纳米材料的制备范文

纳米材料的制备范文纳米材料的制备范文 摘要大 道效不同多的化学介绍们的关键域内小尺维 的不目前果根 和湿料制米材 1 物1 1早用构 搅拌个密的球值随高获得要纳米材料这就使其产 效应 介电限同 从而在工的纳米材料的学制备方法来绍 相信随着的需要 纳米键词 纳米材纳米材料一的粒子 纳尺寸效应 量纳米块体 不相同 有的前尚无科学的根据反应介 质湿法等 分类制备过程的物材料的一些制物理法制球磨法球磨法是利用于制 备氧化包括纳米晶拌磨 胶体磨密封的容器内球 此容器或随着加工原材高能机械球得纯元素 合料是指颗粒产生了 块状限域效应等工程材料 磁的研究与应来阐述纳米着科学研究米 材料的应用材料 球磨一般指尺寸纳米材料具量子效应和 纳米复 合的原理上相的分类方法质可分为固类方法不同物理和化学制备方 法 备纳米材利用介质和化物分散增晶 非晶和磨 纳米气内掺有直径 或被旋转或材料的不同球磨法是几年合金或复合纳米材粒尺寸在1 状材料所不具等 表现在纳磁性材料 应用中 纳米米材料的一些究的不断深入用会越 来越磨法 气体冷寸从1nm到具有宏观材料和宏观量子隧合材料和纳 米同 但工艺法 如果按照固相法 液相同 研究问题学机理 本论 1 材料和物料之 间的增强的超合金和准晶材料 气流粉碎气流径约50 m粒或振动或猛烈同而有所区别图1年来发展 起合材料的纳米材料的 100nm的具有的量子纳米体系的催化剂 计 米材料的制备些制备方法入 会有更好越广泛 冷凝法 溅100nm之间料所不具有隧道效应等米结构材料艺上有显著 的照反应类型相法及气相题的侧重点论文按照物的相互研磨金 目 前 现应用于流磨等 球粒子的粉体烈地摇动 别 3 球磨法基本起来的制备米粒子 它的制备的超细材料 子尺寸效应 的光 热 电计算机等方备是基 础 法 对纳米材好更多的新溅射法 化学间 处于原子有的特殊性质等 纳米材料料等 它们的的差异 纳型分可分为物相法 如果按点就不同 为物理方法和化磨和冲击使物此技术已扩于不同目的的球磨法工艺 示体 其中有许磨球与粉体工艺示意图纳米材料的它利用球磨机由 于其晶粒 表面效应电 磁等性方面有着广泛本论文从物材料的制 备新制备方法出学沉淀法 子团族和宏质 即所谓料包括纳米的制 备方法纳米材料的制物理方法和按反应物状为了更明了化学方法的 物料粒子粉扩展到生产的球磨方法示意图如图许多硬钢球体的有效 比的一种新的机的转动或粒小 比表面应 宏观量子性质与常规材泛 的应用 物理制备方备作一些简单出现 以满足溶胶 凝胶宏观物体交接谓的表面效应米粉体 纳米法有的相同 制备方 法很和化学方法 状态可分为干了地阐述纳米的分类来阐述粉碎 球磨法产各种非平衡法包括振动磨图1所示 在球或包覆碳化比是5 10 方法 主要或震动使硬球面积子隧材料 在众方法和单的足人胶法接区应 米纤 有很多 如干法米材述 纳法最衡结磨 在一化钨此数要用来球对原料如果末颗的合包括温 度程中方法末产炼法低成粉体质 米纯材料在染 个主使用材料在手下 1 2气将该步完米粉晶核态 料进行强烈的果 将两种或两颗粒经压延 合金粉末 采括正确选用硬度和球磨的时中 对不同球法进行监视 产生塑性形变法不能形成合成本 工艺简体 机械合金粉末易团聚纯金属 互不料等 5 在使用球磨对于用各种主要问题 特用纯净的 延料包覆起来 手套箱中操作氧和氮的污气体冷凝法 气体冷凝法该方法制备的完善了该方法气相蒸发粉末蒸发产生核长 大阶段 发生均匀形的撞击 研两种以上的 压合 碾采用高能球硬球的材 质时间 原材球磨时间的 高能球磨变及固相形合金的元素简单 并能金化制备的聚 制备时 不相溶体系磨方法制备纳种方法合成特别是在球延展性好的从而大 大作来降低 污染可以降法法即通过在纯的纳米微粒法 图发法制备纳米生蒸气阶段 在蒸发过形核 晶核研磨和搅拌 的金属粉末同碾碎 再压合球磨 法制备纳质 不锈钢球材料一般采用的颗粒的尺寸磨与传统球磨形 变 该方法素合金化 将能制备出用常的纳米粉体的时间长 高能系的固溶体 纳米材料时成的材料 如球磨中由磨球的金属粉 末来大减少了铁的采用这样的降到3 10 4纯净的惰性粒在超高真 空图2气体冷凝米材料粉末段 纳米粉末过程中粉末蒸核尺寸一般在 把合金或同时放入球合的反复过纳米晶材料球 玛瑙球用微米级的 寸 成分和磨的不同之法的优点是将合金的提常规方法难的主要缺 点能球磨法可 纳米金属时 所要考虑如果最后要球和气氛引来克 服 因的污染 气的工艺之后4以下 2 性气体中蒸发空条件下紧凝法设备纳米末的过程中 末蒸气在惰 蒸气离开蒸在1nm下 或金属粉末粉球磨机的球磨过程 最后获料需 要控制好球 硬质合金的粉体或小尺和结构的变化之处在于球磨是 能有效控制提炼和粉末生难以获得的高点是晶粒尺寸可以制备出以 属间化合物及虑的一个重要经过球磨的引起的污染 因为 这样一 气氛污染可以 由于铁的发和冷凝过紧压致密可以米材料的模型 粉末的形惰性气体中扩蒸发液面后迅形核发生于粉碎成纳米磨罐中 进行获得组织和好以下几个金球等 要尺寸条带碎化进行衍射磨 的运动速制合金成分生产集于一高熔点金属寸不均匀 以下几类纳 及纳米金属重要问题是表的话 这都可采用缩一来磨球可以采用真 空的污染可减少过程中获得纳以得到多晶型图形成要经过三扩散并 凝聚迅速冷却 于蒸发液面米微粒的方法行高能球磨 和成分分布 均个参数和条件要控制好球碎片 在球磨射和电镜观察速度较大 使分 使一些用一体 可大大属或 合金的复易引入某些纳米晶材料属 陶瓷粉复表面和界面都是要考虑的缩短球磨时间可以被这些粉空密 封的方法少到1 2纳米材料 晶体 从而进三个阶段 聚形核阶段以达到过饱和面附近的一薄法 粉均匀件球磨的磨过察等使粉用熔大降复合些杂纳复合面的污的 一间和粉末法和2 以后来进一即纳以及和状薄层区域P0是在蒸形核 压 对浮于捕收则粉理问器 冷凝积过调节晶形备 Mn 该法纳米1 3 一般极间靶材与尺子的组合控制热蒸Al52T获得1 4域中 形核速是饱和蒸气压蒸发过程中设核和抑制晶核从而有利于 对于粉末的于装置中 温收是不合适的粉末又极易被问题 因此 使粉末沉积凝效果取决于过程的主要因冷凝法所制节加热温 度 形状难以控制现已制备出Co Ni V 法还制备出了米金属氧化 物溅射法该法是将两般是氩气 间辉光放电产材原子从其表尺寸主 要取决的蒸发速度愈合 还可以制制蒸发材料靶蒸发法只能适Ti48 Cu91Mn得量等 1 其他的物理非晶晶化法非晶晶化法速度对蒸气压 的变化非设法 降低装核的再蒸发于提高蒸发的捕收 在温温度梯度越的 因为过 被抽走 采捕收粉末积在冷凝器于冷凝管表因素是惰性制得的纳米 压力和 气制 生产效出几十种金 Cr Cd 了纳米粒子物 Fe2O 3 两块金属板其压力在4产生Ar离子表面蒸发出决于两电极愈高 获得制备复合材靶的成分可适用于低熔n9 ZrO2等 理法制备纳法 制备纳米法是指通过气的过饱和比非常敏感 装置内的温度发 可 以控制发速度 温度梯度作越大则对流越滤器的网眼采用有机溶剂末较为直接的器 上进行捕收表面温度的高性气体的对流米粒子表面清气体种类等参 效率低 在实金属纳米粒子Zn Se In子晶体 CaF 2 MnO NiO板 AL阳极板40 250MPa子 在电场出来形成超微极间的 电压 得的超微粒的料的纳米微可以制备多种熔点金属 3 通过图3用溅射纳米材料米晶体过晶化过程的比S S P1 随S的 缓慢度梯度 使制晶核的生作用下 惰性越快 为了眼很小 它们剂代替过滤的方法是静收 这种沉高低和表面流 速度 冷清洁 可以参数在几纳实验研究上子 如Au n SnPd T2 纳米玻O MgO 纳板和蒸发材之间 在场的作用下A微粒子 并 电流和气的量愈大 微粒 用溅射种纳米金属 2 可以制过加大被溅射射法制备纳米的控制 将 P0 P1是所慢 增大形核使粉末蒸气离生长过程 降性气体携带了捕收这些粉们会 很快被滤器进行动态静态沉积法 沉积方式被称面积的大小 冷凝器的冷凝以原位加压 纳米至500n上较常用 特Ag Cu FTe等 平均玻璃 Si25Pd纳米陶瓷 材料阴极靶在两极间施加Ar离子撞 击并在附着面上气体的压力 如果将蒸发射法制备纳属 包括高熔制备多组元射的阴极材米微粒 的原理将非晶材料转所在温度下核速度呈数离开蒸发液降低装置中 带着粉末产生粉末采用过被粉末堵住 态捕收则存在装置内称之为 热沉 影响粉末凝效果等 纳米粒子m范围内调特适于金属Fe Al Pd均晶粒尺寸可d 75 Pd70Fe5S TiO 2 Al2O 平行放置加0 3 1 5击阴极的蒸上沉积下来 靶材的表发材料靶做纳米材料有如熔点和低熔元的化合物纳材料表 面可提理转化为纳米下的平衡蒸气数量级急剧增液面后迅速冷中的 残余蒸气生对流 粉过滤器进行动 若网眼过存在粉末后续内设置 一个冷沉法 收集器末沉积状态和 6 子的粒径可通调控 缺点是属纳米粒子的 Be Bi 可达5 10Si 25 Si25AuO3 等 置在惰性气kV的电压 蒸发材料靶 来 粒子的大表面积愈大 做成几种元素如下优点熔点金属 常纳米粒 子 提高纳米微米材料的方法气压 增大 冷凝气分粉末漂动态过大 续处冷凝器的和沉通过是结的制Mg 0nm u75 体 两 使大小 原素的 1 常规如微粒的法 该方的制即通与其数来低于分敏成核纳米深材子的是Is的Ge非晶晶 组相比用扫织与程 晶体1994米晶有以的纳积法2化2 1加入从而方 法为直接生制备 中科院通过热处理工其他晶化法相来控制晶体的于非晶合金的敏感 只有晶核激活能小 米晶合金 深度塑 范材料在准静的形态变化 slamgalieve在6GPa准晶相共存 再组成 而当温比的优点适扫描电镜详细与性能的关系压淬法制备 压淬法就是通过对熔融体 并通过调4年初实现晶合金 目前以下优点直纳米晶 界面制备纳米材法和超声膨胀化学方法制 化学沉淀法化学沉淀法入适当的沉淀而得到相应的生产大块纳院金 属所卢柯工艺使非晶相比 这一的成核和长的晶化温度晶粒直径很 晶粒长大 7 范 性变形法静态压力的作 从而将材v等人于1准静 压力作再经850 热温度升至90适用范围宽细研究其组系等 可采备 纳米晶体是利用在结融合金保压调整压力来的 他们用前 压淬法 直接制得纳面清洁且结材料的物理胀法等 制备纳米材法图法通常是在淀剂制备纳的纳米粒子纳米晶合金提柯 等人于19晶条带 丝或一技术无需釆长大以形成纳度 用晶化法很小时 塑性大激活能大的法制备纳米作用下发生材料的 晶粒1994年初发作用后 材料热处理后 00 时 晶宽 可制造大组 织结构及晶采用多种变形体结晶过程中由压急冷 压力来控制晶粒的 用该技术成功法主要用于制纳米晶 不需结合好 晶粒理方法还有 激材料4用草酸盐进在溶液状态下纳米粒子的前子 化学沉淀提供了新途990年首先或粉晶化成釆用高温退纳米晶 而法 制备的纳性较好 否的非晶合金米晶体生严重范性形粒细化到亚微 发展起来的独料结构转化纳米结构开晶粒尺寸迅速大体积试样晶粒 中的非形方法制备由压力控制力下淬火 简的尺度 这功的制备出制备纳米晶需要先形成粒度分布较激光气相合进行化 合物沉下将不同化前驱体沉淀淀法生成的途径 广泛用先提出利用 此成具有一定晶退火处理 而而且由脉冲电纳米结构材料否则材料 将变金采用非晶晶形变 范性微米或纳米独特的纳米化为10 30开始 形成 速增大至4样及试样残留非平衡边界层备界面清洁的制晶体的 成核简称 压淬这一技术是中出了块状Pd晶合金与其他成非晶或纳 米较均匀等 合成法 固体沉淀的合成装化学成分的物淀物 再将此的超微粒的 尺用于薄膜材此法制备大晶粒尺寸的而是通过调电流所产生料的塑 性对变得很脆 晶化才能获性形变就是无米量级 塑米材料制备工nm的晶相与材料由粒径400nm 该方留缩松 孔 层结构 有的纳米材料核速率 抑淬 来直接中科 院金属d Si Cu他纳米晶制米晶粒 能9 体相变法 装置物质混合 此沉淀物进 尺寸受反应材料与磁性材大块纳米晶合的纳米晶材料调整脉冲电流 生的试样温度对晶粒的粒径因此对于某获得塑性较好无法恢到原 范 性形工艺 如 与10 1径100nm的方法与其他 可方便地有利于研究其料等 8 抑制晶体生长接制备块状纳属所姚斌等人和Cu Ti制备方法相比能制得大块致低能团簇束在混合溶液进行干燥或煅 应液的浓度和材料合金 料 流参度远径十某些好的原来样形变法82mm15 的的等轴他方法地利其 组长过纳米人于等纳比 致密束沉液中煅烧 和反应温度等因素的 影响 实质上是这些因素对颗粒的成核数量和颗粒的生长速度的影 响对沉淀物的热处理也将对颗粒的大小产生影响 此方法是一种比较容易的超微粒制备方法 并较容易进行多成份化 合物的合成和微量成份的添加 沉淀法可具体分为共沉淀法 均相沉淀法 水解沉淀法等 共沉淀法是向含有多种阳离子的盐溶液中加入沉淀剂 OH ClO42 CO32 等 后 所有离子完全沉淀的方法 共沉淀又分为单相共沉淀和混合物共沉淀 如果沉淀物为单一化合物或单相固溶体时 称为单相共沉淀 单相共沉淀的适用范围很窄 仅对有限的草酸盐适用 如果沉淀产物为混合物时 称为混合物共沉淀 为了获得均匀的沉淀 通常是将含有多种阳离子的盐溶液慢慢加到 过量的沉淀剂中并进行搅拌 使所有沉淀离子的浓度大大超过沉淀 的平衡浓度 尽量使各组分按比例同时沉淀出来 从而得到较均匀 的沉淀物 但由于不同阳离子组分之间沉淀产生的浓度及沉淀速度存在差异 故溶液的原始原子水平的均匀性可能部分的失去 沉淀通常是氢氧 化物或水合氧化物 也可能是草酸盐 碳酸盐等 一般的沉淀过程是不平衡的 但如果控制溶液中沉淀剂的浓度 使 之缓慢地增加 则溶液中的沉淀会处于平衡状态 则沉淀能在整个 溶液中均匀的出现 这种方法称为均相沉淀法 通常是通过溶液中的化学反应使沉淀剂缓慢的生成 从而克服了由 外部向溶液中加沉淀剂而造成的沉淀剂的局部不均匀性 结果沉淀 不能在整个溶液均匀出现的缺点 利用均相沉淀法可以获得多种盐的均匀沉淀 如锆盐颗粒以及球形A l2O3粒子 2 水解法是利用金属盐的水解反应可生成氢氧化物或含水氧化物沉 淀 经热处理即可得到所需的超微粒 还原法一般是通过金属盐溶液的还原反应来制备金 银 铂等贵重 金属的超微粒 化学沉淀法制备超微粒存在如下问题沉淀水洗 过滤较困难 沉淀 剂可作为杂质混入 某些沉淀是不稳定的 沉淀时各种成份可能分 离开来 水洗可造成一部分沉淀的流失和溶解 10 2 2溶胶 凝胶法溶胶一凝胶法又称胶体化学法 其基本原理是将金属醇盐或 无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶 然后使溶质聚合凝 胶化 再将凝胶干燥 焙烧去除有机成分 最后得到纳米粉末 溶胶 凝胶法包括以下几个过程溶胶的制备 溶胶 凝胶的转化和凝胶干燥 溶胶的制备主要有两种方法一是先将部分或全部组分用沉淀剂沉淀 出来 经解凝 使原来团聚的沉淀颗粒分散成原始颗粒 可制得溶 胶 另一种方法是由盐溶液出发 通过控制沉淀过程 直接形成细小的 颗粒 从而得到胶体溶液 溶胶中含有大量的水 凝胶化过程中 体系失去流动性 形成一种 开放的骨架结构 实现 溶胶 凝胶转化的途径有两个一是化学法 通过控制溶胶中的电解质浓度 二是物理法 迫使胶粒间相互靠近 克服斥力 实现凝胶化 最后在一定条件下 如加热 使溶剂蒸发 得到粉体 刘杏芹等采用此法得到平均粒径为2一3nm的四方硒石结构的SnO2纳 米粉 以无机盐为原料 解决了用有机物原料时的成本高 且对 身体有害 处理过程较长 制品易开裂等缺点 11 祖庸等以钛酸丁酯为原料 乙醇为溶剂 盐酸为抑制剂 采用 多因素正交设计法优选出最佳工艺条件制备出了平均粒径8一25nm 颗粒形态呈球形的TiO2粉体 550 锻烧为锐钦型 800 缎烧为金 红石型 12 化学混合法可组分分颗匀 性高度低2 3泡中界面相 间分区内 法和备无水解米材散 末的溶溶溶胶 凝胶学均匀性好 合 故胶粒内可容纳不溶性分的溶液中颗粒越细 体不会分离 高 工艺 设低 但凝胶颗其他的化学微乳液法微 乳液法是中经成核 聚面性好 W O 的微分散着非常小控制颗 粒的溶液热反应溶液热反应和非水溶液合无机纳米粉体解反应 其特材料 多孔材形状及尺寸的制备 已可溶液还原法溶液还原法 胶法的有如 由于溶胶内及胶粒间性组分或不中 经胶凝化体系化 学均 偏析 比设备简单 颗粒之间烧学法制备纳是两种互不聚结 团聚 族半导微乳液体 系 小而均匀的的均匀生长应法应法是利用合成技术 体的一种先特点是工艺材料等合成寸可控的纳可工业化制法法指在 溶液中图5溶如下特点粉胶 凝胶过程化学成分完不沉淀组分 化 不溶性均匀性越好 比醇盐 水解但原材料价烧结性差 纳米材料不相溶的溶剂聚 热处理后导 体纳米粒子金属盐类的水核 在这长 可得到良用在溶液中进水热法 是通先进而成熟的艺流程简单 成中 用该方纳米微粒 适制备的 有ZrO中 利用合溶胶 凝胶法粉料制备过程程中 溶胶完全一致 不溶性性组分可自 掺杂分布解法优越 合价格昂贵 即体材料烧剂在表面活后得纳米 粒子多用此法类可以溶解在这些水核中发良好单分散进行的高温通 过高温高的技术 即条件温和方法可制备适于纳米金O 2 ZrO 合适的还原剂法示意图程中无需机由溶液制得颗粒细 颗粒均匀地然地固定布均匀 可合成温度低烘干后的烧结性不好活性剂的作用粒子 其特点法制备 该法在水相中 发生沉淀反散性的纳米粒温反应 包括高压下的水 溶即在水解条件和易于控制 备物相均匀 金属氧化物和Yb O Fe剂将金属离机械混合 不得 化合物胶粒尺寸小地分散在含在凝胶体系溶性微量掺低 成分容 易球形凝胶颗好 干燥时收用下会形成点是所得粒法通常是利形成 以油相反应产生微粒粒子溶胶 括在水溶液溶液中 进件下加速离 溶液热反 纯度高 和金属复合e O 3 BaTi离子直接还原不易引进杂物在分子级小于0 1 m含不产生沉 系中 不溶掺杂组分分易控制 粉颗粒自身烧收缩大 成微乳液 在粒子的单分散利用油相包着相为连续相粒 能在极液 中进行的水进行化学反应离子反应和促反应法应用于晶型好 单合 氧化物陶瓷等 原为金属纳杂质 级水平m 该沉淀的溶性组分布均粉末活烧结温在 微散和着水相 中极小微水热应制促进于纳单分瓷粉纳米粒子的方 法 有人又称之凝聚态法 其方法如Ni Cu Co等金属纳米微粒的制备 通常需要在AgNO 3 PdCl2等成核剂的催化作用下 在明胶 十二烷基磺酸钠等表面 活性剂的保护下 利用水溶液中金属离子与还原剂的自催化氧化还 原反应胶体金颗粒通常用氯金酸根离子在醇钠 硼氢化钠或柠檬酸 的作用下制得 溶液还原法常用于Ni Cu Co Fe Au Ag等纳米金属粒子的制备 13 制备纳米材料的化学方法还有溶液蒸发法 电化学沉积法 燃 烧合成法 辐射化学法和化学气相反应法 CVD 等 3纳米材料制备过程中存在的主要问题及解决方法 1 纳米粒子的分散纳米粒子的粒径小 比表面积大 表面能高 极易形成团簇的大颗粒 难以发挥其独特作用 纳米粒子分散的目的就是将纳米团聚体分离成单个纳米粒子或者为 数不多的小团聚体 目前对纳米粒子的分散主要从物理分散和化学 分散两方面着手 纳米分散就是用物理方法实现纳米粒子的分散 化学分散是利用化 学方法进行纳米粒子的分散 大多数纳米粒子的分散过程 实际上是物理和化学分散共同作用的 结果 随着对纳米粒子表面结构的认识 以及纳米材