纳米粒子精品课件

1、纳米粒子第1页，共18页，2022年，5月20日，10点7分，星期二一、纳米科技一、纳米科技纳米是长度单位，1nm=10-9m，尺寸大小范围约在1100nm的固体粒子称为纳米粒子。纳米技术即能操作细小到0.1100nm物件的一类新发展的高技术。量变引起质变。对于固体，当粒子大小达到一定尺寸时（如纳米量级），有极大的比表面和表面能，因此使其具有独特的量子尺寸效应和界面效应，表现出特殊性能。在此基础上，纳米科技出现了。其目的在于研究纳米尺寸时，物质和设备的设计方法、组成、特性以及应用。纳米科技是一种多学科交叉的前沿新兴学科，其研究包括纳米材料学、纳米化学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工与机械等。

2、第2页，共18页，2022年，5月20日，10点7分，星期二第3页，共18页，2022年，5月20日，10点7分，星期二二、纳米粒子纳米粒子是大小约在1100nm的固体粒子。胶体分散体系中分散相粒子大致在1nm1m，下图给出了纳米粒子、溶胶粒子及其他有关体系中分散相粒子大小的比较。由图可知，纳米粒子的大小在疏液胶体粒子大小范围之内。第4页，共18页，2022年，5月20日，10点7分，星期二纳米粒子纳米粒子也称纳米粉末，又称超微粉、超细颗粒等。也有人将1m以下的粒子称为超细颗粒或超细粒子。实际上在讨论纳米粒子的各种问题时，研究的对象常超出一般认为纳米粒子大小的上限100nm，有时可达微米级。这

3、不仅是因为不同物质的许多性质因粒子大小而发生量变到质变时的极限大小不定是100nm，而且用不同的测量手段对同一批次粉体粒子大小的测量结果可能是不同的。但是没有规矩就不成方圆。毕竟1100nm的粒子是介于原子、分子的微观体系与肉眼可见的宏观体系之间的介观体系的固体颗粒，大多物质的这类粒子的物理、化学性质不同于宏观物体和微观世界的第5页，共18页，2022年，5月20日，10点7分，星期二三、纳米粒子的制备1、纳米粒子制备方法的分类纳米粒子的制备方法早期分为物理方法和化学方法两大类，这是由于当时只有物理学家和化学家才对纳米粒子感兴趣。这种分类法基本与溶胶制备是一致的。物理方法主要包括粉碎法和凝聚法

4、两类，物理方法不涉及物质的化学变化。近年来，将纳米粒子的制备方法分为气相法、液相法和固相法。第6页，共18页，2022年，5月20日，10点7分，星期二（一）气相法主要包括物理气相沉积与凝聚法(PVD法)和化学气相沉积与凝聚法(CVD法)。PVD法在制备过程中无化学变化，仅用物理手段使块状物体分散成气态并凝聚成纳米尺度粒子。主要用于制造金属、金属合金、个别金属氧化物的纳米粒子。CVD法用发生化学反应的方法形成纳米粒子，此方法中是在一定条件下使化合物分解或同其他物质反应形成构成纳米粒子原料的原子、分子或离子，再经化学反应成核并长大成纳米粒子。第7页，共18页，2022年，5月20日，10点7分，

5、星期二（二）液相法液相法制备纳米粒子的基本原则是使均相溶液中的某种或几种组分用物理方法或化学方法以固体小粒子的形式析出，并能与溶剂分离，这些作为前驱体的固体粒子经过后处理可得纳米粒子。第8页，共18页，2022年，5月20日，10点7分，星期二液相法分类物理方法主要是使溶剂蒸发或分离(如喷雾蒸发、降温、冷冻等方法)，用物理方法从溶液中得到的纳米粒子与作为溶质的物质化学组成相同。化学方法多是在溶液中组分间发生化学反应(如水解反应、沉淀反应等)，所得纳米粒子与原溶质的化学组成可以有变化。液相法是当前在化学实验室制备纳米粒子应用最多的方法，主要用于金属氧化物、各种氢氧化物、碳酸盐、氮化物等纳米粒子的

6、制备。常用的液相法有沉淀法、水解法、水热合成法、氧化还原法、乳状液法、微乳液法、溶胶-凝胶法、螯合物分解法、模板法等。第9页，共18页，2022年，5月20日，10点7分，星期二（三）固相法将块状固体通过机械粉碎、固-固相间的化学反应、热分解等方法形成粉体的方法称为固相法。固相法所得粒子可能与原块状固体化学组成相同，也可能不相同。多数固相法所得粒子较粗。在气相法和液相法中常先得到的前驱体都要经过后处理才能获得纳米级粉体，这一过程实际上也是固相法的范畴。常用的固相法有研磨粉碎法、无机盐热分解法、固相反应法等。第10页，共18页，2022年，5月20日，10点7分，星期二三种方法的比较气相法所得粉

7、体纯度较高、团聚较少，但是设备昂贵、产量较低，不易普及。固相法所用设备简单、操作方便，但所得粉体往往不够纯，粒度分布较大，适用于要求比较低的场合。液相法具有设备简单、无需高真空等苛刻物理条件、易放大等优点，被认为最有发展前途 。是实验室制备纳米粒子应用最多的方法。第11页，共18页，2022年，5月20日，10点7分，星期二2、纳米粒子制备方法举例在含有一种或多种离子的可溶性盐溶液中(通常为水溶液)加入适宜的沉淀剂(如氨水、可溶性碳酸盐、草酸盐等),在一定条件下生成不溶性氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐或有机盐等沉淀,再经过过滤、洗涤、干燥,有的还需经热分解、高温固-固相反应,最终得纳米粉体。沉淀法又

8、可分为均相沉淀法和共沉淀法两种。(1)沉淀法 第12页，共18页，2022年，5月20日，10点7分，星期二纳米粒子制备方法举例（2）金属醇盐水解法 大多数多价金属的氯化物、硫酸盐、硝酸盐等都容易水解。金属盐的水解是制备纳米粒子的方便方法。（3）溶胶-凝胶法 将金属醇盐或无机盐经水解得到溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、煅烧，最后得到纳米材料，如果在过程中进行一定的控制即得到所要求的纳米粒子。许多金属氧化物都可以用这种方法制备。该方法制备纳米材料的优点是可以大大地降低合成温度。第13页，共18页，2022年，5月20日，10点7分，星期二纳米粒子制备方法举例（4）水热法 将反应物和水置

9、于高压容器中，加热到水的正常沸点以上，在此条件下可以进行水热氧化、还原、分解、结晶、合成等类型反应。其特点是：常规条件下可能无法进行；改变反应条件可能得到不同产物；产物一般为晶态，极大地降低或避免了团聚和烧结。（5）微乳法 在两种互不相溶的溶剂中添加表面活性剂，使其形成均匀的乳液，再从乳液中析出固相，对这些固相的形成进行适当的控制即得到纳米粉体。这种方法的特点是避免了颗粒之间的进一步团聚。应用也比较广泛。第14页，共18页，2022年，5月20日，10点7分，星期二其他制备方法螯（配）合物分解法 乳状液法“硬模板”法微波和超声波法第15页，共18页，2022年，5月20日，10点7分，星期二四、纳米粒子的性质与应用由纳米粒子化学组成、结构特点所决定的性质。与粒子大小紧密相关的性质由物质本性和粒子大小协同决定的性质纳米粒子的性质第16页，共18页，2022年，5月20日，10点7分，星期二纳米粒子的应用举例纳米粒子的光学性质与新型光学材料TiO2纳米粒子的光催化作用纳米粒子与近