Nano Spark｜如何用氣溶膠技術(shù)在纖維表面快速沉積納米粒子（一）

纖維表面沉積納米材料的方式

納米顆粒尤其是無(wú)機納米粒子在催化，能源，生命科學(xué)以及傳感等領(lǐng)域都表現出了非常好的性能，從而受到廣泛的關(guān)注。由于納米材料本身的特性，為了保證在實(shí)際使用時(shí)的穩定性與長(cháng)效性，一般會(huì )采用將納米粒子以負載或原位構筑的方式與基底材料結合，從而獲得負載型催化劑，導電織物等改性材料。通過(guò)與納米技術(shù)的結合，可以獲得多種功能性纖維材料，應用在可穿戴，抗菌，能源催化領(lǐng)域。

在纖維表面沉積納米材料的方式有多種，可分為原位與非原位的方式。通常將在纖維表面直接構筑納米結構的方式稱(chēng)為原位合成，該方式可得到負載均勻的纖維材料，但依賴(lài)前驅體在纖維表面的化學(xué)合成過(guò)程，且會(huì )產(chǎn)生較多的化學(xué)廢料，限制了其進(jìn)一步的發(fā)展。

非原位的方法即先制備納米材料，并將其加工為分散液，利用浸漬提拉或者噴涂等手段實(shí)現納米負載。該方法容易造成分布不均，還會(huì )造成原料的大量浪費。

液相沉積法

氣相沉積是一種較為成熟的沉積方案，但傳統的方式如：蒸發(fā)法或濺射法，離子鍍都依賴(lài)于真空環(huán)境，設備較為復雜，同時(shí)對基底纖維可能造成熱損傷和機械損傷。同時(shí)，由于纖維膜本身具備一定的厚度，真空鍍膜的方式很難保證顆粒能穿透進(jìn)入孔隙之中。原子層沉積技術(shù)是一種靈活性高，且可控性強的薄膜沉積技術(shù)，其穿透性強，從單原子到致密的薄膜的合成均可滿(mǎn)足。但對于有機聚合物纖維基底，其反應效率太低，且工藝要求較高，目前尚無(wú)工業(yè)應用。

氣相以及電鍍沉積方案

對于催化等應用，理想的負載結合為小尺寸的納米顆粒均勻的分散在纖維表面，而不是形成致密的薄膜，同時(shí)由于纖維膜有一定的厚度，傳統的方案很難保證纖維膜的表層與內層都負載有均勻的顆粒。

因此，一種環(huán)保，簡(jiǎn)便的納米顆粒負載技術(shù)對于開(kāi)發(fā)新一代功能纖維材料非常重要。但目前的方案，包括使用 PVD 或 CVD 的方法，都很難做到纖維層內外的均勻負載，同時(shí)獲得的多為薄膜層，而不是分散的納米粒子團簇。而在催化反應中，這些分散的顆粒才是反應的活性位點(diǎn)。

內外兼修才是纖維負載的目標

事實(shí)上，納米級的顆粒如果更換分散介質(zhì)在氣相環(huán)境中，也可以形成一種穩定的分散系：氣溶膠（詳情見(jiàn)??：氣溶膠，病毒與口罩）。而將氣溶膠技術(shù)與過(guò)濾技術(shù)結合，便可以輕松實(shí)現纖維表面的負載沉積。這一方法借鑒了“口罩”過(guò)濾的方式，納米級氣溶膠會(huì )在氣流的帶動(dòng)下，從過(guò)濾介質(zhì)的孔隙中穿過(guò)，顆粒則會(huì )在這一過(guò)程中均勻的分散在基底表面與內層。

利用“過(guò)濾”的方式均勻的負載納米粒子

這一方法原理與過(guò)濾空氣中的有害顆粒物類(lèi)似，氣溶膠顆粒會(huì )在氣流的帶動(dòng)下實(shí)現均勻的沉積。而產(chǎn)生納米氣溶膠的方式則為一種全新的大氣壓等離子火花燒蝕技術(shù)。這一方法可在常壓條件下，溫和的實(shí)現納米粒子的軟著(zhù)陸，避免了熱沖擊對于基底的破壞，同時(shí)保證了顆粒在纖維基底表面的分散以及粒徑控制。該方法可以實(shí)現單質(zhì)，氧化物，合金在內的多種納米復合體系制備，并且與多種技術(shù)進(jìn)行結合。

火花燒蝕產(chǎn)生納米級氣溶膠

下一篇我們介紹一下火花燒蝕產(chǎn)生納米級氣溶膠的原理