发布时间：2021-06-08 热度：

　　20世纪90年代以来，自然科学与工程技术发展的一个重要趋势是向微型化迈进，特别是纳米材料以及微电子机械系统的进步引起了研究者对微尺度和快速过程的极大兴趣。微化工技术顺势兴起，这也顺应了可持续发展的要求。微化工技术是涉及物理、化学、化工、生物、材料、微电子以及微机械加工等诸多领域的多学科交叉技术。通常的微化工系统包括微热、微反应、微混合、微分和微分析等系统，其中微热、微反应系统是其核心部分。与常规化工系统相比，微化工系统具有微尺度、大比表面积、小体积、高通量筛选、快速放大、过程连续、柔性生产、过程安全、分散式生产等优点，在传热、传质方面表现出超常的能力。从1997年开始，每年举办一届以“微反应技术”为主题的国际会议。2003年4月召开了第一届“微通道和微小型通道”国际会议。微反应器是指通过微加工和精密加工技术制造的小型反应系统，其内部供流体流动的微通道尺寸从亚微米到亚毫米数量级，因此微反应器又称作微通道（microchannel）反应器。

　　纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子(nano particle)组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。

　　半导体纳米颗粒的制备

　　纳米Cd S的制备

　　常规合成高度单分散的CdS纳米半导体方法通常分两步进行：先将反应物料混合制备分散性较差的粗产物，再通过反复地重结晶获得目标粒径的颗粒，其制备提纯过程相当复杂。Edel等研究发现，利用微反应器来制备纳米CdS，不仅可省略重结晶的步骤，还可调节产物的高度分散性。制备过程中，分别将Na2S加入了等量的缩聚磷酸钠的Cd(NO3)2水溶液用注射泵分两路注入微混合器进行快速混合，可直接合成出单分散的纳米CdS。与直接混合750µL的Cd(NO3)2·4H2O和Na2S体溶液制得的纳米CdS相比，采用体积小于600nL的微混合器快速混合所得的纳米CdS具有更高的单分散性，且增大流速可进一步提高产物单分散性。Shestopalov等以CdCl2、Na2S、NaOH和1–巯基丙酸为原料，在如图1所示的微通道反应器上制备CdS和CdS/Cd Se纳米颗粒。该微通道反应器由液滴生成装置和两个混合–反应段组成，其微通道的长、宽、高分别为24.5mm、50µm和50µm。合成过程中，将反应物分三路进料，并以液滴的形式分散于流动相中，通过第一个混合反应段后，再加入骤冷相（QUENCH），进一步冷却、混合、反应，得到目标产物。研究发现，当流动相为水相时，反应进行6min即会发生颗粒沉积；而采用油相即使反应进行30min也没有沉积发生。制备过程中采用不同的骤冷相（MPA，Na2S）将获得不同粒径的CdS纳米颗粒；而当骤冷相为Na2Se时，可制得CdS/CdSe复合纳米颗粒。

　　纳米CdSe-ZnS复合纳米粒子的制备

　　Wang等分别以不同的CdSe源和ZnS源，首先采用微通道反应器（如图2所示）制备了CdSe–ZnS复合纳米粒子。他们将的CdSe原料液流经一段温度控制在300℃的微通道（内径200µm，长30cm）中合成了CdSe粗溶液，再与ZnS原料液在陶瓷微混合器中快速混合后（8 s）转入220℃的微通道中反应2s，即可得到CdSe–ZnS复合纳米粒子。且通过简单调节ZnS包裹反应段中流体的流速和微通道反应器的长度，制备了不同厚度ZnS包裹的CdSe。他们的研究表明，多步连续微通道反应器法是一种简单有效的控制复合纳米粒子结构的方法，并可以通过它找出最佳合成条件。后来，他们又以[(C2H5)2NCSS]2Zn为ZnS源，分别采用TOPO–CdSe和ODE–CdSe纳米颗粒为核心，在内径200µm、长80 cm的微通道中直接制备了粒径介于2.5～4.9 nm的ZnS包裹的CdSe颗粒。研究表明，当核心粒子为TOPO–CdSe时，反应温度需高达240℃；当核心粒子为ODE–CdSe时，反应温度仅需150℃，且制备的CdSe–ZnS复合纳米粒子具有更窄的粒径分布。

　　国科质检提示在纳米材料中，由于纳米级尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度等物理特征尺寸相当或更小，使得晶体周期性的边界条件被破坏；纳米微粒的表面层附近的原子密度减小；电子的平均自由程很短，而局域性和相干性增强。尺寸下降还使纳米体系包含的原子数大大下降，宏观固定的准连续能带转变为离散的能级。这些导致纳米材料宏观的声、光、电、磁、热、力学等的物理效应与常规材料有所不同，体现为量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观隧道效应等，已被广泛应用于纳米电子学、光电子学和磁学，纳米医学和生物学等多方面。