中國粉體網(wǎng)訊 無機納米材料作為一種結(jié)構(gòu)主體主要由無機物質(zhì)構(gòu)成的納米材料,，具有眾多特殊的物理化學性質(zhì),，且可以直接通過對材料尺寸、形貌,、結(jié)構(gòu),、成分的控制來實現(xiàn)特殊性質(zhì)的改變，因而在過去數(shù)十年里受到了高度關(guān)注,，并得到迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于環(huán)保節(jié)能,、生物醫(yī)學,、電子技術(shù)等眾多領(lǐng)域。
常見的制備納米材料的方法包括物理法和化學法,，物理法包括物理粉碎法,、物理凝聚法和噴霧法等；化學法包括化學氣相沉積法,、化學沉淀法,、溶膠-凝膠法、水熱法和模板法等,。其中模板法在無機納米材料的制備過程中能夠有效地控制形貌,、粒徑和結(jié)構(gòu)，已成為合成無機納米材料的前沿方法,。
何為模板法,？
所謂的模板法就是利用具有一定立體結(jié)構(gòu)、形狀容易控制的材料作為模板,，通過物理,、化學或生物的方法使物質(zhì)原子或離子沉積到模板的孔中或表面,，而后移去模板，得到所需要的納米結(jié)構(gòu)材料的過程,，用該方法制作的納米材料具有與模板孔腔相似的結(jié)構(gòu)特征,。
模板法制備納米材料的關(guān)鍵在于模板劑，其主要通過調(diào)控晶體的成核和晶體的長大兩個方面來改變產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌,。常見的模板劑包括兩大類：一是天然的物質(zhì)如納米礦物,、生物分子、細胞和組織等,；二是合成的物質(zhì)如表面活性劑,、多孔材料和納米顆粒等�,；谄浣Y(jié)構(gòu)的差異,，一般分為硬模板劑和軟模板劑。對此,，模板法可以分為硬模板法和軟模板法,。
硬模板
硬模板主要是指以共價鍵維持其特定結(jié)構(gòu)，具有相對剛性結(jié)構(gòu)的模板,。硬模板法主要是依靠前驅(qū)體在預(yù)先制備好的剛性模板的納米級孔道中生長而實現(xiàn),，陽極氧化鋁、沸石分子篩,、介孔材料,、膠態(tài)晶體和碳納米管等都是常用的硬模板材料。
硬模板劑的工作機理
軟模板主要是指分子間或分子內(nèi)的弱相互作用維持其特定結(jié)構(gòu)的模板,，如膠束,、囊泡、液晶等,。軟模板法是當模板劑的濃度達到一定值后,，可以在溶液中形成膠束，從而引導前驅(qū)體的生長,，最終生成具有一定形狀的納米結(jié)構(gòu)材料,。
軟模板劑的工作機理
模板法的應(yīng)用
近年來，模板法被廣泛應(yīng)用于納米材料的制備,，如使用模板法制備碳納米材料,。Zhang等采用層狀介孔二氧化硅密閉自組裝方法制備了高品質(zhì)單層石墨烯；Hong等通過熱解聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）,，以蒙脫石為模板結(jié)合鎳粒子成功合成出多層石墨烯,，并研究發(fā)現(xiàn)熱解條件如復合材料的組成、反應(yīng)溫度,、催化劑大小等是影響最終產(chǎn)物形貌和產(chǎn)率的重要參數(shù),；Kim等通過碳化聚苯胺/二氧化硅納米管復合材料制得氮摻雜的碳納米管（N-CNTs）,。
此外模板法可結(jié)合電化學法、氣相沉積法和溶膠－凝膠法等技術(shù)制備各種納米復合材料,。所制得的材料可應(yīng)用到生物,、化工、環(huán)境,、能源等領(lǐng)域,。
模板法應(yīng)用中存在的問題
目前模板法也存在一些亟待解決的問題,。硬模板法在合成納米材料過程中,，硬模板劑的消除往往會導致部分孔道結(jié)構(gòu)坍塌,，影響產(chǎn)物性能,；所得產(chǎn)物只有在粒徑較小的情況下，才表現(xiàn)出有序性,；原料部分填充,，使得產(chǎn)物在孔道里不連續(xù)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)缺陷,；模板材料的來源有限,，制約著硬模板法的廣泛使用,。
軟模板法在合成納米材料過程中，軟模板劑的穩(wěn)定性差易受合成體系的影響,，故對合成體系有一定的要求,；軟模板劑要跟前驅(qū)體有較強的相互作用，才能形成有序的介觀結(jié)構(gòu),，且所需的前驅(qū)體自身要能夠聚合形成一定機械強度的高分子骨架結(jié)構(gòu),，以保證在模板劑的去除后，骨架結(jié)構(gòu)不會坍塌,。
綜合而言,，模板法操作簡單、應(yīng)用條件不苛刻,、較易實施，能夠定向合成各種形貌和結(jié)構(gòu)的納米材料,，具有較大的應(yīng)用前景,。
參考資料：
李磊等.模板法制備無機納米材料的研究進展
劉盈盈.納米孔無機材料模板法制備一維和二維碳納米材料的硏究
任斌.基于碳球模板法的功能型納米材料的合成與應(yīng)用
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）
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