專利名稱：一種用光催化納米活性水制備納米結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
涉及納米結(jié)構(gòu)的制備。
背景技術(shù)：
目前，納米線、納米膜、納米器件的制備還比較困難，有的還在 基礎(chǔ)研究階段，有的是在實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品階段，不能進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)。例
如單晶氧化硅納米線的制備，用高溫化學(xué)蒸氣沉降法，高溫在1000 C以上；碳助生長法，也需要很高的溫度；溶膠與凝膠法需要硅源和 模板劑的作用，生長氧化硅納米線，經(jīng)過焙燒或化學(xué)腐蝕去除模板劑， 最終得到納米線，需要焙燒和模板劑，污染環(huán)境；激光消融法等都需 要高溫； 一種用乙二胺作為反應(yīng)溶液水熱氣相用硝酸鐵作為負(fù)載的氧 化硅的合成方法，經(jīng)過離心、晾干、焙燒、水熱處理、去負(fù)載、清洗 等一系列工藝和中溫焙燒等。例如在國際上先進(jìn)的納米光電子器件 制備系統(tǒng)，德國Leybold電子?xùn)|蒸發(fā)的薄膜制備系統(tǒng)，多槍電子?xùn)|蒸 發(fā)系統(tǒng)、納米材料生長設(shè)備等，納米材料生長范圍在200mm晶圓范圍 內(nèi)，提供薄膜沉積環(huán)境，涉及到電漿源的產(chǎn)生系統(tǒng)，沉積室的進(jìn)氣/ 抽氣動(dòng)力學(xué)形成均勻流場分布，大面積的納米薄膜的銜接的問題都存 在著缺陷。不可能制備出大面積均勻的納米薄膜。設(shè)備昂貴，耗電高。 這些納米結(jié)構(gòu)存在的問題是納米膜均勻度差， 一次完成面積小存 在結(jié)合點(diǎn)的不均勾，很難完成納米復(fù)合材料納米結(jié)構(gòu)，特別是大面積 的納米復(fù)合材的納米結(jié)構(gòu)，由于在高溫、電子?xùn)|條件等下，所形成的 納米結(jié)構(gòu)粒徑粗大，其光學(xué)特性、耐高溫特性、機(jī)械特性、導(dǎo)磁特性、 電學(xué)特性、物理特性、化學(xué)特性等得不到充分發(fā)揮，納米沉積層的結(jié) 合強(qiáng)度差，影響其應(yīng)用特別是影響在軍事上的應(yīng)用效果。
總之，納米結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法有熱氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、 熔膠凝膠法等，生長機(jī)理包括氣-液-固的生長機(jī)理等。但是，這些制 備方法往往需要髙溫、髙真空、模板、復(fù)雜的設(shè)備或者需要一些有毒 的氣體保護(hù)，成本高，難以工業(yè)化生產(chǎn)。
特別是在軍事隱身納米材料還停留在納米涂料的應(yīng)用。納米涂料 的光學(xué)特性還沒有完全發(fā)揮納米材料的光學(xué)特性，涂層結(jié)合強(qiáng)度差等 因?yàn)?，它不可能制成全納米材料敷著于載體上。
在機(jī)械零部件涂層加工或維修中，常常使用噴涂，刷鍍、電鍍等，
由于添加的沉積層的金屬粒徑粗大，機(jī)械性能差，如軔性差，抗疲 勞性差，層間接合力差，結(jié)合層剝離，致使該工藝的應(yīng)用受到極大的
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是提供一種用光催化納米活性水生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu) 的方法，解決上述問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是將待加工的固體物質(zhì)和納米材料浸入光催 化納米活性水中，在紫外線照射的條件下，納米材料沉積在固體物質(zhì) 上生成納米結(jié)構(gòu)。
1、 一種用光催化納米活性水的納米結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法，其特征是 將待加工的固體物質(zhì)和納米材料放入光催化納米活性水中，在紫外線 照射的條件下，納米材料沉積在固體物質(zhì)上生成納米結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的待加工的固體物質(zhì)，其特征是待加 工的產(chǎn)品或工件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米材料，其特征是納米材料是納 米粉體、貴體或液體。
4、 一種用光催化納米活性水的納米結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法的用途，其 特征是用于固體物質(zhì)表面沉積層前的清洗。
5、 一種用光催化納米活性水的納米結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法的用途，其
特征是納米結(jié)構(gòu)用于固體物質(zhì)的表面層。
6、 一種用光催化納米活性水的納米結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法的用途，其 特征是納米結(jié)構(gòu)用于過渡層。
7、 一種用光催化納米活性水的納米結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法的用途，其 特征是納米結(jié)構(gòu)用于器件的電路的連接。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其特征是納米結(jié)構(gòu)是納 米一維結(jié)構(gòu)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其特征是納米結(jié)構(gòu)是納 米二維結(jié)構(gòu)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其特征是納米結(jié)構(gòu)是納 米三維結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的納米材料可以用納米金屬材料、納米非金屬材料、納米 復(fù)合材料、納米半導(dǎo)體材料等各種納米材料。
如果將固體物質(zhì)換成產(chǎn)模板，納米原子將沉積在其表面上，去掉
模板，從而，得到各種納米結(jié)構(gòu)。
紫外線可以用太陽光的紫外線，也可以用紫外線燈等光源。 納米結(jié)構(gòu)沉積加工時(shí)，可以使用常溫或高一點(diǎn)溫度。 納米一維結(jié)構(gòu)包括納米線、納米棒、納米碳管。納米二維結(jié)構(gòu)包 括納米膜、納米原子沉積膜或產(chǎn)品和工件的沉積膜，例如，納米玻璃、 納米陶瓷、納米紡織纖維、納米塑料沉積膜、機(jī)械工件的沉積膜等。 納米三維結(jié)構(gòu)包括納米機(jī)械部件、納米機(jī)械人部件等。
本發(fā)明的技術(shù)原理是根據(jù)本人的發(fā)明專利《光催化納米活性水 和自由基的測定方法及其用途》專利號(hào)200810050536.9，記載了 "自 由基對(duì)無生命體的影響在大自然中無生命的物質(zhì)的生成與氧化都與 自由基有直接的關(guān)系，在自由基變化的環(huán)境下，可以促進(jìn)物質(zhì)的生成 與氧化。在一定的自由基環(huán)境下，保持物質(zhì)的平衡。"因此，光催化
納米活性水中含有自由基，在紫外線存在的條件下，當(dāng)光催化納米活 性水中自由基的濃度和納米材料的濃度達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，納米材料將 向模板或產(chǎn)品、工件表面沉積，納米原子將沉積在固體模板上，形成 納米線、納米膜、納米器件。其納米結(jié)構(gòu)生成的過程可以在常溫常壓 下實(shí)現(xiàn)。這就是在自由基的條件下，促進(jìn)了物質(zhì)的生成。由于在常溫 常壓的均勾的紫外線的條件下，活性水中納米原子將容易沉積在模板 或工件上，制成納米產(chǎn)品，從而取代了現(xiàn)有的在髙溫、髙真空、電子 束、激光等或氣相法生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的方法。
本發(fā)明的積極效果是
自由基具有溫和的沉積效果，是在原子粒子(或更小粒子)的條 件下進(jìn)行沉積，其納米結(jié)構(gòu)質(zhì)地均勻細(xì)賦，顏色均勻、光亮、屬于原 子沉積層，其納米結(jié)構(gòu)具有良好的機(jī)械特性、光學(xué)特性、熱傳導(dǎo)特性、 電學(xué)特性、電磁特性、超導(dǎo)特性、物理特性和化學(xué)等特性，而且，還 具備光催化特性，自潔凈、疏水性、防射線性能等?？梢詰?yīng)用于軍事、 醫(yī)學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各領(lǐng)域。
這些特性在軍事制作納米隱身材料方面具有重要意義。因?yàn)檫@種 納米結(jié)構(gòu)是全納米結(jié)構(gòu)，它可以完全發(fā)揮納米材料光學(xué)特性，該發(fā)明 可以大面積沉積納米膜，可以形成較厚的三維納米層，以達(dá)到大面積 隱身特性的要求，而且，該發(fā)明工藝簡單易行，成本低廉。
使用光催化納米活性水生產(chǎn)的納米結(jié)構(gòu)，可以通過調(diào)整光催化納 米活性水的活性等級(jí)、紫外線光強(qiáng)度、納米材料的濃度、活性水的溫 度等參數(shù)，可以控制納米結(jié)構(gòu)的沉積速度，納米膜的厚度等關(guān)鍵參數(shù)。 用該技術(shù)制備的納米結(jié)構(gòu)致密、均勻，具有獨(dú)特的機(jī)械特性、光學(xué)特 性、物理特性和化學(xué)特性，特別是能應(yīng)用于國防、軍事、醫(yī)療、工業(yè)、 農(nóng)業(yè)等重要領(lǐng)域具有重要意義，可以用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)不能解決 的關(guān)鍵性技術(shù)問題。
特別是難镕耐高溫納米材料，也具有很好的沉積效果，具有更好 的耐髙溫性能，在航天器、火箭、導(dǎo)彈等會(huì)有更好的應(yīng)用。在其外殼 上沉積納米鎢及其合金或其它耐高溫納米材料，提髙其耐高溫的溫 度，其納米沉積膜具有良好結(jié)合強(qiáng)度，這對(duì)提高航天器的速度和運(yùn)行 的安全具有重要意義。
應(yīng)用納米鎢或其合金沉積膜做金屬切屑刀具，提髙刀具在高溫條 件下的硬度，可以大大提高刀具切屑速度，將是金屬加工的一場技術(shù) 革命。
在加大納米材料的濃度，其沉積速度加快，可以應(yīng)用于納米玻璃、 建筑玻璃、汽車玻璃等，具有良好的防紫外線、疏水性能及自潔凈性 能。該技術(shù)工藝簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)，成本低廉。
用于化學(xué)纖維的納米薄膜的沉積，生產(chǎn)出納米纖維，可以紡織出 透氣性良好的疏水紡織品，同時(shí)，也具備殺菌、防靜電、防紫外線為 一體的納米紡織品。對(duì)于預(yù)防重大疫情具有重要意義。當(dāng)然，也可以 生產(chǎn)出軍事用的能使紅外線探測失效的隱身服裝。
特別是應(yīng)用于飛機(jī)、坦克、導(dǎo)彈、航天器等的外殼，用納米金屬 及其復(fù)合材料沉積納米膜，可以散射紅外線、雷達(dá)電磁波、激光等制 導(dǎo)裝置，使敵方的制導(dǎo)裝置失效成為隱身武器裝備。這將是軍事的一 場技術(shù)革命。這里指出的是本發(fā)明的納米膜具有膜層均勾、結(jié)合層強(qiáng) 度極高、純屬原子沉積層、實(shí)現(xiàn)大面積納米原子沉積層，可以實(shí)現(xiàn)各 種納米及其復(fù)合材料的復(fù)合納米原子膜，以達(dá)到散射各種光學(xué)制導(dǎo)的 要求，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有納米膜制備工藝所不能完成的光學(xué)特性。這將大 大提高我國的軍事防御能力。
用熱傳導(dǎo)快的納米材料，用于電子器件的散熱、用于航天和軍事、 計(jì)算機(jī)等熱傳導(dǎo)將縮小集成電路的尺寸。
用電磁性好納米鐵、鈷及其合金納米結(jié)構(gòu)，能提高導(dǎo)磁特性，降低渦流損失，提高發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、家用電器等工業(yè)和家用 電器的導(dǎo)磁特性，大大節(jié)省電能，提髙效率?？s小設(shè)備尺寸、降低成 本，將掀起一場技術(shù)的革命。本發(fā)明的沉積納米膜工藝簡單、易于工 業(yè)化生產(chǎn)，成本低、技術(shù)成熟。
用本發(fā)明可以制成納米微型電動(dòng)機(jī)，制成納米機(jī)械人，實(shí)現(xiàn)各種 手術(shù)。
用于陶瓷納米薄膜的沉積，顏色均勻、光亮、提髙陶瓷的耐腐蝕 性、耐候性、自潔性、殺菌性，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。餐具沉積納米膜具 有殺菌功能，對(duì)于預(yù)防疫情和疾病的傳染具有重要意義。對(duì)于自潔功 能，油漬用冷水沖洗即可以清潔，可節(jié)省清洗劑，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，減 少污染。
在輸變電線路的絕緣陶瓷上沉積絕緣納米膜可以提高絕緣性能， 能提高電力運(yùn)行的安全性。在集成電路的基板上沉積絕緣納米膜，可 以減少集成電路的漏電，提髙集成電路的性能。
能在極高硬脆的陶瓷材料上沉積納米膜，就能在其他金屬、非金 屬等固體物資上沉積出納米膜。
用于機(jī)械零部件的表面納米薄膜沉積，提高耐磨性、硬度、軔性、 抗疲勞性、耐腐蝕性、鍍層的結(jié)合強(qiáng)度。對(duì)于鍍層前的清洗具有獨(dú)特 優(yōu)勢，可將鍍層結(jié)合力增強(qiáng)。由于其工藝簡單，使很多不能電鍍的零 部件實(shí)現(xiàn)納米沉積，提高機(jī)械的質(zhì)量和使用壽命。降低工業(yè)成本和工 業(yè)污染。納米沉積層也可以用作外觀裝飾取代噴漆，如，汽車外殼鋼 板，或者在漆層的表面釆用納米沉積裝飾層，使其具有自潔凈功能、 疏水性和抗腐蝕性，提高了產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，減少污染。
本發(fā)明的實(shí)施，可以提高武器裝備、汽車、火車、飛機(jī)機(jī)床等機(jī) 械的性能和使用壽命，將是一場技術(shù)革命。
用于電子器件如集成電路的pn結(jié)和納米線及其連接，可以不用
高溫?zé)釟庀喑练e法、化學(xué)氣相沉積法或其他滲透法，可用光催化納米
活性水實(shí)現(xiàn)pn結(jié)的制備，其性能好于其他方法，更適合于大面積的 硅片的制作，對(duì)于納米線及其連接，適合于規(guī)模化生產(chǎn)。
用于電容器、濾波器等的塑料沉積膜，使膜薄而均勾，質(zhì)地細(xì)瓶， 電流密度大，電容器體積小，適用于軍事、航天髙要求的地方應(yīng)用， 適合于工業(yè)化生產(chǎn).
用于微電池、太陽能電池、微電機(jī)、傳感器、納米機(jī)械人等也具 有不可比擬的優(yōu)越性。
此外，它可以應(yīng)用于納米生物、塑料降解、制藥、食品加工、氧 化催化等各領(lǐng)域，也是具有其它技術(shù)不可比擬的優(yōu)越性。
光催化納米活性水是在紫外線的照射下，在水中產(chǎn)生自由基，因
此，自由基的作用下，納米結(jié)構(gòu)的自然生長是符合自然規(guī)律的，它的 生長是原子結(jié)構(gòu)的生長或者說是更小的粒子的生長，是最小結(jié)構(gòu)的物 質(zhì)的生長。所以在自由基的自然條件下生長的納米結(jié)構(gòu)具有更致密 的、最原始的基本粒子的優(yōu)越的性能，其納米結(jié)構(gòu)可以得到無可比擬 的各種特性服務(wù)于人類。
它可以在一些人們還不知道的領(lǐng)域應(yīng)用，有待于人們開發(fā)研究。 目前，用張金龍、劉麗紅的18項(xiàng)專利技術(shù)生產(chǎn)的光催化納米活 性水，在8瓦的紫外線的燈照射下，常溫條件下，4天已成功地在玻 璃、陶瓷、金屬、塑料、纖維等上沉積了鈦、銅等納米膜。沉積層細(xì) 膩而光亮，結(jié)合力極強(qiáng)，和基體材料融為一體，納米鈦沉積層抗強(qiáng)酸 (濃度98%)， 20天浸泡，不退色不剝離，加熱至300^C，不退色不 剝離，又具有良好的耐磨性和硬度，具有良好的機(jī)械特性。納米玻璃 與普通玻璃比較具有良好的親水性，用于汽車玻璃在雨天不會(huì)有水珠
積存在玻璃上影響視線。同理用于建筑玻璃也具有同樣性能。同時(shí)， 它具有良好的防紫外線功能和其它光學(xué)特性。使用本人的發(fā)明專利
《光觸媒材料光催化活性測定方法》專利號(hào)200410011118. 0測定， 納米玻璃和納米陶瓷的光催化活性達(dá)到8級(jí)，殺菌率達(dá)到99%，用于 餐具洗浴陶瓷，預(yù)防重大疫情具有重大意義。納米玻璃和納米陶瓷的 外觀具有清澈，光亮，絕美的外觀。 實(shí)施例
用張金龍、劉麗紅的18項(xiàng)專利技術(shù)生產(chǎn)的光催化納米活性水， 在活性水中加入納米鈦，在8瓦的紫外線的燈照射下，常溫條件下， 4天的時(shí)間，將玻璃、陶瓷、金屬、塑料、纖維等上沉積了納米鈦膜， 沉積層細(xì)膩而光亮，顏色略深，光亮美觀。
納米線的制備，可以將磨好的硅晶片，放入光催化納米活性水中， 在活性水中加入納米銀，在紫外線照射下，4天即可生產(chǎn)出納米線。
納米pn結(jié)的制備，可以將磨好的硅晶片，放入光催化納米活性 水中，在活性水中加入納米硼或其它納米材料，在紫外線照射下，72 小時(shí)即可生產(chǎn)出納米pn結(jié)。
納米器件的制備，先制好模板，在模板上用光刻技術(shù)刻好納米器 件的形狀，將其放入光催化納米活性水中，在水中放入納米材料，在 紫外線照射下，經(jīng)過幾天至幾個(gè)月的時(shí)間不等，在模板上將沉積出納 米器件。從模板上取出納米器件即可得到所設(shè)計(jì)的納米器件。
權(quán)利要求
1、一種用光催化納米活性水的納米結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法，其特征是將待加工的固體物質(zhì)和納米材料放入光催化納米活性水中，在紫外線照射的條件下，納米材料沉積在固體物質(zhì)上生成納米結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的待加工的固體物質(zhì)，其特征是待加 工的產(chǎn)品或工件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米材料，其特征是納米材料是納 米粉體、裔體或液體。
4、 一種用光催化納米活性水的納米結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法的用途，其 特征是用于固體物質(zhì)表面沉積層前的清洗。
5、 一種用光催化納米活性水的納米結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法的用途，其 特征是納米結(jié)構(gòu)用于固體物質(zhì)的表面層。
6、 一種用光催化納米活性水的納米結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法的用途，其 特征是納米結(jié)構(gòu)用于過渡層。
7、 一種用光催化納米活性水的納米結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法的用途，其 特征是納米結(jié)構(gòu)用于器件的電路的連接。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其特征是納米結(jié)構(gòu)是納 米一維結(jié)構(gòu)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其特征是納米結(jié)構(gòu)是納 米二維結(jié)構(gòu)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)，其特征是納米結(jié)構(gòu)是納 米三維結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開的是一種用光催化納米活性水生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的方法。將待加工的模板和納米材料浸入光催化納米活性水中，在紫外線照射下，納米材料沉積在模板上生成納米結(jié)構(gòu)?；钚运屑{米原子將沉積在模板或工件上，制成納米產(chǎn)品。從而取代了在高溫、高真空、電子束、激光、氣相法等生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的方法。用本發(fā)明制備的納米結(jié)構(gòu)致密、均勻，結(jié)合力極強(qiáng)、具有獨(dú)特的機(jī)械、光學(xué)、熱傳導(dǎo)、電磁、超導(dǎo)、電學(xué)、物理和化學(xué)等特性，特別是能應(yīng)用于國防、軍事、醫(yī)療、疫情防疫、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等重要領(lǐng)域具有重要意義，可以用于現(xiàn)有技術(shù)不能解決的關(guān)鍵性技術(shù)。該技術(shù)工藝簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)，成本低廉，將成為一場技術(shù)革命。
文檔編號(hào)B82B3/00GK101357748SQ200810050599
公開日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2008年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月15日
發(fā)明者劉麗紅, 張金龍 申請(qǐng)人:張金龍