无机纳米管

无机纳米管是由金属氧化物（通常）构成的圆柱体分子结构，形态上同碳纳米管相似。

简介无机纳米管是由金属氧化物（通常）构成的圆柱体分子结构，形态上同碳纳米管相似。1

无机材料的微观结构决定着许多的特性，如传输行为、催化活性、分离效率、吸附、储存和释放动力学。通过材料的表面修饰和引入特殊的显微结构特点（如中空、多孔）将大大改变上述特性，使材料可用作催化剂、分离膜、多孔生物医用植入体和药物载体。最典型的孔状化合物是分子筛，它们具有精确限定的几个埃孔径的三维骨架结构，而且它们的尺寸可以在制备过程中通过模板进行调节。正是由于它们的开放结构，这些硅铝酸盐在离子交换、干燥、吸附中有重要的作用。但由于绝缘和缺乏氧化还原活性，而且它们的孔径被限制在13埃左右，因此无论化学组成还是结构都限制了这些微孔结构的氧化物更广泛的应用。

虽然早在1930年，莱纳斯·鲍林就提出了矿物的弯曲叠层的可能性；直到1992年，以色列科学家ReshefTenne宣布制成了二硫化钨纳米管，才宣告了无机纳米管的诞生。

进展最近，随着集成与紧凑的光电设备的发展，有关纳米结构的材料及其制备方法正在积极地研发[Nature，1999，402，273；Angew.Chem.，Int.Ed.1999，38，2175]。具体地，自发现碳纳米管(CNT)之后，已经多次尝试采用CNT作为超精细的电子器件材料，方法是采用CNT的有序阵列和图案制备所述的器件[Nature，1991，354，56；Adv.Mater.2002，14，277；Appl.Phy.Lett.2001，79，3696；andNature，2002，416，495]。另外，已经进行了各种尝试，希望将纳米管的结构和性能应用于下列的领域中高灵敏度的微量天平Science283，1513(1999)；气体检测器Science287，622(2000)；氢能贮存装置Nature386，512(1999)；场发射显示器(FED)Appl.Phys.Lett.72，2912(1998)；Science283，512(1999)；纳米镊子Science286，2148(1999)；单电子晶体管(SET)Science293，76(2001)；激励器Science284，1340(1999)；存储器Science289，94(2000)；催化剂USP6210800B1；Nature375，564(1995)；UV吸收剂USP6027775；及药物递送剂，油吸收剂，复合材料。因此，已经广泛地研究采用不同材料制备纳米棒、线、管及颗粒的方法。然而，很少有人知道在系统阵列中采用适于制造纳米级器件的气相沉积法制造无机纳米管的方法。已经研究过采用CNT制造第二纳米结构材料。例如，在高于其熔点的温度下熔化V2O5粉末并利用毛细管现象涂布CNT的方法[Science375，564(1995)]；采用化学镀形成金属薄膜的方法[JJAP36，L501(1997)]；利用CNT与B2O3之间的取代反应制造硼氮化物(BN)纳米管的方法[Appl.Phys.Lett.73，3085(1998)]；通过H2WO4与H2S之间的高温反应，用WS2涂布多壁纳米管(MWNT)的方法[Chem.Mater.14，2209，(2002)]；利用纳米管与金属氧化物(MO)之间的受限反应制造金属碳化物纳米棒的方法[Science277，1287(1997)]；采用阳极多孔氧化铝和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制造TiO2纳米管阵列的方法[Langmuir12，1441(1996)]；以及通过沉积SiO2制备纳米管的方法，该方法利用垂直排列的纳米纤维作模板，通过蚀刻暴露纳米纤维，并蚀刻掉所暴露出来的纳米纤维。

二元无机纳米管材料的合成模板合成自然界的生物矿化过程中，由细胞分泌的自组装的有机物对无机物的形成起模板作用，使无机矿物具有一定的形状、尺寸、取向和结构。这一现象给无机－有机复合材料的合成以重要的启示：先形成有机物的自组装体，无机先驱体在自组装聚集体与溶液相的界面处发生化学反应，在自组装体的模板作用下形成无机/有机复合体，将有机模板去除后即得到有组织的具有一定形状的无机材料。这种模仿生物矿化中无机物在有机物调制下的形成过程的无机材料合成，称为仿生合成或模板合成。利用模板合成制备纳米微粒、薄膜、涂层、多孔材料和具有天然生物矿物相似的复杂形貌的无机材料已经获得了巨大的成功。将模板合成方法应用于纳米管的合成过程也获得了成功，利用模板剂的模板作用在分子水平上控制无机相的析出，从而控制无机物的尺寸、取向和结构，以获得期望的纳米管材料。2

高温合成高温合成指温度大于 00℃的合成。高温合成是传统生长晶体的最重要的方法。最初的碳纳米管就是在高温下合成的。碳纳米管的形成和生长可以看作是其它已知过程的拓展。在这些过程中，从通过分解含碳的前驱体作为获得碳的途径，在稍低于 100℃的温度下在金属表面生成石墨结构。

其它方法Remsker，Rao，Nesper，Tenne等小组的工作阐释了不同研究方法在合成无机纳米管材料中的成功应用，但除了这些常用方法外，还有许多的新纳米管材料通过特殊的途径制备出来。最近报道通过化学气相沉积法合成了纯的 N纳米管、规则排布的N纳米管，GeN。另外，Tomoko asuga 采用不同于模板或复制的途径合成了半径为 m的 iO2纳米管。他们的工作证明，通过化学处理可以容易地获得氧化物纳米管。这为无机纳米管的合成开拓了一个崭新的发展空间。

三元体系无机纳米管合成如果能够对无机化合物的结构生成进行控制的话，它们将被广泛地用作工程材料，但结构控制在合成过程中很难做到。无机材料近来的发展显示了形貌结构控制、复制、自组装、重构等新的合成技巧被应用于无机材料设计合成上。在此基础上，二元体系的无机纳米管材料的发展取得了长足的突破，但随着体系的复杂程度的提高，材料的定型问题逐渐困难。最近，在二元体系合成的基础上合成了一些三元体系纳米管材料，这对无机纳米管合成发展起到了巨大的推动作用。Millet 通过固态反应制得纤维状钒酸钠单晶，在单晶中，VO5通过边、角连接形成令人兴奋的钒（Ⅳ）-氧纳米管。钒（Ⅳ）-氧纳米管的连接是通过位于四周的钠离子实现的。纳米管的内径大约 ，可以容纳一个钠离子的存在。这种所有钒原子都处于四价态使得钒酸钠纳米管具有良好的离子导电性和磁性。这是第一次通过固态化学方法合成过渡金属－氧纳米管。目前，关于此化合物的磁性和离子导电性的理论与实验研究仍然在进行之中，以期有新的突破。 酸富镁管通过三步合成。首先，碳酸镁在针状文石中用尿素作为原料在反应釜中形成，然后用盐酸除去针状文石，最后，中空碳酸镁加热形成一种包含镁、钙氧化物的产物，而形态没有发生转化。2

碳纳米管碳纳米管（英语：CarbonNanotube，缩写CNT）是在1991年1月由日本筑波NEC实验室的物理学家饭岛澄男使用高分辨透射电子显微镜从电弧法生产的碳纤维中发现的。它是一种管状的碳分子，管上每个碳原子采取sp杂化，相互之间以碳-碳σ键结合起来，形成由六边形组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的骨架。每个碳原子上未参与杂化的一对p电子相互之间形成跨越整个碳纳米管的共轭π电子云。按照管子的层数不同，分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。管子的半径方向非常细，只有纳米尺度，几万根碳纳米管并起来也只有一根头发丝宽，碳纳米管的名称也因此而来。而在轴向则可长达数十到数百微米。

碳纳米管不总是笔直的，局部可能出现凹凸的现象，这是由于在六边形结构中混杂了五边形和七边形。出现五边形的地方，由于张力的关系导致碳纳米管向外凸出。如果五边形恰好出现在碳纳米管的顶端，就形成碳纳米管的封口。出现七边形的地方碳纳米管则向内凹进。

无机纳米笼无机纳米笼（InorganicNanocages）通常指空心的带孔洞的金纳米颗粒，大小为10到150纳米。金纳米笼可由氯金酸（HAuCl4）在沸水中取代银纳米颗粒合成。通常金纳米颗粒的吸收峰在可见光波段（约550nm），而金纳米笼的吸收峰则位于近红外波段。近红外光的生物组织穿透性较好，且金纳米笼也有较好的生物相容性，使其能作为光学相干断层扫描的显影剂，分辨率可达微米级。金纳米笼也可以通过吸收近红外光来加热，纳米笼的最初发现者华盛顿大学的夏幼南等将肿瘤特异性的抗体（如抗EGFR的抗体）加在金纳米笼上，使其可特异性富集在癌细胞表面，再远程施加近红外光来加热杀死癌细胞。

莱纳斯·卡尔·鲍林莱纳斯·卡尔·鲍林（英语：LinusCarlPauling，1901年2月28日－1994年8月19日），美国化学家，量子化学和结构生物学的先驱者之一。1954年因在化学键方面的工作取得诺贝尔化学奖，1963年因反对核弹在地面测试的行动获得1962年度的诺贝尔和平奖，成为获得不同诺贝尔奖项的两人之一（另一人为居里夫人）；也是唯一的一位每次都是独立地获得诺贝尔奖的获奖人。其后他主要的行动为支持维他命C在医学的功用。鲍林被认为是20世纪对化学科学影响最大的人之一，他所撰写的《化学键的本质》被认为是化学史上最重要的著作之一。他以量子力学入手分析化学问题，结论却以直观、浅白的概念重新阐述，即便未受量子力学训练的化学家亦可利用准确的直观图像研究化学问题，影响至为深远，比如他所提出的许多概念：电负度、共振论、价键理论、杂化轨道、蛋白质二级结构等概念和理论，如今已成为化学领域最基础和最广泛使用的观念。

他晚年过度吹捧营养补充品的药用价值，并提倡使用高剂量的维生素C治疗感冒，给自己的声誉带来了负面影响。

应用无机纳米管比碳纳米管重，并且在张力作用下不够强。但是却具有特别强的抗压力。因此有潜力用来做抗冲撞产品，例如防弹衣。

另见纳米线

无机纳米笼

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学