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

納米顆粒尤其是無機納米粒子在催化，能源，生命科學以及傳感等領(lǐng)域都表現(xiàn)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，為了保證在實際使用時的穩(wěn)定性與長效性，一般會采用將納米粒子以負載或原位構(gòu)筑的方式與基底材料結(jié)合，從而獲得負載型催化劑，導電織物等改性材料。通過與納米技術(shù)的結(jié)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(gòu)筑納米結(jié)構(gòu)的方式稱為原位合成，該方式可得到負載均勻的纖維材料，但依賴前驅(qū)體在纖維表面的化學合成過程，且會產(chǎn)生較多的化學廢料，限制了其進一步的發(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現(xiàn)納米負載。該方法容易造成分布不均，還會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(tǒng)的方式如：蒸發(fā)法或濺射法，離子鍍都依賴于真空環(huán)境，設(shè)備較為復雜，同時對基底纖維可能造成熱損傷和機械損傷。同時，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(jié)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，同時由于纖維膜有一定的厚度，傳統(tǒng)的方案很難保證纖維膜的表層與內(nèi)層都負載有均勻的顆粒。

因此，一種環(huán)保，簡便的納米顆粒負載技術(shù)對于開發(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(nèi)外的均勻負載，同時獲得的多為薄膜層，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。

內(nèi)外兼修才是纖維負載的目標

事實上，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(wěn)定的分散系：氣溶膠（詳情見??：氣溶膠，病毒與口罩）。而將氣溶膠技術(shù)與過濾技術(shù)結(jié)合，便可以輕松實現(xiàn)纖維表面的負載沉積。這一方法借鑒了“口罩”過濾的方式，納米級氣溶膠會在氣流的帶動下，從過濾介質(zhì)的孔隙中穿過，顆粒則會在這一過程中均勻的分散在基底表面與內(nèi)層。

利用“過濾”的方式均勻的負載納米粒子

這一方法原理與過濾空氣中的有害顆粒物類似，氣溶膠顆粒會在氣流的帶動下實現(xiàn)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，溫和的實現(xiàn)納米粒子的軟著陸，避免了熱沖擊對于基底的破壞，同時保證了顆粒在纖維基底表面的分散以及粒徑控制。該方法可以實現(xiàn)單質(zhì)，氧化物，合金在內(nèi)的多種納米復合體系制備，并且與多種技術(shù)進行結(jié)合。

火花燒蝕產(chǎn)生納米級氣溶膠

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