纳米颗粒是广泛应用中不可或缺的组成部分，包括医药、半导体、催化和能源。它们被定义为尺寸在1-1000纳米之间的颗粒。在188金宝搏app安卓下载较小的尺寸尺度下，粒子的行为可能不同于其体积对应物。例如，随着粒子变小，它们的表面积大大增加。这使得诸如增加的导电性和热导率、降低的熔点、更强的磁性或独特的光学性质等特性得以产生[1]。对于先进材料的开发，持续利用这种尺寸材料的能力为清洁能源、催化和传感器等领域提供了大量机会。
纳米颗粒有哪些应用？188金宝搏app安卓下载
纳米粒子目前存在于各种消费品中。它们可以应用于用于紫外线保护的填料或涂层，这在窗户，镜片和防晒霜中是重要的[2]。诸如银和铜的材料的已知抗菌性质可以作为纳米颗粒掺入，以防止包装的食物新鲜或减少袜子中的气味。在医学中，已广泛研究金纳米颗粒作为靶向药物递送和癌症检测的潜在剂[3]。对于反应催化，与散装材料相比的纳米颗粒有效性主要由粒度降低时表面积的巨大增加。这导致催化剂材料的更有效施用[4]。在血浆领域中，纳米粒子经常利用其独特的光学性质，称为表面等离子体，可用于具有共同称为表面增强拉曼光谱（SERS）的拉曼光谱中的增强检测。
纳米颗粒是如何制造的？
纳米颗粒通常采用自顶向下或自下而上的方法合成。自下而上的方法依赖于将原子大小的材料核化为最终的纳米颗粒。确切的合成方法取决于生成的材料，一些常用方法包括Turkevich法（柠檬酸盐还原法）、气相合成、嵌段共聚物合成，以及最近的微生物合成[1,5,6]。自上而下的方法，即大块材料被物理分解成更小的分子，包括研磨、激光烧蚀和热处理火花烧蚀。
因为它们涉及的溶剂和其它化学品的批次自下而上合成方法通常被称为“湿”的方法。此外，该颗粒往往必须稳定或在溶液中封顶，以确保它们不会继续增长近纳米级范围。然后将这些颗粒通常需要移动或从他们的解决方案，转移他们的应用程序或表征。这可以通过滴铸溶液到感兴趣的衬底来实现。然而，在一些应用，如催化，也可能是188金宝搏app安卓下载必要的，他们已经固定在感兴趣的最终支撑后，从纳米颗粒表面去除稳定剂。该去除工艺可以变得很困难或者甚至是不可能的，导致这些颗粒不可用于其预期的目的（见[7]例如）。
胶体纳米粒子合成
纳米颗粒是使用湿化学方法，这些方法涉及第一生成在溶液中的颗粒，丢弃该湿颗粒浇注到基底上，并除去溶剂，表面活性剂，和其它从颗粒材料传统上合成。这种湿式合成法需要大量的时间和化学品显著量，并且将得到的材料可与从溶液中的残基被污染。
火花消融纳米粒子合成
一种有希望的替代湿合成是火花烧蚀。火花烧蚀利用所选择的金属（或多个）的两个电极和施加快速（1-10微秒）高电压火花到两个电极。火花产生来自两个烧蚀金属，然后将其传送至一个下游基板纯颗粒的气溶胶。将得到的纳米颗粒由纯金属，且不需要后处理步骤如干燥或表面活性剂分解。因此火花烧蚀是一个更安全，更环保，并生产高品质的研究或生产级的纳米颗粒的更经济的方法。
火花消融的工作原理
Spark消融需要火花放电发生器，具有以下基本部件：
- 所选择的金属构成的电极
- 载气进入
- 粒子收集基材
- 电压源
- 反应气体入口（可选）
这VSP-G1粒子系统是包含所有上述部件，以允许单触式火花烧蚀实验一种这样的商业系统。
火花放电发生器的电气部件包括电压源、电阻器、电容器和电感器。火花放电发生器的一般电路图如图5所示。火花频率（f）根据以下方程式进行调制：
其中I是电流，C是电容，U是平均电压。[8]
当施加电压时，电容器最终排出，使高温火花（> 20000 K）该烧蚀金属电极。然后载气将颗粒传送至研究者的选择的基板。一些潜在的基底选择包括TEM网格，电极和金属网格。
关键颗粒参数（如尺寸、分布、浓度和覆盖率）的控制由气体流速、电压、电流和时间决定。气体流速是大多数关键颗粒特性的主要控制器。它会影响较大且集中的颗粒在被输送到下游之前的聚集程度，在下游，更快的速度将降低颗粒的聚集能力，从而产生具有更小尺寸分布的较小颗粒。较高的流速也会增加下游基质上的浓度和覆盖率。
当施加电压时，电容器最终排出，使高温火花（> 20000 K）该烧蚀金属电极。然后载气将颗粒传送至研究者的选择的基板。一些潜在的基底选择包括TEM网格，电极和金属网格。
的电压和电流两者影响粒径在类似的增加任一参数生成较大的颗粒。较高的值趋向于产生更频繁的火花，这更经常烧蚀的材料从电极并产生更大和更大量的颗粒。这些参数也增加颗粒分布尺寸。最后，该系统在操作时只影响有多大覆盖率下游衬底上实现。表1总结了每个这些参数的影响所产生的颗粒的性质。图6还提供了这些相关性的图解说明。
| 此参数的增加 | 以这种方式影响纳米颗粒 | |||
|---|---|---|---|---|
| 粒子尺寸 | 侧面分布 | 颗粒浓度 | 样品覆盖范围 | |
| 气体流速 | ↓ | ↓ | ↑ | ↑ |
| 电压 | ↑ | ↑ | ↑ | 无效 |
| 现在的 | ↑ | ↑ | ↑ | 无效 |
| 时间 | 无效 | 无效 | 无效 | ↑ |
气体流量具有两个主要配置 - 交叉流动和流过。流过配置需要中空电极以允许气体通过电极和最终基板。交叉流动气体结构通常导致较低的停留时间和更小的颗粒。流动通过构造可以允许特定的混合纳米颗粒构造，这将在后面讨论。
材料范围和组合
还可以通过使用不同的电极和气流配置来产生超出单元素材料的颗粒。例如，通过烧蚀金和银电极，可以产生合金金 - 银纳米颗粒。两个SA设置也可以串联设置或并联设置，以提供不同类型的凝聚或装饰颗粒。
通过气体构造的流动可以有利于串联沉积材料，例如通过铜颗粒涂覆的金颗粒。在这种配置中也可以实现其他更多的异种配置，例如核心壳纳米粒子。多元素纳米颗粒的类型主要由初始纳米颗粒和次级纳米颗粒之间的表面能差进行决定[9]。
总的来说，火花烧蚀在制备纳米颗粒方面具有许多优点，包括高再现性、快速操作和简单设置。通过使用两种不同的电极材料就可以制备杂化纳米颗粒，并且可以通过改变气体流速、电压、电流和时间来优化颗粒参数。此外，无需使用化学品和溶剂来生成颗粒，可减少该过程对环境的影响。
工具书类
[1] R. Nagarajan，“纳米粒子：构件块纳米技术，”纳米颗粒的合成，稳定，钝化，与功能，美国化学学会，2008年，页2-14。
[2] W. J.Stark，P. R. Stoessel，W.Wohlleben和A. Hafner，“纳米粒子的工业应用”化学学会评论，Vol188金宝搏app安卓下载。44，不。16，pp。5793-5805,2015。
[3] M.Rai、A.P.Ingle、S.Birla、A.Yadav和C.Alves Dos Santos，“选定贵金属纳米颗粒在医学中的战略作用”，《微生物学评论》，第42卷，第5期，第696-719页，2016年。
[4] B. F. G.约翰逊，“纳米粒子在Catalysis” ChemInform，第一卷。35，不。12，第147-159，2004。
[5] J. Turkevich，P.C。史蒂文森和J.希利尔，法拉第学会讨论，第一卷“中的胶体金，合成中的成核和生长过程的研究”。11，不。，第55-75，1951年。