材料制备与合成(1)

1、材料制备与合成材料制备与合成 Preparation and Synthesis of Materials 材料科学与工程学院材料科学与工程学院孙玉恒孙玉恒2第一章第一章 绪论绪论3什么是材料？其重要意义是什么？什么是材料？其重要意义是什么？ 世界是由物质构成的，世界是由物质构成的，材料就是人们用来制成各种材料就是人们用来制成各种机器、器件、结构等具有某种特性的物质实体机器、器件、结构等具有某种特性的物质实体。 材料是人类社会生活的物质基础，材料的发展引起材料是人类社会生活的物质基础，材料的发展引起时代的变迁，推动人类文明和社会进步。时代的变迁，推动人类文明和社会进步。 在知识经济新时代，在知

2、识经济新时代，材料材料与与能源能源和和信息信息并列为现代并列为现代科学技术的三大支柱，其作用和意义尤为重要。科学技术的三大支柱，其作用和意义尤为重要。 在人类社会的发展和进步过程中，材料在人类社会的发展和进步过程中，材料是一个带有是一个带有时代和文明标志的基础。时代和文明标志的基础。4 天然材料天然材料 陶瓷陶瓷 青铜青铜 铁铁 钢钢 有色金属有色金属 高分子材料高分子材料 复合材料复合材料 材料发展的历史演进材料发展的历史演进5（1 1）天然材料）天然材料 自然界当中大量存在，人类可以直接从自然中自然界当中大量存在，人类可以直接从自然中获取。获取。 经过简单的加工就可以为人类所利用。经过简单

3、的加工就可以为人类所利用。 包括竹、木、骨、牙、皮、毛、石等材料。包括竹、木、骨、牙、皮、毛、石等材料。竹筷骨针石制品皮毛制品6典型典型的天然材料的天然材料石器石器 大约大约25000年前，人类就学会使用材料。年前，人类就学会使用材料。 人类只能利用岩石、树木、兽皮、骨骼等天然材料人类只能利用岩石、树木、兽皮、骨骼等天然材料并进行粗糙加工，除此之外别无他物。并进行粗糙加工，除此之外别无他物。 从挖掘的人类当年所使用的各种用途的锋利石片，从挖掘的人类当年所使用的各种用途的锋利石片，可想象人类远祖的艰苦和聪明。可想象人类远祖的艰苦和聪明。石刀石刀石斧石斧石针石针7 据考古学家分析，距今约一万年前就

4、有陶器出现，据考古学家分析，距今约一万年前就有陶器出现， 人们人们用粘土或以粘土、长石、石英为主的混合物，用粘土或以粘土、长石、石英为主的混合物，经成型、干燥、烧制（烧制温度低于经成型、干燥、烧制（烧制温度低于1200），），得得到坚硬的陶器。到坚硬的陶器。 陶是人类创造的第一种陶是人类创造的第一种“人造材料人造材料”，由于高温烧，由于高温烧制产生物理化学变化，得到和粘土不一样的新物质制产生物理化学变化，得到和粘土不一样的新物质。 黑陶豆黑陶豆 (公元前公元前3000一前一前2800年年)陶体的黑色是因为烟熏渗入了碳陶体的黑色是因为烟熏渗入了碳（2）陶器（无机非金属材料）陶器（无机非金属材料）

5、8我国陶器大我国陶器大约出现在约出现在8000年前，具有悠年前，具有悠久的历史。久的历史。半坡村出土半坡村出土的碗、钵、釜、的碗、钵、釜、罐、瓶等，甚罐、瓶等，甚至还有吹气能至还有吹气能发声的陶埙。发声的陶埙。 半坡变体鸟纹盆半坡变体鸟纹盆 半坡小口尖底瓶半坡小口尖底瓶 半坡陶盆半坡陶盆 陶埙陶埙9商 陶酒尊陶的出现，陶的出现，人类可吃煮熟的谷物，喝煮开的水，可人类可吃煮熟的谷物，喝煮开的水，可长时间储存食物长时间储存食物，促进人类进化促进人类进化。陶器也是最初的耐火材料，陶器也是最初的耐火材料，为以后的铜、铁冶炼提为以后的铜、铁冶炼提供物质条件供物质条件。 唐三彩马唐三彩马 方韵紫砂壶方韵紫

6、砂壶10 陶器的不足是不致密、易渗陶器的不足是不致密、易渗漏、强度也不高。漏、强度也不高。 3000多年前多年前的殷、周时期发的殷、周时期发明了釉瓷。明了釉瓷。 炉窑温度达到炉窑温度达到1200，能能将将金属氧化物烧制成釉瓷，用金属氧化物烧制成釉瓷，用途更为广泛，质地比陶更为途更为广泛，质地比陶更为细腻、外观美观。细腻、外观美观。 陶向瓷的过渡陶向瓷的过渡 商朝釉瓷商朝釉瓷11什么是瓷器？ 瓷土与陶土相比，瓷土与陶土相比，Fe2O3、CaO、MgO等助熔剂物等助熔剂物质明显减少，质明显减少，SiO2含量也降至含量也降至70以下，以下，Al2O3含量含量显著增加显著增加。 瓷器制造工艺水平有很大

7、改进，瓷器制造工艺水平有很大改进，烧结温度提高到烧结温度提高到1200以上以上，反映人类改造自然能力的增强。，反映人类改造自然能力的增强。 釉釉是用矿物是用矿物(长石、方解石、石英等长石、方解石、石英等)和颜料按一定和颜料按一定比例配制，高温下釉料被熔融并均匀地覆盖在瓷器比例配制，高温下釉料被熔融并均匀地覆盖在瓷器表面，冷却后质地坚硬、光滑、不粘污，并可调配表面，冷却后质地坚硬、光滑、不粘污，并可调配成各种颜色。成各种颜色。12 江西景德镇的江西景德镇的薄胎瓷器薄胎瓷器被赞为洁如玉、明如镜被赞为洁如玉、明如镜、薄如纸、声如磐。、薄如纸、声如磐。 瓷器作为中华文明象征，大量流传。瓷器作为中华文明

8、象征，大量流传。9世纪世纪传传至阿拉伯国家，至阿拉伯国家，13世纪世纪传到日本，传到日本，15世纪世纪传到传到欧洲，欧洲，以其以其福美绝伦征服西方。福美绝伦征服西方。辉煌的瓷器之国景德镇四大名瓷景德镇四大名瓷青花、玲珑、颜色釉、粉彩青花、玲珑、颜色釉、粉彩13（3）青）青 铜铜 我国我国青铜青铜的冶炼在的冶炼在公元前公元前2140-1711年开始，目前年开始，目前考察已可追溯到公元前考察已可追溯到公元前3600年。年。 晚于晚于埃及和西亚民族埃及和西亚民族（伊朗、伊拉克）。（伊朗、伊拉克）。 发展快、水平高。发展快、水平高。 到殷、西周时期已经发展到较高水平。到殷、西周时期已经发展到较高水平。

9、 青铜即铜锡合金，青铜即铜锡合金，其冶炼温度较低，制作其冶炼温度较低，制作器具的成型性好，是人器具的成型性好，是人类最早大规模利用的金类最早大规模利用的金属材料。属材料。苏美尔文明中的青铜塑像，出苏美尔文明中的青铜塑像，出现年代现年代-公元前公元前4000年年14铜爵铜爵高高30.5厘米、口径厘米、口径17-18厘米，距今厘米，距今3600年年河南堰师二里头文化河南堰师二里头文化 青铜锛青铜锛越绝书越绝书载：禹载：禹穴之时，以铜为兵，以凿伊穴之时，以铜为兵，以凿伊阙，通龙门，东注入海阙，通龙门，东注入海牛首兽面纹鼎牛首兽面纹鼎西周，器形西周，器形端庄，文饰在商代基础上进端庄，文饰在商代基础上进

10、一步发展，是今已知我国最一步发展，是今已知我国最大青铜器之一，大青铜器之一， 15 四羊纹铜尊四羊纹铜尊 商商 青铜器的最大历史贡献在于社会秩序的建立青铜器的最大历史贡献在于社会秩序的建立。西周中晚期有严格的列鼎制度，用形状花纹相同而大西周中晚期有严格的列鼎制度，用形状花纹相同而大小依次递减的奇数组鼎来小依次递减的奇数组鼎来代表贵族身份代表贵族身份。春秋公羊传春秋公羊传记载：天子用记载：天子用9鼎，诸侯用鼎，诸侯用7鼎，卿大鼎，卿大夫用夫用5鼎，士用鼎，士用3鼎或鼎或1鼎。鼎。人类文明第一次将人与工具二者的意义联系起来人类文明第一次将人与工具二者的意义联系起来。 青铜礼器青铜礼器 鼎鼎 周周

11、16（4 4）铁器）铁器 铁是地球上储量居于第三的元素（前两位为铁是地球上储量居于第三的元素（前两位为硅、铝），来源于大型恒星的聚变。硅、铝），来源于大型恒星的聚变。 中国同埃及、美索不达米亚等古国一样，对中国同埃及、美索不达米亚等古国一样，对铁的认识都是从铁的认识都是从陨铁陨铁开始的。开始的。陨铁陨铁世界最早的铁器世界最早的铁器赫梯铁器赫梯铁器17 铁器的广泛使用，使人类的工具制造进入了一个全铁器的广泛使用，使人类的工具制造进入了一个全新的领域，生产力得到极大的提高。新的领域，生产力得到极大的提高。 铁器使一些民族从原始社会发展到奴隶社会，也推铁器使一些民族从原始社会发展到奴隶社会，也推动一

12、些民族脱离奴隶制的枷锁而进入封建社会。动一些民族脱离奴隶制的枷锁而进入封建社会。 战国初期，中农食五人；战国晚期，中农食七人；战国初期，中农食五人；战国晚期，中农食七人；人口：夏朝人口：夏朝-1355万，西汉万，西汉-5959万万粮食亩产：战国粮食亩产：战国-85斤，西汉斤，西汉-120斤，斤，粮食年产：以人均口粮粮食年产：以人均口粮500斤计算，西汉粮食年产量达到斤计算，西汉粮食年产量达到300亿斤。亿斤。强汉盛唐强汉盛唐坚实的农业基础，很大程度依靠铁制农具和坚实的农业基础，很大程度依靠铁制农具和工具的推广使用。工具的推广使用。18（5）钢）钢 含碳量在含碳量在0.0218%-2.11%之间

13、的铁碳合金称之间的铁碳合金称为钢，强度较高，用途更广。为钢，强度较高，用途更广。 距今距今1800年前出现年前出现两步炼钢两步炼钢技术，即先炼成技术，即先炼成铁，再炼成钢，并一直沿用至今。但其工艺铁，再炼成钢，并一直沿用至今。但其工艺复杂，未能大面积推广。一直到复杂，未能大面积推广。一直到19世纪前半世纪前半期，人类始终生活在期，人类始终生活在“铁器时代铁器时代”。 19 我国古代最早炼钢法可追溯到我国古代最早炼钢法可追溯到春秋战国时期春秋战国时期，以海，以海绵状块炼铁为原料再经加热渗碳，碳由表及里渗入绵状块炼铁为原料再经加热渗碳，碳由表及里渗入，然后反复进行锻打，形成，然后反复进行锻打，形成

14、渗碳钢渗碳钢。 这种方法不要特殊设备，也不要复杂的技术，易于这种方法不要特殊设备，也不要复杂的技术，易于实现，成为中国最早的炼钢方法。实现，成为中国最早的炼钢方法。 河北易县燕下都出土的一些渗碳钢器物，如剑、戟河北易县燕下都出土的一些渗碳钢器物，如剑、戟、矛等，经检验均为含碳量不同的钢制成。、矛等，经检验均为含碳量不同的钢制成。燕下都遗址，今保定市燕下都遗址，今保定市易县城东南易县城东南 20 两汉是中国古代炼钢技术的大发展时期，如生铁脱两汉是中国古代炼钢技术的大发展时期，如生铁脱碳钢、炒钢、碳钢、炒钢、百炼钢百炼钢等都是在这个时期发展的。等都是在这个时期发展的。 “何意百炼刚，化为绕指柔何意

15、百炼刚，化为绕指柔”(晋刘琨诗，慷慨激晋刘琨诗，慷慨激昂的韵调中透出无限凄凉的意绪，将英雄失落的百昂的韵调中透出无限凄凉的意绪，将英雄失落的百端感慨表达得感人至深端感慨表达得感人至深)汉军主战兵器汉军主战兵器-环首长刀（环首长刀（百炼钢打制）百炼钢打制）21现代炼钢起始于现代炼钢起始于1856年英国人年英国人HBessemer发明的发明的底吹酸性转炉底吹酸性转炉炼钢法，该法首次解决大规模生产液炼钢法，该法首次解决大规模生产液态钢的问题，奠定近代炼钢工艺方法的基础。态钢的问题，奠定近代炼钢工艺方法的基础。由于空气与铁水直接作用，由于空气与铁水直接作用，Bessemer法具有很快法具有很快的冶炼速

16、度，成为当时主要的炼钢方法。的冶炼速度，成为当时主要的炼钢方法。 HBessemer贝塞麦在舍菲尔德开办的炼钢厂贝塞麦在舍菲尔德开办的炼钢厂 22艾菲尔铁塔艾菲尔铁塔钢的应用钢的应用建筑建筑设备设备不锈钢容器不锈钢容器23（6 6）有色金属）有色金属 近代以来，人们除了发展钢铁材料以外，还进一步近代以来，人们除了发展钢铁材料以外，还进一步发展了金、银、铜、钛、铝、镁、钼等有色金属及发展了金、银、铜、钛、铝、镁、钼等有色金属及其合金材料。全世界每年金属材料总产量约达八亿其合金材料。全世界每年金属材料总产量约达八亿吨，其中黑色金属约占吨，其中黑色金属约占95，有色金属只占，有色金属只占5。 有色金

17、属资源的开发和利用，不只是对钢铁材料的有色金属资源的开发和利用，不只是对钢铁材料的补充，更重要的是可发挥和开发钢铁材料不具备的补充，更重要的是可发挥和开发钢铁材料不具备的各种特殊性能。各种特殊性能。 在特定领域中，还必须采用有色金属才能最大限度在特定领域中，还必须采用有色金属才能最大限度满足现代科学技术对各种材科性能所提出的要求。满足现代科学技术对各种材科性能所提出的要求。 24铝合金车体铝合金材料铝合金航空材料铝合金轮毂25铜衬电路板稀土NdFeB永磁合金锆壳核燃料管镁合金发动机部件26（7) 高分子材料高分子材料从人类文明出现以来，高分子材料就一直陪伴着人们。从人类文明出现以来，高分子材料

18、就一直陪伴着人们。天然高分子，如丝、皮、毛等从远古开始就被人们发现天然高分子，如丝、皮、毛等从远古开始就被人们发现并利用。人们不断改进加工技术，将木、棉、麻、丝、皮、并利用。人们不断改进加工技术，将木、棉、麻、丝、皮、毛等用于建筑、工具、用品、纺织、造纸、制衣制革、防毛等用于建筑、工具、用品、纺织、造纸、制衣制革、防寒制品；寒制品；把植物体内的把植物体内的“树脂树脂”( (树流出的油脂树流出的油脂) )用于涂料、粘合用于涂料、粘合剂、药物和溶剂等。剂、药物和溶剂等。 天然橡胶丝绸波音波音787是世界上首款主体结构采用是世界上首款主体结构采用碳纤维复合材料制造的大型客机碳纤维复合材料制造的大型客

19、机 奔驰奔驰SLR跑车车身由碳纤维复合材跑车车身由碳纤维复合材料制成，车速可达料制成，车速可达334公里公里/小时小时 PTFE材料材料尼龙产品尼龙产品2728 高分子材料发展之迅速，对人类生活各领域影响之高分子材料发展之迅速，对人类生活各领域影响之深入和广泛在当前各高新技术中发挥作用之重大深入和广泛在当前各高新技术中发挥作用之重大，是一般传统材料难以比拟的是一般传统材料难以比拟的。 没有高分子材料，探测宇宙的空间飞船、高密度存没有高分子材料，探测宇宙的空间飞船、高密度存储光盘、飞机跨越太平洋的不停站飞行、飞行器的储光盘、飞机跨越太平洋的不停站飞行、飞行器的红外隐身，都只能是停留在脑子里的幻想

20、。红外隐身，都只能是停留在脑子里的幻想。 可以预言，在人类面临能源和资源挑战的可以预言，在人类面临能源和资源挑战的21世纪，世纪，高分子材料将为人类社会做出更大的贡献高分子材料将为人类社会做出更大的贡献。29复合材料复合材料 20世纪人类进入新材料时代，衣、食、住、行以及世纪人类进入新材料时代，衣、食、住、行以及科学技术的发展都离不开新材料，同时出现了各种科学技术的发展都离不开新材料，同时出现了各种材料的复合技术。材料的复合技术。 金属与无机材料的复合金属与无机材料的复合 金属与高分子材料的复合金属与高分子材料的复合 无机材料与高分子材料的复合无机材料与高分子材料的复合金属金属/高分子复合材高

21、分子复合材料料-粘结粘结NdFeB磁体磁体金属金属/无机复合材料无机复合材料-景泰蓝景泰蓝高分子高分子/无机复合材无机复合材料料-绝缘板材绝缘板材30材料的分类： 按材料组成和结构特点分类； 按材料的使用性能分类； 按材料的用途分类； 31 材料是人类一切生产和生活活动的材料是人类一切生产和生活活动的物质基础物质基础，历，历来是来是生产力的标志生产力的标志，人类社会进步的，人类社会进步的里程碑里程碑。 人类文明的发展史就是一部利用材料、制造材人类文明的发展史就是一部利用材料、制造材料和创造材料的历史。料和创造材料的历史。 对材料认识和利用的能力，决定社会形态和人类对材料认识和利用的能力，决定社

22、会形态和人类生活质量生活质量，所以人类从没中断过追求，所以人类从没中断过追求更好的材料更好的材料，让材料具有，让材料具有更优异的性能更优异的性能来满足人类社会发展来满足人类社会发展中层出不穷的新需要和追求。中层出不穷的新需要和追求。32制备与合成过程使用性能性质组成与结构（化学）（工程）（物理学） 材料的组成材料的组成-结构结构-性质性质-工艺过程关系示意图工艺过程关系示意图33材料材料固体物理、无机化学、有机化学、物理化学等 用于制造各种结构和功能器件或物品一切材料形成的基础和保障；推动新材料发展和创新的动力 34材料制备与合成材料制备与合成: 指采用合理方法和手段获得材料的指采用合理方法和

23、手段获得材料的过程，二者在定义上存在一定差别过程，二者在定义上存在一定差别 。材料合成材料合成：指促使原子分子结合而成材料的化学和指促使原子分子结合而成材料的化学和物理过程物理过程; ;材料制备材料制备：指研究如何控制原子与分子使之构成指研究如何控制原子与分子使之构成有有用的材料用的材料，这一点与材料合成的概念相同。但是材，这一点与材料合成的概念相同。但是材料制备还包括在更为宏观的尺度上或者以更大的规料制备还包括在更为宏观的尺度上或者以更大的规模模控制材料的结构控制材料的结构，使之具备所需的性能和使用效，使之具备所需的性能和使用效能，即包括能，即包括材料的加工、处理、装备和制造材料的加工、处理

24、、装备和制造。35 材料制备与合成就是建立原子、分子的新材料制备与合成就是建立原子、分子的新排列，从微观到宏观尺度对结构予以控制，从而排列，从微观到宏观尺度对结构予以控制，从而制造材料和零件的过程。制造材料和零件的过程。u 研究材料结构和性能之间的关系、探索材料制研究材料结构和性能之间的关系、探索材料制备与合成反应原理、熟练应用新型制备工艺制造新备与合成反应原理、熟练应用新型制备工艺制造新材料是材料是“材料制备与合成材料制备与合成”学科的目的。学科的目的。36绿色化绿色化 低成本化低成本化 低维化低维化 功能化功能化复合化复合化 高性能化高性能化2121世纪材料世纪材料制备技术制备技术设计模拟

25、、预测性设计模拟、预测性能、控制形态结构能、控制形态结构复合材料复合材料各种形态各种形态的功能材的功能材料料纳米材料纳米材料纳米线、管纳米线、管薄膜薄膜减少资源浪费减少资源浪费环保环保减少环境污染减少环境污染37u超导材料、纳米材料、特殊功能材料等的不断出现都是超导材料、纳米材料、特殊功能材料等的不断出现都是材料制备与合成工艺发展的杰出成果，材料制备工艺的突材料制备与合成工艺发展的杰出成果，材料制备工艺的突破与新材料的出现是推动材料学科以及相邻学科发展的主破与新材料的出现是推动材料学科以及相邻学科发展的主要动力；要动力；u国家中长期科学和技术和发展规划纳要国家中长期科学和技术和发展规划纳要中也

26、已将材中也已将材料设计与制备的新原理与新方法列入面向国家重大战略需料设计与制备的新原理与新方法列入面向国家重大战略需求的基础研究；求的基础研究；u 目前随着材料制备与合成工艺的发展和进步，国际上几目前随着材料制备与合成工艺的发展和进步，国际上几乎每天都有数十万种的新化合物和新物相被制备与合成出乎每天都有数十万种的新化合物和新物相被制备与合成出来，而且仍将继续下去。来，而且仍将继续下去。 38教学安排教学安排教材：教材： 张以河主编，化学工业出版社张以河主编，化学工业出版社材料制备化学材料制备化学 第一章第一章 绪论绪论 第二章第二章 零维（球状）纳米材料的制备零维（球状）纳米材料的制备 第三章

27、第三章 一维、二维纳米材料的制备一维、二维纳米材料的制备39 第四章第四章 超分子材料的制备超分子材料的制备 第五章第五章 碳材料的制备碳材料的制备 第六章第六章 稀土发光材料的制备稀土发光材料的制备 第七章第七章 非线性光学晶体材料的制备非线性光学晶体材料的制备 第八章第八章 无机无机/无机复合材料的制备无机复合材料的制备 第九章第九章 无机无机/有机复合材料的制备有机复合材料的制备 第十章第十章 工业固体废物综合利用绿色制备化学工业固体废物综合利用绿色制备化学40宏观领域：宏观领域：下限，下限，人的肉眼可见的人的肉眼可见的最小物体；上限，最小物体；上限，无限大的宇宙天无限大的宇宙天体。体。

28、 微观领域：微观领域：上限，分子、上限，分子、原子；下限，原子；下限，无限领域。无限领域。 介观领域：介观领域：介于宏观介于宏观和微观之和微观之间。间。 亚微米亚微米体系体系纳米纳米体系体系团簇团簇纳纳 米米 材材 料料41纳米材料的定义纳米材料的定义纳米材料：纳米材料：狭义上，有关原子团簇、纳米颗粒、纳米线、纳狭义上，有关原子团簇、纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜和纳米固体的总称。米薄膜和纳米固体的总称。广义上，晶粒或晶界等显微结构能达到纳米尺寸广义上，晶粒或晶界等显微结构能达到纳米尺寸水平的材料。水平的材料。指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。广指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。广义地

29、，纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳义地，纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为单元构成的材料。米尺度范围或由它们作为单元构成的材料。42按照结构分类按照结构分类三维结构通常是指立体三维结构通常是指立体的空间结构。的空间结构。- 纳米粒子在三个方向上纳米粒子在三个方向上不规则的延伸；不规则的延伸；- 形成具有精细特征的复形成具有精细特征的复杂的枝状或网状结构。杂的枝状或网状结构。二维结构通常是指片状二维结构通常是指片状的纳米结构的纳米结构。-纳米粒子沿着两个不同纳米粒子沿着两个不同方向延伸至微米量级，方向延伸至微米量级，而第三个方向仍保持数而第三个方向仍保持数十纳米；

30、十纳米；- 可以看做是独立的薄皮。可以看做是独立的薄皮。按结构分类一维是指管状或线状的一维是指管状或线状的纳米结构。纳米结构。其尺寸沿一维方向伸；其尺寸沿一维方向伸；-可视为分立的线。可视为分立的线。指准球形或球形的纳米指准球形或球形的纳米粒子。粒子。-其尺寸在空间上并无其尺寸在空间上并无 特定的取向；特定的取向；可视为离散的点。可视为离散的点。43纳米材料的特性纳米材料的特性 1. 1. 小尺寸效应小尺寸效应 2. 2. 表面与界面效应表面与界面效应 3. 3. 量子尺寸效应量子尺寸效应 4. 4. 介电限域效应介电限域效应 5. 5. 宏观量子隧道效应宏观量子隧道效应44纳米材料的制备方法

31、纳米材料的制备方法 纳米材料的合成与制备一直是纳米科学领域的一个纳米材料的合成与制备一直是纳米科学领域的一个重要研究课题，材料制备工艺过程的研究与控制对纳重要研究课题，材料制备工艺过程的研究与控制对纳米材料的微观结构和性能具有重要的影响。在所有纳米材料的微观结构和性能具有重要的影响。在所有纳米材料的制备方法中，最终目的是所制得的纳米颗粒米材料的制备方法中，最终目的是所制得的纳米颗粒具有均一的大小和形状。一旦形成了纳米颗粒，则要具有均一的大小和形状。一旦形成了纳米颗粒，则要防止其团聚和聚结。防止其团聚和聚结。 45由上到下由上到下:由大到小，由大到小，将块材破碎成纳米粒将块材破碎成纳米粒子，或将

32、大面积刻蚀子，或将大面积刻蚀成纳米图形等。成纳米图形等。 由下到上由下到上:由小到大，由小到大，将原子，分子按需要将原子，分子按需要生长成纳米颗粒，纳生长成纳米颗粒，纳米丝，纳米膜或纳米米丝，纳米膜或纳米粒子复合物等粒子复合物等纳米材料的制备方法可分为两大类纳米材料的制备方法可分为两大类46由下到上，由下到上，如在制备过程中不产生化学反应，就称物理法。常用的有雾如在制备过程中不产生化学反应，就称物理法。常用的有雾化法，溅射法，蒸发法，非晶晶化法等。化法，溅射法，蒸发法，非晶晶化法等。如在制备过程中产生化学反应的就称为化学法，常用的有金如在制备过程中产生化学反应的就称为化学法，常用的有金属有机化

33、学气相沉积法属有机化学气相沉积法(MOCVD)，溶胶，溶胶-凝胶法凝胶法(sol-gel)，水，水热法，共沉淀法等。热法，共沉淀法等。由上到下，由上到下，如机械破碎法、非晶晶化法、原子法等如机械破碎法、非晶晶化法、原子法等47 根据制备状态的不同，制备纳米微粒的方法可以分为根据制备状态的不同，制备纳米微粒的方法可以分为气相法、液相法和固相法等气相法、液相法和固相法等; 根据是否发生化学反应，纳米微粒的制备方法通常分根据是否发生化学反应，纳米微粒的制备方法通常分为三大类：化学方法、化学物理法及物理法；或者：为三大类：化学方法、化学物理法及物理法；或者：化学方法、物理法及其它。化学方法、物理法及其

34、它。 按反应物状态分为干法和湿法。按反应物状态分为干法和湿法。 大部分方法具有粒径均匀，粒度可控，操作简单等优大部分方法具有粒径均匀，粒度可控，操作简单等优点；有的也存在可生产材料范围较窄，反应条件较苛点；有的也存在可生产材料范围较窄，反应条件较苛刻，如高温高压、真空等缺点刻，如高温高压、真空等缺点。纳米微粒的制备方法分类纳米微粒的制备方法分类48纳纳米米粒粒子子制制备备方方法法气相法气相法液相法液相法沉淀法沉淀法水热法水热法溶胶凝胶法溶胶凝胶法冷冻干燥法冷冻干燥法喷雾法喷雾法气体冷凝法气体冷凝法氢电弧等离子体法氢电弧等离子体法溅射法溅射法真空沉积法真空沉积法加热蒸发法加热蒸发法混合等离子体法

35、混合等离子体法共沉淀法共沉淀法化合物沉淀法化合物沉淀法水解沉淀法水解沉淀法纳纳米米粒粒子子合合成成方方法法分分类类固相法固相法粉碎法粉碎法干式粉碎干式粉碎湿式粉碎湿式粉碎化学气相反应法化学气相反应法气相分解法气相分解法气相合成法气相合成法气固反应法气固反应法物理气相法物理气相法热分解法热分解法其它方法其它方法固相反应法固相反应法49纳纳米米粒粒子子制制备备方方法法物理法物理法化学法化学法粉碎法粉碎法构筑法构筑法沉淀法沉淀法水热法水热法溶胶凝胶法溶胶凝胶法冷冻干燥法冷冻干燥法喷雾法喷雾法干式粉碎干式粉碎湿式粉碎湿式粉碎气体冷凝法气体冷凝法溅射法溅射法氢电弧等离子体法氢电弧等离子体法共沉淀法共沉淀法均相沉淀法均相沉淀法水解沉淀法水解沉淀法纳纳米米粒粒子子合合成成方方法法分分类类气相反应法气相反应法液相反应法液相反应法气相分解法气相分解法气相合成法气相合成法气固反应法气固反应法化学物理法化学物理法(如球磨法如球磨法)50 物理法物理法1 1真空冷凝法真空冷凝法 用