中国粉体网讯  纳米材料优异的电学、力学、光学、磁学和热学等性能，使其作为一种新型材料被广泛应用于电子、生物工程、医学、化工及航天等领域，被认为是二十一世纪最具发展潜力且对未来发展有着巨大影响的产业。而作为纳米材料科学重要组成部分的纳米材料合成技术在过去几十年里也因此得到了迅速的发展。

纳米材料合成技术—等离子体技术

纳米材料制备方法可根据反应物的相态简单的分为“气相合成法”、“液相合成法”和“固相合成法”。

纳米材料制备方法分类

固相合成法主要应用于陶瓷和金属氧化物等纳米粉末材料的制备。液相合成法主要应用于氧化物系超微粉末的制备。气相合成法主要有物理气相反应法和化学气相反应法两种，其中物理气相反应法可用于制备各种金属、化合物、陶瓷、半导体、和聚合物等薄膜材料。而化学气相合成法即化学气相沉积，具有气压范围宽（10Pa~5×105Pa）、纳米材料生长可控性强、可合成多种形态的纳米材料以及适用于不同种类纳米材料合成等优点，被广泛的应用于新材料研制、无机薄膜材料制备和物质提纯等，是当前材料领域制备高品质高性能纳米材料应用最广泛的纳米材料合成方法。

自化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）出现以来，科学界从来没有停止对它的改进。为了克服传统的热化学气相沉积技术纳米材料生长速度较慢的问题，热丝化学气相沉积、激光诱导化学气相沉积和等离子体辅助化学气相沉积（Plasma Enhanced CVD，PECVD）等技术被相继开发出来。其中，PECVD以沉积温度低、速度快、材料附着性强、台阶覆盖性强和材料缺陷少等优点，应用广泛。

等离子体分类

等离子体是由大量带电粒子组成的非束缚态的宏观体系，被认为是固态、液态、气态之后的物质第四态。等离子体处理技术的实质是气体分子电离产生的高能量自由基与材料表面发生物理化学反应，从而改变材料的物理化学性质。

根据等离子体中电子温度的不同，可将等离子体分为高温等离子体和低温等离子体。而根据低温等离子体热力学平衡状态的不同，又可将其分为热等离子体和冷等离子体。

等离子体分类

热等离子体具有高温、髙焓和高化学活性的物理化学特性。在工业领域中热等离子体最常用的产生方法主要有：直流电弧、高频耦合等离子体和微波等离子体。

数百帕以下的低气压等离子体常常处于非热平衡状态。若电子、离子、中性粒子的温度被命名为Te、Ti和Tn。此时，电子在与离子和中性粒子的碰撞过程中几乎不损失能量，所以有Te>>Ti,Te>>Tn。人们把这样的等离子体称为冷等离子体(ColdPlasma)。当然，即使是在高气压下，冷等离子体也可以通过不产生热效应的短脉冲放电模式如射频等离子体(Radio Frequency Plasma)、电晕放电(Corona Discharge)、介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge，DBD)和滑动电弧放电(Glide Arc Discharge)来生成。

冷等离子体分类示意图

等离子体技术的应用

等离子体技术是一种重要的加工处理技术，在多个领域均有重要应用，并逐渐发展成为微电子、半导体、材料、航天、冶金等产业的关键技术，在生物、医药、临床和环境等领域也有广泛应用。

在材料领域，等离子体技术可用于无机纳米材料、碳基材料（如石墨烯、碳纳米管等）及耐热、耐磨、耐腐蚀涂层的制备和改性。如液相等离子体法可在溶液中放电产生大量高能活性粒子、自由基和各种物理效应(电、热、冲击波、辐射等)，多效协同地促进了合成反应，为高效能、高品质合成碳纳米材料提供了可能的途径。

放电等离子体(液相)法制备碳纳米材料

此外，等离子体领域的一个发展分支是微等离子体，指至少在一个维度上被限制在亚毫米尺度内的特殊放电。由于极小的电极间距和极大的比表面积，微等离子体不仅兼具常规等离子体的准电中性、复杂的集体效应等特征，同时还具有体积小、活性粒子密度高、易集成、能在常压/高压下稳定运行等优势，在碳材料、硅材料、金属纳米材料，氧化物、氮化物、碳化物等无机纳米材料等领域都表现出良好的应用前景。

再者，等离子体技术也被越来越多地应用于电池材料中，展现出极大的应用潜力。等离子体技术在锂离子电池材料的表面处理中，不仅可通过辅助沉积的方式在材料表面形成包覆层，还可通过刻蚀、掺杂等方式调节材料表面的极性、粗糙度等，也可通过产生自由基的方式在表面引入多种官能团。

通过等离子体技术的不断革新，相信未来等离子体技术将在不同反应性能金属及金属氧化物纳米颗粒制备、具有混合相和异质结构特征材料制备、以及硫化氢、氮化物、磷化物、合金及多金属催化剂制备等方面都将有新的突破；另外，在制备多孔聚合物、生物分子、纳米沸石等各种热敏底物材料，带有金属底物及核壳结构的纳米催化剂等方面将会显现出更大的技术优势，并将广泛应用于涂层、掺杂以及各种材料的表面改性处理等领域。

参考资料：

张婧.等离子体技术在材料领域中的应用研究进展

李大帅.常压微波等离子体纳米材料合成关键技术研究

李元等.液相等离子体技术制备碳纳米材料的进展与趋势

李煊赫等.微等离子体合成纳米材料的研究进展

刘吉宇等.低温等离子体辅助加工综述

石颖等.低温等离子体在锂离子电池材料中的应用

（中国粉体网编辑整理/黑金）

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