著改善基质的性能。汽车领域也开始利用纳米材料，以提高汽车发动机的效率和性能。

纳米材料在光学传感、生物成像和光动力治疗等领域的未来应用也被报道。许多研究人员成功制造了基于纳米材料的化学发光共振能量转移平台，并评估了纳米材料在药物递送和毒性方面的研究。此外，还对斑马鱼等生物进行了纳米材料的毒性和生物安全性测试。

为了解决与纳米材料合成相关的环境问题，许多研究人员提出了绿色合成作为纳米材料生产的替代方案。他们引入了不同的材料和方法，例如生物相容性试剂、微生物合成过程、植物介导的合成和纳米过滤过程改进废物处理系统等。

未来纳米材料和纳米技术将继续成为替代和主要材料，广泛应用于各个领域。因此，使用HVPG技术合成纳米材料的方法可以用于满足纳米材料需求，并应用于更大规模的合成过程。

这项研究描述了使用HVPG（高温蒸发冷凝）技术合成纳米材料的特点，并提供了合成过程的详细信息和合成纳米材料的样品结果。

研究结果显示，HVPG技术可用于合成各种类型的纳米材料，并具有以下优点：纳米材料的纯度高，合成过程中没有杂质的污染，程序和设置简单易行，对环境友好，并且可以利用回收材料（例如石英管）作为加热元件。

由于纳米材料在广泛的应用领域都有用途，因此使用HVPG合成纳米材料的方法可以作为一种替代方法。