《论文_材料制备新技术(定稿)》

1、纳米材料制备工艺摘 要：纳米材料作为材料科学屮的重要一元，近年来受到科学界的广泛重视。本文将从纳米材料的概况，制备工艺等方面作出综合评 价。关键词：纳米材料，制备方法正文：（一）纳米材料的制备技术发展的三个阶段：第一阶段：单一材料和单相材料。即纳米晶或纳米相。第二阶段：纳米复合材料。通常采用纳米微粒与纳米微粒的复合（0-0复合）、纳米微粒同常规块体之间的复合（0-3复合）及复合纳 米薄膜（0-2复合）。第三阶段：纳米组装体系、纳米尺度的图案材料。他的基本内涵 是纳米颗粒以及纳米丝、管为基本单元在一维、二维及三维空间之中 组装排列成具有纳米结构的体系。其屮包括纳米阵列体系、介空组装 体系、薄膜镶

2、嵌体系。纳米颗粒、丝、管可以有序的排列而不同于第一、第二阶段中带有一定程度的随机性质。（二）纳米材料制备方法分为：物理法，化学法和综合法。物理法是最早采用的纳米材料制备方法，这种方法是采用高能耗 的方式，“强制”材料“细化"得到纳米材料。例如，惰性气体蒸发法、 激光溅射法、球磨法、电弧法等。化学法采用化学合成方法，合成制备纳米材料，例如沉淀法、水 热法、相转移法、界面合成法、溶胶凝胶法等。综合法是指纳米材料制备中结合化学物理法的优点，同时进行纳 米材料的合成与制备，例如，超声沉淀法，激光沉淀法以及微波合成 法等。也有人按所制备的体系状态进行分类，分为气相法、液相法和固 相法。气相法是

3、直接利用气体或利用各种手段将物质变成气体，使之在 气体状态下发生物理变化或化学反应最后在冷却过程中凝聚长大形 成纳米微粒的方法。如气体蒸发法，化学气相反应法，化学气体相凝 聚法和溅射法等。液相法是指在均相溶液中，通过各种方式使溶质和溶剂分离，溶 质形成形状、大小一定的颗粒，得到所需粉末的前驱体，加热分解后 得到纳米颗粒的方法。液相法典型的有沉淀法、水解法、溶胶凝胶 法等。固相法是把固相原料通过降低尺寸或重新组合制备纳米粉体的方 法。固相法有热分解法、溶出法、球磨法等。（三）纳米粉体的合成纳米粉体的制备方法人致分为物理和化学方法。1. 物理制备方法:传统粉碎法传统粉碎法用各种超微粉碎机将原料直接

4、粉碎研磨成超微粉。此 法市于成本低、产量高以及制备工艺简单易行等优点，在一些对粉体 的纯度和粒度要求不太高的场合仍然适用。惰性气体冷凝法制备纳米粉体惰性气体冷凝法主要是将有待蒸发物质的容器抽至10-6pa高真空 后，充入惰性气体，然后加热蒸发源，使物质蒸发成雾状原子，随惰 性气体流冷凝到冷凝器上，将聚集的纳米尺度粒子刮下、收集，即得 到纳米粉体。2化学制备方法湿化学法制备纳米粉体湿化学法比较简单，易于规模生产，特别适合于制备纳米氧化粉 体。主要有沉淀法、水热法、乳浊液法等。沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合 溶液中加入适当的沉淀剂制备纳米粒子的前驱体沉淀物，再将此沉淀 物

5、进行干燥或锻烧，从而制得相应的纳米粒子。水热法主要利用水热沉淀和水热氧化反应合成纳米粉体。通过这两种 反应可得到金属氧化物或复合氧化物（zro2、a12o3、zro2-y2o3> batio3等）在水中的悬浮液，得到的纳米晶尺寸一般在10loonm 范围内。乳浊液法是将两种需要进行反应的组分分别溶于两种组成完全相 同的微乳液中，并在适当的条件下进行混合，则这两个组分可分别透 过外壁相互进入另一个微反应器发生反应。由于它受到外壁的限制， 因此生成纳米级微乳液滴尺寸的纳米颗粒化学气相法化学气相法是利用高温裂解原理，采用直流等离子、微波等离子 或激光作热源，使前驱体发生分解，反应成核并长大成纳

6、米粉体。优点是能获得粒径均匀、尺寸可控以及小于50nm的超细粉体。 粉末可以是晶态也可以是非晶态。缺点是原料价格较高，且对设备要 求高。固相化学反应法固相化学反应法又可分为高温和室温固相反应法。室高温固相反 应法是将反应原料按一定比例充分混合研磨后进行锻烧，通过高温下 发生固相反应直接制成或再次粉碎制得超微粉。室温固相反应法克服了传统湿法存在团聚现象的缺点，同时也充 分显示了固相合成反应无需溶剂、产率高、反应条件易控制等优点。（四）纳米固体的分类及其制备方法纳米结构块体、薄膜材料（又称为纳米固体）是由尺寸为moonm 的粒子为主体形成的块体和薄膜（颗粒膜、膜厚为纳米级的多层膜和 纳米晶以及纳米

7、非晶薄膜）。根据小颗粒的结构状态，纳米固体可分 为纳米晶体材料，乂称为纳米微晶材料;纳米非晶材料;和纳米准晶材 料。根据小颗粒的键的形式又可以把纳米材料分为纳米金属材料、纳 米离子晶体材料、纳米半导体材料以及纳米陶瓷材料。1、纳米金属及合金材料的制备（1）惰性气体蒸发、原位加压制备法纳米结构材料之中的纳米金属及合金材料是一种二次凝聚晶体或非 晶体，第一次凝聚是由金属原子形成纳米颗粒，在保持新鲜表而的情 况下，将纳米颗粒压在一起形成块状凝固固体。此法又称之为“一步 法"，其具体步骤为：制备纳米颗粒一-颗粒收集一-压制成块体。为了防止氧化，上述的一般步骤都是在真空（小于106pa）中进行

8、, 这就给制备纳米金属和合金固体带来了很大的困难。从理论上来讲， 制备纳米金属及合金的方法很多，但真正获得具有清洁界面的金属及 合金纳米块体的材料的方法并不多。目前比较成功的方法为惰性气体 蒸发，原位加压法。（2）高能球磨法高能球磨法是利用球磨机的转动或振动使硬球对原料进行强烈的冲 击，研磨和搅拌，把金属或合金粉末粉碎为纳米级微粒的方法。又称 作机械合金化（mechanical alloying,简写成ma） 如果将两种及两 种以上金属粉末同吋放入球磨机的球磨罐中进行高能球磨，粉末颗粒 经过压延，压和，又碾碎，再压和的反复过程（冷焊一粉碎一冷焊的 反复进行），最后获得组织及成份均匀的合金粉末。

9、高能球磨法可以制备出以下儿类纳米晶材料：纳米晶纯金属，互 不相容体系的固溶体，纳米金属间化合物及纳米金属一陶瓷粉复合材 料。（3）非晶晶化法非晶晶化法是指用单辗急冷法将ni80p20（at%）熔体制成非晶钛合金 条带，然后在不同的温度下进行退火是非晶带转化成纳米晶组成的条 带，当退火温度小于610k时，纳米晶ni.f的晶粒粒径为7.8nm,随温 度上升，晶粒开始长大。用晶化法制备的纳米结构材料的塑性对晶粒的粒径十分敏感，只 有晶粒宜径很小时，塑性较好，否则材料将变得很脆。因此对于某些 成核激活能小，品粒长大激活能大的非晶合金采用非品品化才能获得 塑性较好的纳米晶合金。2、纳米薄膜的制备纳米薄膜分两类：1.有纳米颗粒组成的（或堆砌而成）的薄膜。2.纳米颗粒间有较多孔隙及无序原子或另一种材料。（1）溶胶凝胶法首先用金属无机盐及有机金属化合物制成熔胶，然后将衬底（如sio2 玻璃衬底等）浸入凝胶后以一定速度进行提拉，结果溶胶附着在衬底 上，经一定温度加热z后即得到纳米微粒的膜。膜的厚度由提拉次数 来控制。（2）电沉积法一般ii -vi组半导体薄膜可用此法制备。下面简单介绍cds和cdse薄膜 的制备方法：用c