中國粉體網訊 無機納米材料作為一種結構主體主要由無機物質構成的納米材料，具有眾多特殊的物理化學性質，且可以直接通過對材料尺寸、形貌、結構、成分的控制來實現特殊性質的改變，因而在過去數十年里受到了高度關注，并得到迅速發展，廣泛應用于環保節能、生物醫學、電子技術等眾多領域。
常見的制備納米材料的方法包括物理法和化學法，物理法包括物理粉碎法、物理凝聚法和噴霧法等；化學法包括化學氣相沉積法、化學沉淀法、溶膠-凝膠法、水熱法和模板法等。其中模板法在無機納米材料的制備過程中能夠有效地控制形貌、粒徑和結構，已成為合成無機納米材料的前沿方法。
何為模板法？
所謂的模板法就是利用具有一定立體結構、形狀容易控制的材料作為模板，通過物理、化學或生物的方法使物質原子或離子沉積到模板的孔中或表面，而后移去模板，得到所需要的納米結構材料的過程，用該方法制作的納米材料具有與模板孔腔相似的結構特征。
模板法制備納米材料的關鍵在于模板劑，其主要通過調控晶體的成核和晶體的長大兩個方面來改變產物的結構和形貌。常見的模板劑包括兩大類：一是天然的物質如納米礦物、生物分子、細胞和組織等；二是合成的物質如表面活性劑、多孔材料和納米顆粒等。基于其結構的差異，一般分為硬模板劑和軟模板劑。對此，模板法可以分為硬模板法和軟模板法。
硬模板
硬模板主要是指以共價鍵維持其特定結構，具有相對剛性結構的模板。硬模板法主要是依靠前驅體在預先制備好的剛性模板的納米級孔道中生長而實現，陽極氧化鋁、沸石分子篩、介孔材料、膠態晶體和碳納米管等都是常用的硬模板材料。
硬模板劑的工作機理
軟模板主要是指分子間或分子內的弱相互作用維持其特定結構的模板，如膠束、囊泡、液晶等。軟模板法是當模板劑的濃度達到一定值后，可以在溶液中形成膠束，從而引導前驅體的生長，最終生成具有一定形狀的納米結構材料。
軟模板劑的工作機理
模板法的應用
近年來，模板法被廣泛應用于納米材料的制備，如使用模板法制備碳納米材料。Zhang等采用層狀介孔二氧化硅密閉自組裝方法制備了高品質單層石墨烯；Hong等通過熱解聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），以蒙脫石為模板結合鎳粒子成功合成出多層石墨烯，并研究發現熱解條件如復合材料的組成、反應溫度、催化劑大小等是影響最終產物形貌和產率的重要參數；Kim等通過碳化聚苯胺/二氧化硅納米管復合材料制得氮摻雜的碳納米管（N-CNTs）。
此外模板法可結合電化學法、氣相沉積法和溶膠－凝膠法等技術制備各種納米復合材料。所制得的材料可應用到生物、化工、環境、能源等領域。
模板法應用中存在的問題
目前模板法也存在一些亟待解決的問題。硬模板法在合成納米材料過程中，硬模板劑的消除往往會導致部分孔道結構坍塌，影響產物性能；所得產物只有在粒徑較小的情況下，才表現出有序性；原料部分填充，使得產物在孔道里不連續出現結構缺陷；模板材料的來源有限，制約著硬模板法的廣泛使用。
軟模板法在合成納米材料過程中，軟模板劑的穩定性差易受合成體系的影響，故對合成體系有一定的要求；軟模板劑要跟前驅體有較強的相互作用，才能形成有序的介觀結構，且所需的前驅體自身要能夠聚合形成一定機械強度的高分子骨架結構，以保證在模板劑的去除后，骨架結構不會坍塌。
綜合而言，模板法操作簡單、應用條件不苛刻、較易實施，能夠定向合成各種形貌和結構的納米材料，具有較大的應用前景。
參考資料：
李磊等.模板法制備無機納米材料的研究進展
劉盈盈.納米孔無機材料模板法制備一維和二維碳納米材料的硏究
任斌.基于碳球模板法的功能型納米材料的合成與應用
（中國粉體網編輯整理/黑金）
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