納米材料制備方法

1、納米材料制備方法目錄 TOC o 1-5 h z 物理方法21.1物理凝聚法2 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1.2濺射法2 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 1.3噴霧熱解法2 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 1.4高能球磨法21.5壓淬法2 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 1.6固相法3 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 1.7超聲膨脹

2、法3 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 1.8液態(tài)金屬離子源法31.9爆炸法31.10嚴重塑性變形法3 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 化學(xué)方法3 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 2.1沉淀法4 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 2.2水解法4 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 2.3溶膠一凝膠法4 HYPERLINK l bookmark53

3、 o Current Document 2.4熔融法4 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 2.5電化學(xué)法4 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 2.6溶劑蒸發(fā)法5 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document 2.7微乳液法52.8金屬醇鹽法5 HYPERLINK l bookmark75 o Current Document 2.9氣相燃燒合成法62.10有機液相合成法62.11模板法6 HYPERLINK l bookmark84 o Current Do

4、cument 參考文獻61.物理方法1.1物理凝聚法1.1.1真空蒸發(fā)一冷凝法在超高真空(10-6Pa)或惰性氣氛(Ar、He, 501 k Pa)中，利用電阻、等離子體、電子束、 激光束加熱原料，使金屬、合金或化合物氣化、升華，再冷凝形成納米微粒。其粒徑可達1100 nm。此方法的特點是外表清潔、粒度小、設(shè)備要求高、產(chǎn)量低，適用于實驗室制備。1.1.2等離子體蒸發(fā)凝聚法把一種或多種固體顆粒注入惰性的等離子體中，使之通過等離子體之間時完全蒸發(fā)，通 過驟冷裝置使蒸氣凝聚制得納米微粒。通常用于制備含有高熔點金屬、合金的納米材料，如 Fe-Al、Nb-Si等。此法常以等離子體作為連續(xù)反應(yīng)且制備納米微

5、粒。1.2濺射法濺射法利用離子、等離子體或激光濺射固體靶，即用兩塊金屬板分別作為陽極和陰極， 陰極為蒸發(fā)用的材料，在兩電極間充入Ar氣，兩電極間施加電壓。粒子的大小及尺寸主要 取決于兩電極間的電壓、電流和氣體壓力。靶材的外表積愈大，原子的蒸發(fā)速度愈高，超微 粒的獲得量愈多。1.3噴霧熱解法噴霧熱解法是將含所需正離子的某種鹽類的溶液噴成霧狀，送入加熱至設(shè)定溫度的反應(yīng) 器內(nèi)，通過反應(yīng)生成微細的粉末顆粒。它綜合了氣相法和液相法的優(yōu)點，可制備多種組分的 復(fù)合材料，從溶液到粉末一步完成，且顆粒形狀好。噴霧熱解法可根據(jù)霧化和凝聚過程分為 噴霧干燥法、霧化水解法和霧化焙燒法。1.4高能球磨法近年來此法已成為

6、制備與合成納米材料的一種重要方法。高能球磨法是利用球磨機的轉(zhuǎn) 動或振動使硬球?qū)υ线M行強烈的撞擊，研磨和攪拌，把金屬或合金粉末粉碎為納米級微粒 的方法。它是一個無外部熱能供應(yīng)的、干的高能球磨過程，是一個由大晶粒變?yōu)樾【Я５倪^ 程。除了合成單質(zhì)金屬納米材料外，還可以通過顆粒間的固相反應(yīng)直接合成化合物。壓淬法金屬或合金在高壓(58 Gpa)下加熱、保溫，驟冷至液氮溫度，而后卸壓至室溫或稍高 些，即可自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米合金。此方法適用于金屬及合金的納米材料的制備。此法特點是 工藝簡單、效率高、成本低、粒度大而且不均勻、容易混入一些雜質(zhì)。1.6固相法固相法一般是把金屬氧化物或其鹽按照配方充分混合，研磨后

7、煅燒，最終得到金屬及金 屬氧化物的超微粒子。固相法簡便易行，適應(yīng)面廣。但生成的粒子容易結(jié)團，必須經(jīng)常依賴 機械粉碎，而且配料不易準確，難免出現(xiàn)粉碎組成不均勻等現(xiàn)象，且能耗大，效率低、粒度 差、雜質(zhì)易于混入、粒子易于氧化或產(chǎn)生變形，因此一般較少采用。1.7超聲膨脹法利用惰性氣體將熔融金屬吹散，在超聲分子束中形成UFP，主要用于制備一些堿金屬 及一些易揮發(fā)的體系。同樣適用于金屬及合金納米微粒的制備。1.8液態(tài)金屬離子源法這種方法的原理類似于墨滴打印機。尖端為幾微米的細鎢絲浸入在熔點以上的金屬液體， 將該尖端加壓數(shù)千伏。由于靜電力大于液態(tài)金屬的外表張力，液態(tài)金屬被拉出形成錐體，在 錐體末端產(chǎn)生大場強

8、的電場，使離子通過場蒸發(fā)發(fā)射出來而形成離子化團簇或離子化液滴。 該方法適合于熔點蒸氣壓較低的金屬，如Au、Ca、In等金屬納米粒子。爆炸法將高能炸藥(TNT)置于密閉壓力容器內(nèi)，將容器抽成真空，再充入保護性氣體。炸藥爆轟 發(fā)生分解反應(yīng)生成游離碳,在爆轟產(chǎn)物高溫和高壓作用下發(fā)生碳原子的聚集、晶化等一系列 變化，合成納米級粉體,然后再酸洗提純就可得到納米級金剛石粉。該法可大量制備納米晶 粒,粒度在2122nm之間，純度可達91%左右。嚴重塑性變形法嚴重塑性變形法是指在靜壓力的作用下，使塊狀材料發(fā)生嚴重的形變，最終細化到納米 尺度，得到晶態(tài)材料和非晶態(tài)材料的混合物,再經(jīng)過一定的熱處理，從而得到納米材

9、料。該法 制備的納米材料純度高,粒度可控性好2 .化學(xué)方法主要用于化合物尤其是多元化合物納米粒子的制備，具有使用設(shè)備簡易、反應(yīng)條件比較 緩和及使用原料廣等特點。2.1沉淀法包含一種或多種離子的可溶性鹽溶液，當(dāng)加入沉淀劑(如OH , C2O42 , CO32等)后，或 于一定溫度下使溶液發(fā)生水解，形成不溶性的氫氧化物、水合氧化物或鹽類從溶液中析出， 并將溶劑和溶液中原有的陰離子洗去，經(jīng)熱分解或脫水即得到所需的氧化物粉料。該方法可 分為共沉淀法、均勻沉淀法和多元醇沉淀法。其中共沉淀法又可分為單相共沉淀法和混合物 共沉淀法。2.2水解法此法又稱高溫水解法。通過在高溫高壓下的水溶液或水蒸氣等流體中進行

10、有關(guān)化學(xué)反應(yīng)， 是制備和改善無機材料產(chǎn)物的先進而成熟的技術(shù)。目前水熱合成法制備晶體已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè) 化生產(chǎn)，并成為單晶生產(chǎn)的主要方法之一。水熱法可分為氧化水熱、沉淀水熱、合成水熱、 復(fù)原水熱、分解水熱和結(jié)晶水熱等方法，適用于納米金屬氧化物和金屬復(fù)合氧化物陶瓷粉末 的制備與合成。2.3溶膠一凝膠法溶膠一凝膠法是60年代發(fā)展起來的一種制備玻璃、陶瓷等無機材料的新工藝，近年來 許多人用此方法來制備納米微粒。其基本原理是：將金屬醇鹽或無機鹽經(jīng)水解直接形成溶膠 或經(jīng)解凝形成溶膠，然后使溶質(zhì)聚合凝膠化，再將凝膠干燥、焙燒去除有機成分，最后得到 無機材料，適用于制備高純氧化物及多組分復(fù)合氧化物納米粒子，特別適

11、合于制備非晶態(tài)材 料。這種方法的特點是化學(xué)均勻性好，純度高，顆粒細，可容納不溶性組分或不沉淀組分， 但體材料燒結(jié)性差，干燥時收縮大。2.4熔融法主要有玻璃化法，將Cu2O、CdS、Cd2Se、Sb2S3等熔入玻璃，經(jīng)熱處理形成納米質(zhì)點。2.5電化學(xué)法電化學(xué)法包括水溶液和熔鹽的電解。利用電解過程，通過嚴格控制電極電位，去除雜質(zhì)， 可以得到優(yōu)質(zhì)高純的粉末。根據(jù)性能要求的改變電解參數(shù)，可制取不同形狀、不同粒度及分 布、不同組分的金屬、合金以及氧化物粉末。用此法能制得很多通常方法不能或難以制備的 金屬粉末，尤其是負電性很大的金屬粉末，主要有：Fe、Co、Ni等。2.6溶劑蒸發(fā)法該方法可分為以下三種：凍

12、結(jié)干燥法：將鹽的水溶液造成液滴，趁液滴的瞬間降溫凍結(jié)，在低溫減壓下升華脫水，再經(jīng)熱分解形成UFP；噴霧干燥法：自干燥室里，用噴霧器把混合鹽水溶液(如硫酸鹽)霧化成1020pm或更 細的球體，或更細的球狀液滴，經(jīng)過煅燒產(chǎn)生的熱氣體時被烘干，這時成分保持不變，快速 干燥形成UFP。適合于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)?；鹧鎳婌F法：將金屬鹽溶液和可燃液體燃料混合，以霧化狀態(tài)噴射燃燒，經(jīng)瞬間加熱分 解，得到氧化物和其他形式的高純UFP，主要有：CoFeO4、MgFe2O4、Cu2Cr2O4等。2.7微乳液法微乳液法通常是由水、外表活性劑、助外表活性劑(通常為醇)，油類(通常為碳氫化合 物)組成的透明的、各向同性的熱

13、力學(xué)穩(wěn)定性體系。微乳液法是兩種互不相溶的溶劑，在外 表活性劑作用下形成乳液，在微泡中經(jīng)成核、凝結(jié)、團聚、熱處理后得到納米微粒。應(yīng)用微 乳液法制備的納米微粒主要有以下幾類：金屬 Pt、Pd、Rh、Au、Ag 等；CdS、PbS硫化物等；Ni、Co、Fe等與B的化合物；氯化物 AgCl、AuCl3 等。微乳液法制備的微粒不易聚結(jié)，大小可控，單分散性好。金屬醇鹽法這是通過將水加入金屬醇鹽中來獲得納米粒子的方法。這種金屬醇鹽是金屬與酸類物質(zhì) 反應(yīng)生成的含M-O-C鍵的金屬有機化合物，其通式為M(OR)x，其中M是烷基或丙烯基。 金屬鹽的合成與金屬的電正性有關(guān)，電正性強的元素包括堿金屬、堿土金屬核稀土元

14、素均能 在保護性氣氛下與醇鹽直接反應(yīng)：M+x ROHM(OR)X+x/2H2。不同的金屬鹽還會在乙醇溶液中互相發(fā)生反應(yīng)，生成包含兩種以上金屬元素的醇鹽。這 些金屬醇鹽加水后很容易分解成金屬的氧化物、水氧化物、水合物等的沉淀，經(jīng)過濾、干燥、 焙燒等過程可得到納米粒子，包括溶膠一凝膠、微乳膠等。氣相燃燒合成法氣相燃燒合成是指在氣體燃燒火焰中形成納米顆粒。該法不僅可以合成氧化物納米顆粒, 而且通過氣體的無氧燃燒,可以合成金屬氮化物、碳化物等非氧化物納米顆粒,氣相燃燒合成 已應(yīng)用于批量生產(chǎn)納米石墨、超細氧化鈦涂料。合成的納米顆粒粒度細，粒子團聚少，粒度分 布窄,產(chǎn)物純度高。有機液相合成法有機液相合成法

15、主要用在有機溶劑中,能夠穩(wěn)定存在的金屬有機化合物和某些無機物成 為反應(yīng)原料,在適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件下生成納米材料。該法的顯著優(yōu)點是克服了某些反應(yīng)物在水 溶液中不能穩(wěn)定存在的缺點，可以在許多介質(zhì)中制備納米材料，反應(yīng)產(chǎn)物可以通過精餾或結(jié) 晶到達很高純度。有機液相合成法的缺點是反應(yīng)時間過長，產(chǎn)物須進行后處理才能得到結(jié)晶 較好的納米顆粒。模板法模板法操作簡單、應(yīng)用條件不苛刻、較易實施，主要是通過模板劑控制納米材料的結(jié)構(gòu)、 形貌和粒徑。近年來，模板法被廣泛應(yīng)用于納米材料的制備。模板法制備納米材料的關(guān)鍵在 于模板劑，其主要通過調(diào)控晶體的成核和晶體的長大兩個方面來改變產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌。常 見的模板劑包括兩大類：一是天然的物質(zhì)如納