專利名稱：：火焰燃燒制備納米材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及納米材料的制備方法，特別涉及金屬、金屬氧化物及其復(fù)雜結(jié)構(gòu)的納米材料的制備方法。
背景技術(shù)：
：納米顆粒特有的小尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，使得它具有許多與體相材料不同的物理化學(xué)特性。因此，納米顆粒在材料化學(xué)、催化化學(xué)以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前旦足。納米材料的合成方法可以粗略地分為物理方法和化學(xué)方法。化學(xué)方法的典型代表是溶液(濕)化學(xué)方法；物理方法的典型代表是粉碎法。此外，采用極端的條件(如高溫、高壓及高真空等)制備特殊結(jié)構(gòu)和形貌的納米材料已經(jīng)成為一個(gè)不可忽視的方法。然而，從文獻(xiàn)報(bào)道看，在上述極端條件反應(yīng)制備方法中，有火焰參與的納米材料的制備方法并不多見，歸納起來可大致分為以下幾種凝膠燃燒法、催化燃燒法和火焰噴霧熱解法等。凝膠燃燒法:中國專利申請(qǐng)?zhí)?00510018263.6、200510068007.8以及200610109215.2介紹了通過燃燒凝膠來制備納米材料的方法。該方法需先制備含有金屬化合物的凝膠，再將該凝膠燃燒得到含有納米材料的灰粉，通過對(duì)該灰粉的研磨、煅燒，最終得到納米材料。首先，該方法是需要先形成含有金屬離子的凝膠，因此，具有非常大的局限性；其次，材料制備過程復(fù)雜，屬間歇制備過程，不適合連續(xù)生產(chǎn)。催化燃燒法中國專利申請(qǐng)?zhí)?00510119084.1和200510016849.9介紹了碳管的燃燒制備方法。在制備過程中所采用的原料是聚烯烴，制備過程中需要添加金屬催化劑和蒙脫土。通過燃燒上述聚烯烴，在灰輝得到納米碳管。由于產(chǎn)物中含有蒙脫土，因此，產(chǎn)物還需要經(jīng)過特殊的純化過程。該方法除了具有上述凝膠燃燒方法的缺陷外，只適合制備納米碳管材料?；鹧鎳婌F熱解法中國專利申請(qǐng)?zhí)?3815626.1和00129582.9介紹了火焰噴霧熱解法。其原理是將納米材料的前驅(qū)體配成溶液，然后將其以霧滴的方式噴射到高溫爐體內(nèi)，通過金屬前驅(qū)體在高溫下的燃燒或熱分解來實(shí)現(xiàn)納米材料的制備，最終在反應(yīng)爐的底部收集得到納米材料。最近，王中林(science,2006，312，15041508)利用該方法制備了鈦摻雜的二氧化鈰納米材料。噴霧熱解法的缺點(diǎn)是需要一套復(fù)雜的設(shè)備，并且由于燃燒爐的限制，使反應(yīng)過程的可操控性大大降低。另外，該方法的前驅(qū)體溶液需要借助氣體的噴入才能霧化，這樣也加大了反應(yīng)過程的復(fù)雜性和不可控性?？傊?，目前還沒有一種合適的利用燃燒制備納米材料的方法，這樣的方法適用于多種無機(jī)納米材料和納米碳管及無定形納米碳材料的制備，而且可以采用簡(jiǎn)單的設(shè)備實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供一種火焰燃燒制備納米材料的方法，通過在空氣中直接燃燒不同種類金屬化合物的有機(jī)溶液來制備不同種類和形貌的納米材料，并且還提供通過火焰燃燒方法制備的納米材料。具體而言，本發(fā)明包括以下方面。本發(fā)明是以有機(jī)溶劑為燃燒物和碳提供體，以可溶于有機(jī)溶劑的金屬化合物為納米材料的金屬前驅(qū)體，通過在空氣中直接燃燒可溶性金屬化合物前驅(qū)體的有機(jī)溶液，在火焰的不同位置上收集得到納米材料；其中，可溶性金屬化合物作為納米材料中的金屬元素來源；有機(jī)溶劑除了用于溶解金屬化合物之外，還用于提供碳源。本發(fā)明的金屬化合物前驅(qū)體是選自鐵、鈷、鎳、錳的乙酰丙酮鹽、醋酸鹽、草酸鹽、檸檬酸鹽、葡萄糖酸鹽、羰基配合物、氯化物，釔或鑭系稀土金屬的乙酰丙酮鹽、氯化物，或者鈦酸酯中的至少一種。其中，由于副族金屬鐵、鈷、鎳、錳的性質(zhì)十分相似，因此由他們的同一類金屬前驅(qū)體都能得到類似的產(chǎn)物。本發(fā)明的有機(jī)溶劑是常用的易燃有機(jī)溶劑，包括醇類、醛類、酮類、酯類、烷烴類、吡咯烷酮及其衍生物、聚丙烯酸類、苯及其衍生物、聚乙二醇、四氫呋喃、二甲基甲酰胺、硅氧烷類等，這些有機(jī)溶劑可以單獨(dú)或者組合使用。采用本發(fā)明的方法，在火焰內(nèi)焰收集得到的納米材料包括金屬納米顆粒材料、帶有碳?xì)さ慕饘偌{米材料、帶有碳?xì)さ慕饘傺趸锛{米材料、金屬氧化物空心納米球或納米碳管，在火焰外焰收集得到的納米材料包括所述的金屬氧化物納米顆粒材料或具有無機(jī)/無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米顆粒材料。本發(fā)明的方法主要技術(shù)特點(diǎn)是在火焰的不同位置上可以收集到不同種類和不同形貌的納米材料，其形貌包括實(shí)心球、空心球、多面體、一維納米管；其結(jié)構(gòu)包括雙體異質(zhì)結(jié)構(gòu)和殼核結(jié)構(gòu)。與
背景技術(shù)：
所公開的各種方法相比，本發(fā)明具有更明顯的優(yōu)勢(shì)。首先，本發(fā)明的方法適用于更多種類無機(jī)納米材料的制備，包括幾乎所有的含有過渡金屬和稀土金屬的納米材料的制備，同時(shí)還適用于納米碳管及無定形納米碳材料的制備。此外，還適用于具有碳?xì)そY(jié)構(gòu)的納米材料的制備；其次，本發(fā)明選用溶解有金屬化合物前驅(qū)體的有機(jī)溶液作為原料液，它可以被連續(xù)地加入到反應(yīng)裝置中，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。再次，本發(fā)明是通過反應(yīng)原料在空氣中的直接燃燒來實(shí)現(xiàn)納米材料的制備，不需要任何復(fù)雜的設(shè)備。最重要的是，采用本發(fā)明方法可以在反應(yīng)過程中，在火焰的不同的位置上，得到具有不同組成及結(jié)構(gòu)的納米材料。本發(fā)明方法廣泛適用于單質(zhì)金屬納米顆粒、金屬氧化物納米顆粒、帶有碳?xì)さ慕饘偌{米材料、帶有碳?xì)さ慕饘傺趸锛{米材料、金屬氧化物空心納米球、具有無機(jī)/無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米顆粒或納米碳管等材料的制備。圖l.本發(fā)明實(shí)施例1所得樣品的透射電子顯微鏡照片。圖2.本發(fā)明實(shí)施例1所得樣品的電子衍射照片。圖3.本發(fā)明實(shí)施例1所得樣品的高分辨透射電子顯微鏡照片。圖4.本發(fā)明實(shí)施例1所得樣品的磁滯回線圖。圖5.本發(fā)明實(shí)施例1所得樣品的掃描電子顯微鏡照片。圖6.本發(fā)明實(shí)施例IO所得樣品的透射電子顯微鏡照片。圖7.本發(fā)明實(shí)施例11所得樣品的透射電子顯微鏡照片。圖8.本發(fā)明實(shí)施例14所得樣品的透射電子顯微鏡照片。圖9.本發(fā)明實(shí)施例16所得樣品的透射電子顯微鏡照片。圖IO.本發(fā)明實(shí)施例17所得樣品的透射電子顯微鏡照片。圖ll.本發(fā)明實(shí)施例18所得樣品的透射電子顯微鏡照片。圖12.本發(fā)明實(shí)施例19所得樣品的透射電子顯微鏡照片。圖13.本發(fā)明實(shí)施例20所得樣品的透射電子顯微鏡照片。圖14.本發(fā)明實(shí)施例21所得樣品的透射電子顯微鏡照片。圖15.本發(fā)明實(shí)施例23所得樣品的透射電子顯微鏡照片。圖16.本發(fā)明實(shí)施例24所得樣品的透射電子顯微鏡照片。圖17.本發(fā)明實(shí)施例25所得樣品的透射電子顯微鏡照片。圖18.本發(fā)明實(shí)施例26所得樣品的透射電子顯微鏡照片。具體實(shí)施方式本發(fā)明的火焰燃燒制備納米材料的具體方法包括以下步驟(1)將可溶于有機(jī)溶劑的金屬化合物前驅(qū)體(以下稱為可溶性金屬化合物前驅(qū)體)溶解于選定的有機(jī)溶劑中，得到濃度為0.0050.5mol/L的可溶性金屬化合物前驅(qū)體的有機(jī)溶液；(2)將步驟(1)所得到的可溶性金屬化合物前驅(qū)體的有機(jī)溶液轉(zhuǎn)移到一個(gè)敞口容器中，點(diǎn)燃可溶性金屬化合物前驅(qū)體的有機(jī)溶液后，在火焰的不同位置上進(jìn)行收集得到的不同種類的納米材料。本發(fā)明所選用的金屬化合物前驅(qū)體的標(biāo)準(zhǔn)為在大多數(shù)或特定的有機(jī)溶劑中有一定的溶解度。所述的金屬化合物前驅(qū)體是選自鐵、鈷、鎳、錳的乙酰丙酮鹽、醋酸鹽、草酸鹽、檸檬酸鹽、葡萄糖酸鹽、羰基配合物、氯化物，釔或鑭系稀土金屬的乙酰丙酮鹽、氯化物，或者鈦酸酯中的至少一種，包括，但不限于三乙酰丙酮鐵、二乙酰丙酮鐵、五碳基鐵、醋酸鐵、草酸鐵、擰檬酸鐵、葡萄糖酸鐵、二茂鐵、無水三氯化鐵、無水二氯化鐵、四水合三氯化鐵、六水合三氯化鐵、草酸鐵、三乙酰丙酮鎳、二乙酰丙酮鎳、四碳基鎳、無水氯化鎳、六水合氯化鎳、草酸鎳、檸檬酸鎳、醋酸鎳、三乙酰丙酮鈷、二乙酰丙酮鈷、八碳基二鈷、氯化鈷、醋酸鈷、六水合氯化鈷、草酸鈷、檸檬酸鈷、癸酸鈷、三乙酰丙酮錳、二乙酰丙酮錳、環(huán)戊二烯三羰基錳、氯化錳、醋酸錳、草酸錳、檸檬酸錳、葡萄糖酸錳、鈦酸丁酯、鈦酸四異丙酯、鈦酸正丙酯、鈦酸乙酯、鈦酸甲酯、四氯化鈦、乙酰丙酮釔、鑭系稀土金屬的乙酰丙酮鹽、氯化釔或鑭系稀土金屬的氯化物。本發(fā)明所選用的有機(jī)溶劑的標(biāo)準(zhǔn)為對(duì)于金屬化合物前驅(qū)體有一定的溶解度，并且易于燃燒。所述的有機(jī)溶劑包括醇類、醛類、酮類、酯類、烷烴類、吡咯垸酮及其衍生物、聚丙烯酸類、'苯及其衍生物、聚乙二醇、四氫呋喃、二甲基甲酰胺、硅氧烷類等，其具體實(shí)例包括，但不限于甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、丙酮、甲醛、乙醛、a-吡咯垸酮、N-乙烯基-2-吡咯垸酮、N-甲基-2-吡咯垸酮、二甲基甲酰胺、四氫呋喃、聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、苯、甲苯、正己垸、環(huán)己烷、四乙基硅氧烷、乙酸乙酯，這些有機(jī)溶劑可以單獨(dú)或者組合使用。本發(fā)明所述的在不同火焰位置上收集得到的納米材料為金屬納米顆粒、金屬氧化物納米顆粒、帶有碳?xì)さ慕饘偌{米材料、帶有碳?xì)さ慕饘傺趸锛{米材料、金屬氧化物空心納米球、具有無機(jī)/無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米顆?；蚣{米碳管。所述的金屬納米顆粒材料、帶有碳?xì)さ慕饘偌{米材料、帶有碳?xì)さ慕饘傺趸锛{米材料、金屬氧化物空心納米球或納米碳管集中于火焰內(nèi)焰；所述的金屬氧化物納米顆粒、具有無機(jī)/無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米顆粒集中于火焰外焰。本發(fā)明所述的金屬納米顆粒是Co或Ni納米顆粒，如圖13所示，納米顆粒的粒徑為5納米20納米。本發(fā)明所述的金屬氧化物納米顆粒是Y_Fe203、Fe304、CoO、NiO、Mn02、CoFe204、NiFe204、MnFe204、Ti02、FeTi03、CoTi03、NiTi03、MnTi03、Y203或鑭系稀土金屬氧化物納米顆粒，如圖1、5、7、8、9、10、11、12所示，納米顆粒的粒徑為10納米300納米。本發(fā)明所述的帶有碳?xì)さ慕饘偌{米材料是帶有碳?xì)さ腃o或帶有碳?xì)さ腘i納米顆粒；上述具有核殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒的粒徑為5納米20納米，碳?xì)ず穸葹?納米10納米。本發(fā)明所述的帶有碳?xì)さ慕饘傺趸锛{米材料是帶有碳?xì)さ腇e304、帶有碳?xì)さ腃oO、帶有碳?xì)さ腘iO、帶有碳?xì)さ腨203或帶有碳?xì)さ蔫|系稀土金屬氧化物納米顆粒；如圖14、15所示，上述具有核殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒的粒徑為10納米100納米，碳?xì)ず穸葹?納米20納米。本發(fā)明所述的金屬氧化物空心納米球是Fe304、CoO或NiO空心納米球，如圖16所示，空心納米球的粒徑為10納米400納米。本發(fā)明所述的具有無機(jī)/無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米顆粒的整體形狀為圓形或橢圓形，并由兩個(gè)不同部分組成，其中，一個(gè)部分為金屬氧化物，如Y-Fe203、CoO、NiO或Mn02;另一個(gè)部分為Si02。如圖18所示，顆粒整體尺寸為20納米200納米。本發(fā)明所述的納米碳管長度為10納米10微米，如圖17所示。采用本發(fā)明方法制備得到的產(chǎn)物具有豐富的多樣性，尤其是金屬氧化物，不僅種類繁多而且形貌各異。其具體形貌包括具有高度對(duì)稱性的多面體或者實(shí)心球體，也有不規(guī)則形狀的顆粒；顆粒結(jié)構(gòu)為單晶、多晶或非晶結(jié)構(gòu)；其磁學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為超順磁性、順磁性、鐵磁性、亞鐵磁性或反鐵磁性。本發(fā)明適用于下列金屬氧化物納米顆粒的制備，包括Fe304、y-Fe203、CoO、NiO、Mn02、CoFe204、NiFe204、MnFe204、Ti02、FeTi03、CoTi03、NiTi03、MnTi03、Y203或鑭系稀土金屬氧化物。Fe304、y-Fe203、CoO、NiO、Mn02、CoFe204、NiFe204、MnFe204、Ti02、FeTi03、CoTi03、NiTi03或MnTi03形狀為多面體或?qū)嵭那蝮w，Y203或鑭系稀土金屬氧化物顆粒為不規(guī)則形狀。金屬氧化物納米顆粒粒徑為10納米300納米。本發(fā)明同時(shí)適用于下列金屬單質(zhì)納米微粒的制備，包括Co和Ni納米顆粒，其粒徑為5納米20納米。本發(fā)明同時(shí)適用于下列帶有碳?xì)さ慕饘偌敖饘傺趸锛{米材料的制備，其中帶有碳?xì)さ慕饘偌{米材料包括Co、Ni;帶有碳?xì)さ慕饘傺趸锛{米材料包括Fe304、CoO、NiO和稀土金屬氧化物。上述具有核殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒的粒徑為5納米100納米，碳?xì)ず穸葹?納米20納米。本發(fā)明同時(shí)適用于下列具有空心球結(jié)構(gòu)的金屬氧化物納米材料的制備，其中構(gòu)成空心球結(jié)構(gòu)的金屬氧化物包括Fe304、CoO或NiO,空心球的直徑為10納米400納米。本發(fā)明同時(shí)適用于下列具有無機(jī)/無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米顆粒的制備。具有無機(jī)/無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的顆粒的整體形狀為圓形或橢圓形，并由兩個(gè)不同部分組成。其中，一個(gè)部分為金屬氧化物，如Y-Fe203、CoO、NiO或Mn02;另一個(gè)部分為Si02。顆粒整體尺寸為20納米200納米。本發(fā)明同時(shí)適用于水溶性納米碳管的制備，其中，所得碳管的長度為10納米10微米。上述碳管的頭部或管內(nèi)通常包有金屬氧化物顆粒，但經(jīng)過濃鹽酸處理后，金屬氧化物顆粒可以被去除，進(jìn)而得到可分散于水的納米碳管。納米碳管分散于水中所形成的溶液具有優(yōu)異的膠體穩(wěn)定性，半年內(nèi)無碳管沉淀析出。本發(fā)明所采用的起始原料廉價(jià)易得，納米材料制備過程簡(jiǎn)單并且納米材料可連續(xù)生產(chǎn)，操作簡(jiǎn)便，不需要復(fù)雜的儀器設(shè)備，通過在空氣中直接燃燒可溶性金屬化合物前驅(qū)體的有機(jī)溶液，及采用不同的可溶性金屬化合物前驅(qū)體或者選取在火焰的不同位置上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行收集，可得到具有不同種類(組成)及不同結(jié)構(gòu)(形貌)的納米材料。本發(fā)明方法作為一個(gè)極端條件制備技術(shù)，一方面豐富了納米材料的制備手段；另一方面，采用本發(fā)明的方法可以制備得到常規(guī)條件下得不到的形貌特殊的納米材料，采用本發(fā)明技術(shù)制備的形貌未見報(bào)道的特殊納米顆粒不僅具有諸多特殊性質(zhì)，并將表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，如Y-Fe203同時(shí)具有數(shù)十個(gè)規(guī)則而且對(duì)稱的晶面，飽和磁化強(qiáng)度高，接近體相材料的數(shù)值，并且表面未包覆任何物質(zhì)，因此在催化領(lǐng)域、氣體傳感器、生物分離與純化方面表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。金屬納米顆粒、金屬氧化物納米顆粒、帶有碳?xì)さ慕饘倩蚪饘傺趸锛{米材料將可以被用于磁記錄方面；水分散性納米碳管可以用于生物診斷及疾病治療等方面；金屬氧化物空心納米球、具有無機(jī)/無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米顆?？梢员挥米鞔欧蛛x材料，用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。總之，本發(fā)明方法作為制備納米材料的一種全新技術(shù)，不僅是傳統(tǒng)的納米材料制備方法的重要補(bǔ)充，而且由于其產(chǎn)物結(jié)構(gòu)及形貌的特殊性以及本發(fā)明方法的普適性、簡(jiǎn)便性，具有廣闊的應(yīng)用前景。實(shí)施例實(shí)施例1稱取0.88g三乙酰丙酮鐵，溶解于50mL無水乙醇中。將該溶液轉(zhuǎn)移到一個(gè)敞口容器中，點(diǎn)燃后，火焰狀態(tài)在約l分鐘內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定。待火焰狀態(tài)穩(wěn)定后，在火焰外焰尖端使用一個(gè)帶有水膜的玻璃片收集，可持續(xù)得到粉狀物質(zhì)。當(dāng)液面下降導(dǎo)致火焰位置下降時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整接收裝置的相對(duì)位置使之仍在上述位置接收。待溶液燃燒完全后，將收集到的棕紅色粉狀物質(zhì)用20mL去離子水超聲分散，采用離心分離(4000轉(zhuǎn)/分鐘)的方法收集得到沉淀物，并將該沉淀物用去離子水清洗3次，最后將該沉淀與去離子水混合并超聲分散，即得到產(chǎn)物的水相分散液。X射線衍射結(jié)果表明，該產(chǎn)物為Y-Fe203納米顆粒。附圖1為該Y-Fe203納米顆粒的透射電子顯微鏡照片，照片表明其投影形狀為多邊形，其粒徑為10300納米。附圖2為該Y-Fe203納米顆粒的電子衍射照片，該照片表明該磁性納米顆粒的結(jié)晶度高。附圖3為該Y-Fe203納米顆粒的高分辨透射電子顯微鏡照片，由圖可以看出，該納米顆粒絕大部分為單晶或?qū)\晶。該？Fe203納米顆粒的磁滯回線(附圖4)表明其飽和磁化強(qiáng)度為69.5靜磁安培/克，具有鐵磁性。附圖5為該Y-Fe203納米顆粒的掃描電子顯微鏡照片，由照片可以看出，其三維外形為多面體結(jié)構(gòu)，并且納米顆粒的各個(gè)晶面規(guī)則而對(duì)稱。實(shí)施例2稱取8.83g三乙酰丙酮鐵，溶解于30mL甲醇和20!1^^乙烯基-2-吡咯垸酮的混合溶劑中。除收集時(shí)間為點(diǎn)燃后的560分鐘外，其余操作均同實(shí)施例1。得到的，F(xiàn)e203納米顆粒具有鐵磁性，其飽和磁化強(qiáng)度為70.4靜磁安培/克，接近體相材料的飽和磁化強(qiáng)度值；粒徑為20300納米。實(shí)施例3稱取0.088g三乙酰丙酮鐵，溶解于25mL甲醛和25mL四氫呋喃的混合溶劑中。其余操作均同實(shí)施例1。所得到的產(chǎn)物經(jīng)電子衍射以及透射電子顯微鏡檢測(cè)為結(jié)晶度高的Y-Fe203納米顆粒，粒徑為1050納米。實(shí)施例4稱取1.35g六水合三氯化鐵，溶解于50mL乙醇中。其余操作均同實(shí)施例1。所得到的產(chǎn)物經(jīng)電子衍射以及透射電子顯微鏡檢測(cè)為結(jié)晶度高的、多面體結(jié)構(gòu)的Y-Fe203納米顆粒，粒徑為10200納米，具有鐵磁性。實(shí)施例5稱取0.49g五羰基鐵，溶解于25mL乙醇和25mL丙酮的混合溶劑中。其余操作均同實(shí)施例1。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為結(jié)晶度高的、多面體結(jié)構(gòu)的Y-Fe203納米顆粒，粒徑為10200納米，具有鐵磁性。實(shí)施例6稱取0.44g醋酸鐵，溶解于40mL甲醇和10mL二甲基甲酰胺的混合溶劑中。其余操作均同實(shí)施例1。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為結(jié)晶度高的、多面體結(jié)構(gòu)的Y-Fe203納米顆粒，粒徑為10200納米，具有鐵磁性。實(shí)施例7稱取0.072g草酸鐵，溶解于40mL甲醇和10mLa-吡咯烷酮的混合溶劑中。其余操作均同實(shí)施例1。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為結(jié)晶度高的、多面體結(jié)構(gòu)的Y-Fe203納米顆粒，粒徑為1050納米，具有鐵磁性。實(shí)施例8稱取0.84g檸檬酸鐵，溶解于40mL甲醇和10mLa-吡咯烷酮的混合溶劑中。其余操作均同實(shí)施例1。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為結(jié)晶度高的、多面體結(jié)構(gòu)的Y-Fe203納米顆粒，粒徑為10200納米，具有鐵磁性。實(shí)施例9稱取0.48g葡萄糖酸鐵，溶解于50mL甲醇。其余操作均同實(shí)施例1。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為結(jié)晶度高的、多面體結(jié)構(gòu)的Y-Fe203納米顆粒，粒徑為10200納米，具有鐵磁性。實(shí)施例10稱取0.65g二乙酰丙酮鈷，溶解于50mL的甲醇中。其余操作均同實(shí)施例1。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為結(jié)晶度高的CoO納米顆粒，粒徑為10100納米。附圖6為該CoO納米顆粒的透射電子顯微鏡照片。實(shí)施例11稱取0.43g二乙酰丙酮鈷和1.17g三'乙酰丙酮鐵，一并溶解于50mL甲醇中。其余操作均同實(shí)施例1。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為結(jié)晶度高的CoFe204納米顆粒，粒徑為10200納米。附圖7為該CoFe204納米顆粒的透射電子顯微鏡照片。實(shí)施例12稱取0.64g二乙酰丙酮鎳，溶解于50mL的甲醇中。其余操作均同實(shí)施例1。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為結(jié)晶度高的NiO納米顆粒，粒徑為10100納米。實(shí)施例13稱取3.53g三乙酰丙酮錳，溶解于50mL甲醇中。其余操作均同實(shí)施例1。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為結(jié)晶度高的Mn02納米顆粒，粒徑為10200納米。實(shí)施例14稱取0.95g三乙酰丙酮釔，溶解于50mL乙醇中。其余操作均同實(shí)施例1。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為結(jié)晶度高的￥203納米顆粒，粒徑為10100納米。附圖8為該Y203納米顆粒的透射電子顯微鏡照片。實(shí)施例15稱取0.77g七水合三氯化釔，溶解于50mL甲醇中。其余操作均同實(shí)施例1。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為結(jié)晶度高的Y203納米顆粒，粒徑為10100納米。實(shí)施例16稱取1.10g三乙酰丙酮鑭，溶解于50mL乙醇中。其余操作均同實(shí)施例1。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為結(jié)晶度高的1^203納米顆粒，粒徑為10100納米。附圖9為該1^203納米顆粒的透射電子顯微鏡照片。實(shí)施例17稱取2.72mL鈦酸丁酯，溶解于18mL異丙醇中。其余操作均同實(shí)施例1。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為結(jié)晶度高的Ti02納米顆粒，粒徑為10200納米。附圖10為該TiO2納米顆粒的透射電子顯微鏡照片。實(shí)施例18稱取1.36mL鈦酸丁酯和1.41g三乙酰丙酮鐵，一并溶解于19mL乙酸乙酯中。其余操作均同實(shí)施例1。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為結(jié)晶度高的FeTi03納米顆粒，粒徑為10200納米。附圖11為該FeTi03納米顆粒的透射電子顯微鏡照片。實(shí)施例19稱取0.88g三乙酰丙酮鐵，溶解于50mL無水乙醇中。將該溶液轉(zhuǎn)移到一個(gè)敞口容器中，點(diǎn)燃后，火焰狀態(tài)在約i分鐘內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定。待火焰狀態(tài)穩(wěn)定后，在外焰靠近內(nèi)焰處使用一個(gè)帶有水膜的玻璃片收集，可持續(xù)得到粉狀物質(zhì)。當(dāng)液面下降導(dǎo)致火焰位置下降時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整接收裝置的相對(duì)位置使之仍在上述位置接收。待溶液燃燒完全后，將收集到的黑色粉狀物質(zhì)用20mL去離子水超聲分散，采用離心分離(4000轉(zhuǎn)/分鐘)的方法收集得到沉淀物，并將該沉淀物用去離子水清洗3次，最后將該沉淀與去離子水混合并超聲分散，即得到產(chǎn)物的膠體水溶液。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為Fe304納米顆粒，粒徑為10100納米。附圖12為該Fe304納米顆粒的透射電子顯微鏡照片。實(shí)施例20稱取0.65g二乙酰丙酮鈷，溶解于50mL的甲醇中。將該溶液轉(zhuǎn)移到一個(gè)敞口容器中，點(diǎn)燃后，火焰狀態(tài)在約l分鐘內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定。待火焰狀態(tài)穩(wěn)定后，在火焰內(nèi)焰使用一個(gè)帶有水膜的玻璃片收集，可持續(xù)得到粉狀物質(zhì)。當(dāng)液面下降導(dǎo)致火焰位置下降時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整接收裝置的相對(duì)位置使之仍在上述位置接收。得到粉狀物質(zhì)。待溶液燃燒完全后，將收集到的黑色粉狀物質(zhì)用20mL去離子水超聲分散，采用離心分離(4000轉(zhuǎn)/分鐘)的方法收集得到沉淀物，并將該沉淀物用去離子水清洗3次，最后將該沉淀與去離子水混合并超聲分散，即得到產(chǎn)物的膠體水溶液。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為Co顆粒，粒徑為520納米。附圖13為該Co納米顆粒的透射電子顯微鏡照片。實(shí)施例21稱取1.75g三乙酰丙酮鐵和2.5mL甲苯，一并溶解于47.5mL乙醇中。其余操作均同實(shí)施例20。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為碳?xì)ぐ腇e304納米顆粒，粒徑為10100納米，殼厚220納米。附圖14為該碳?xì)ぐ腇e304納米顆粒的透射電子顯微鏡照片。實(shí)施例22稱取0.65g二乙酰丙酮鈷和10mL環(huán)己垸，一并溶解于40mL甲醇中。其余操作均同實(shí)施例20。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為碳?xì)ぐ腃o納米顆粒，粒徑為520納米，殼厚210納米。實(shí)施例23稱取1.10g三乙酰丙酮鑭，溶解于50mL四氫呋喃中。其余操作均同實(shí)施例20。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為碳?xì)ぐ?^203納米顆粒，粒徑為10100納米，殼厚220納米。附圖15為該碳?xì)ぐ?^203納米顆粒的透射電子顯微鏡照片。實(shí)施例24稱取1.75g三乙酰丙酮鐵和0.55mL聚乙二醇400，一并溶解于50mL乙醇中。其余操作均同實(shí)施例20。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為Fe304空心納米球。附圖16為該Fe304空心納米球的透射電子顯微鏡照片，空心球結(jié)構(gòu)的直徑為10400納米。實(shí)施例25稱取0.88g三乙酰丙酮鐵，溶解于50mL無水乙醇中。將該溶液轉(zhuǎn)移到一個(gè)敞口容器中，點(diǎn)燃后，火焰狀態(tài)在約l分鐘內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定。待火焰狀態(tài)穩(wěn)定后，在火焰內(nèi)焰使用一個(gè)帶有水膜的玻璃片收集，可持續(xù)得到黑色毛發(fā)狀物質(zhì)。當(dāng)液面下降導(dǎo)致火焰位置下降時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整接收裝置的相對(duì)位置使之仍在上述位置接收。。將該物質(zhì)收集并超聲分散于50mL去離子水中，離心分離得到黑色沉淀。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為頭部或管內(nèi)包有金屬氧化物顆粒的納米碳管，其長度為10納米IO微米。將上述產(chǎn)物置于濃鹽酸中超聲1小時(shí)，之后離心收集沉淀，并用去離子水多次清洗該沉淀至pH值為7，最后超聲5分鐘使其充分分散于去離子水中，形成膠體溶液。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為已去除金屬氧化物的納米碳管。該納米碳管的膠體溶液十分穩(wěn)定，半年內(nèi)無沉淀析出。附圖17為已去除金屬氧化物的納米碳管的透射電子顯微鏡照片，其長度為10納米10微米。實(shí)施例26稱取7.06g三乙酰丙酮鐵和1.90mL四乙基硅氧烷，一并溶解于50mL甲醇中。其余操作均同實(shí)施例1。所得到的產(chǎn)物電子衍射以及透射電子顯微鏡為具有無機(jī)/無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的Y-Fe203/Si02納米顆粒，粒徑為20200納米，飽和磁化強(qiáng)度為42.3靜磁安培/克。附圖18為該納米顆粒的透射電子顯微鏡照片。<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>15七水合三氯化釔甲醇同上Y203納米顆粒16三乙酰丙酮鑭乙醇同上La203納米顆粒17鈦酸丁酯異丙醇同上Ti02納米顆粒18鈦酸丁酯和三乙酰丙酮鐵乙酸乙酯同上FeTi03納米顆粒19三乙酰丙酮鐵無水乙醇外焰靠近內(nèi)焰處Fe304納米顆粒20二乙酰丙酮鈷甲醇內(nèi)焰Co納米顆粒21三乙酰丙酮鐵甲苯，乙醇同上碳?xì)ぐ腇e304納米顆粒22二乙酰丙酮鈷環(huán)己烷，甲醇同上碳?xì)ぐ腃o納米顆粒23三乙酰丙酮鑭四氫呋喃同上碳?xì)ぐ腖a203納米顆粒24三乙酰丙酮鐵聚乙二醇，乙醇同上Fe304空心納米球25三乙酰丙酮鐵無水乙醇內(nèi)焰頭部或管內(nèi)包有金屬氧化物顆粒的納米碳管26三乙酰丙酮鐵四乙基硅氧烷，甲醇外焰尖端具有無機(jī)/無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的y-Fe203/Si02納米顆粒權(quán)利要求1.一種火焰燃燒制備納米材料的方法，其特征是以有機(jī)溶劑為燃燒物和碳提供體，以可溶于有機(jī)溶劑的金屬化合物為納米材料的金屬前驅(qū)體，通過在空氣中直接燃燒金屬化合物前驅(qū)體的有機(jī)溶液，在火焰的不同位置上收集得到納米材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的金屬化合物前驅(qū)體是選自鐵、鈷、鎳、錳的乙酰丙酮鹽、醋酸鹽、草酸鹽、檸檬酸鹽、葡萄糖酸鹽、羰基配合物、氯化物，釔或鑭系稀土金屬的乙酰丙酮鹽、氯化物，或者鈦酸酯中的至少一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是所述的有機(jī)溶劑選自醇類、醛類、酮類、酯類、垸烴類、吡咯垸酮及其衍生物、聚丙烯酸類、苯及其衍生物、聚乙二醇、四氫呋喃、二甲基甲酰胺、硅氧烷類中的一種或大于一種以上的混合物。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在火焰內(nèi)焰收集得到的納米材料包括金屬納米顆粒材料、帶有碳?xì)さ慕饘偌{米材料、帶有碳?xì)さ慕饘傺趸锛{米材料、金屬氧化物空心納米球或納米碳管，在火焰外焰收集得到的納米材料包括金屬氧化物納米顆粒材料或具有無機(jī)/無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米顆粒材料。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是所述的金屬納米顆粒是Co或Ni納米顆粒，粒徑為5納米20納米；所述的金屬氧化物納米顆粒是Y-Fe203、Fe304、CoO、NiO、Mn02、CoFe204、NiFe204、MnFe204、Ti02、FeTi03、CoTiO"NiTi03、MnTi03、￥203及鑭系稀土金屬氧化物納米顆粒，粒徑為10納米300納米；所述的帶有碳?xì)さ慕饘偌{米材料是帶有碳?xì)さ腃o或帶有碳?xì)さ腘i納米顆粒，粒徑為5納米20納米，碳?xì)ず穸葹?納米10納米；所述的帶有碳?xì)さ慕饘傺趸锛{米材料是帶有碳?xì)さ腇e304、帶有碳?xì)さ腃oO、帶有碳?xì)さ腘iO、帶有碳?xì)さ腨203或帶有碳?xì)さ蔫|系稀土金屬氧化物納米顆粒，粒徑為10納米100納米，碳?xì)ず穸葹?納米20所述的金屬氧化物空心納米球是Fe304、CoO或NiO空心納米球，粒徑為10納米400納米；所述的具有無機(jī)/無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米顆粒的整體形狀為圓形或橢圓形，并由兩個(gè)不同部分組成，其中一個(gè)部分為Y-Fe203、CoO、NiO或Mn02;另一個(gè)部分為Si02，顆粒整體尺寸為20納米200納米；所述的納米碳管，長度為10納米10微米。全文摘要本發(fā)明涉及利用直接燃燒法制備高結(jié)晶度金屬及其氧化物納米顆粒、具有碳?xì)そY(jié)構(gòu)的金屬及其氧化物納米顆粒、金屬氧化物空心納米球、具有無機(jī)/無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米顆粒以及水分散性納米碳管。以有機(jī)溶劑為燃燒物和碳提供體，以可溶性金屬化合物為納米材料的金屬前驅(qū)體，通過在空氣中直接燃燒可溶性金屬化合物前驅(qū)體的有機(jī)溶液，在火焰的不同位置上收集得到納米材料。本發(fā)明的方法主要技術(shù)特點(diǎn)是在火焰的不同位置上可以收集到不同種類和不同形貌的納米材料，其形貌包括實(shí)心球、空心球、多面體、一維納米管；其結(jié)構(gòu)包括雙體異質(zhì)結(jié)構(gòu)和殼核結(jié)構(gòu)。文檔編號(hào)B22F9/16GK101234751SQ20081010136公開日2008年8月6日申請(qǐng)日期2008年3月5日優(yōu)先權(quán)日2008年3月5日發(fā)明者楠趙,高明遠(yuǎn)申請(qǐng)人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所