《纳米粉体制备》PPT课件.ppt

1,3.1 纳米粉体材料的物理法制备 3.2 纳米粉体材料的湿化学法制备 3.3 纳米粉体材料的湿声化学法制备,第3章 纳米粉体制备,2,掌握纳米材料的物理法和湿化学制备方法； 了解纳米材料的湿声化学法制备,教学目标及基本要求,3,重点：纳米粉体材料的湿化学法制备 难点：纳米粉体材料制备的理论研究,教学重点和难点,4,1、纳米粉体材料有哪些制备方法？ 2、列举几种制备纳米粉体材料的湿化学方法。,预习题,5,3.1 纳米粉体材料的物理法制备,真空冷凝法：用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。 物理粉碎法：通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 机械球磨法：采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。,6,3.1.1 真空冷凝法 （1）电子束加热法 （2）高频感应法 （3）溅射法 （4）流动液面真空蒸镀法 （5）通电加热蒸发法 （6）等离子体法 （7）激光诱导化学气相沉积法 （8）化学蒸发凝聚法 （9）爆炸丝法 3.1.2 机械合金法,7,（1）电子束加热法,8,1.2.3.1 气体中蒸发法,（2） 高频感应法,9,Ar,原理：在惰性气体下，在阳极和阴极蒸发材料间加上几百V的直流电压，使其产生辉光放电，放电中的离子撞击阴极使靶材原子蒸发，而后冷凝与活性气体反应形成纳米颗粒。,阳 极,阴 极,（3）溅射法,3-1,10,（4） 流动液面真空蒸镀法,蒸发速度高、 油的粘度大、 圆盘转速快 可使粒子的 粒径增大,11,（5）通电加热蒸发法,12,等离子体：气体在外力作用下发生电离，产生电荷相反和数量相等的电子、正离子、游离基等的集合体。 （1）是电离气体，宏观上呈电中性； （2）是物质的第四种状态。,（6）等离子体法,3-4,13,（7） 激光诱导化学气相沉积法（LICVD）,14,（8） 化学蒸发凝聚法（CVC）,15,（9） 爆炸丝法,16,3.1.2 机械合金法（MA）高能球磨技术,高能球磨 在高能量磨球的撞击 研磨作用下，使研磨 的粉末间发生反复冷 焊和断裂，形成细化 的复合颗粒，发生固 态反应形成新材料的 过程。,（1）MA过程：高能量干式球磨过程,17,（2）MA工艺过程,18,（3）MA工艺特点,19,（4）MA工艺的主要影响因素,研磨装置：行星磨、搅拌磨、振动磨等 研磨速度：一般研磨机转速越高越好 研磨时间：研磨时间越长，颗粒尺寸变小，但污染越严重 研磨介质：合适的研磨体 球料比： 充填率： 气体环境 过程控制剂 研磨温度：,20,（5）MA工艺中的理论研究,超饱和固溶,21,非晶化机理,22,23,固相反应 固态合成反应 固态还原反应 固态复合反应 机械力活化 球磨过程中温度效应,24,3.2 纳米粉体材料的湿化学法制备,液相合成。 实现分子/原子水平的均匀混合。 制备纳米级微粒，颗粒尺寸分布窄。 主要包括溶胶-凝胶法、微乳液、水热法、共沉淀法、喷雾热分解法等。 产物的形貌、组成及结构易控、成本低、操作简单、适用面广。,25,3.2.1 液相中生成固相微粒的机理,成核阶段,生长阶段,液相中生成固相微粒，要经过成核、生长、凝结、团聚过程。 晶体的生长是在生成的晶核上吸附原子或分子而使其长大。 核与微粒或微粒之间通过聚积形成较大的粒子。,26,27,原理：金属、有机、无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成氧化物或其他化合物固体。,溶胶纳米级（1100nm）固体颗粒在适当液体介质中形成的稳定分散体系 凝胶溶胶失去部分介质液体所形成的产物 溶胶-凝胶法通过凝胶前驱体的水解缩合制备金属氧化物材料的湿化学方法。,3.2.2 溶胶-凝胶法（SolGel）,28,无机盐或金属醇盐,溶液,溶胶,凝胶,材料,溶解,水解、缩合,陈化,后处理,合成路线,29,水解 Hydrolysis,缩合 Condensation,水解两个重要阶段,30,30,31,TiO2的合成：,SiO2的合成：,实例,32,YBaCuO的合成：,33,BaTiO3的合成：,34,LiMn2O4的合成：,35,原理：利用两种互不相溶的溶剂，在表面活性剂的作用下形成一个均匀的乳液，从乳液中析出固体。 微乳液通常是表面活性剂、助表面活性剂、油和水组成的、透明的、各向异性的热力学稳定体系。 工艺流程：,3.2.3 微乳液法,36,微乳液结构的三种类型,37,微乳液聚集体形态,38,微乳液的结构,39,40,乳液成膜过程,41,3.2.4 喷雾热分解法 基本过程： 溶液的制备、 喷雾、干燥、 收集与热处理 喷雾干燥法 雾化水解法 喷雾焙烧法,42,载体气流,干燥剂,过滤器,流量计,成核炉,锅炉,冷凝器,加热器,水解器,气溶胶出口,泵,落下膜,上水馏,下水馏,液溶胶入口,气溶胶入口,43,(1) 横坐标： 粒径大小 (2) 纵坐标高度：数量多少 (3) 峰宽度：分布情况,44,45,46,（1） 水热氧化 （2） 水热沉淀 （3） 水热合成 （4）水热还原 （5）水热分解 （6）水热结晶,水热法热液法,指在密封的压力容器中,以水为溶剂,在高温高压的条件下进行的化学反应，液相化学法。,3.2.5 水热法,47,磁力搅拌器,水热操作与反应釜,48,水热过程： 前驱体充分溶解形成原子或分子生长基原成核结晶晶粒生长,水热制备的优点： （1）可制备某些物相 （2）反应温度相对低 （3）可制备某些中间物相 （4）反应速率快 （5）可加速氧化物晶体的低温脱溶和有序-无序转变,49,3.2.6 沉淀法 直接沉淀法直接加沉淀剂 共沉淀法含多种阳离子的溶液中加入沉淀剂后，所有离子完全沉淀的方法，有单相共沉淀和混合物的共沉淀。 均相沉淀法通过溶液中的化学反应使沉淀剂在体系中慢慢生成。,50,（1）共沉淀法 Coprecipitation,在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，在各成分均一混合后，使金属离子完全沉淀，得到沉淀物再经热分解而制得微小粉体的方法。 可获得含两种以上金属元素的复合氧化物,51,（2）均匀沉淀法 Homogeneous precipitation,沉淀剂由化学反应缓慢地生成 避免沉淀剂浓度不均匀 可获得粒子均匀、夹带少、纯度高的超细粒子 沉淀剂： 尿素合成氧化物、碳酸盐 硫代乙酰胺合成硫化物 硫代硫酸盐合成硫化物,52,例：均匀沉淀法合成纳米氧化锌,Examples,（1）尿素加热分解： CO(NH2)2 + 3H2O CO2+ 2NH3H2O （2）沉淀反应： Zn2+ + 2NH3H2O Zn(OH)2+ 2NH4+ （3）热处理： Zn(OH)2 ZnO + H2O,工艺流程： 尿素+硝酸锌溶解加热反应 分离、洗涤干燥煅烧产品,53,例：均匀沉淀法合成碳酸铅,Examples,（1）尿素加热分解： CO(NH2)2 + 4H2O H2CO3 + 2NH3H2O （2）沉淀反应： Pb2+ + H2CO3 PbCO3 + 2H+,工艺流程： 尿素+硝酸铅 溶解 加热反应 分离、洗涤 干燥 产品,54,例：均匀沉淀法合成硫化物,Examples,（1）硫化氢的生成： （2）沉淀反应：,55,混合物共沉淀中不同种类的阳离子不能同时沉淀，各种离子沉淀的先后与溶液的pH值密切相关。,56,3.3 纳米粉体材料的湿声化学法制备,工艺过