纳米固体及其制备

1、南开大学纳米材料与技术纳米固体及其制备目录纳米材料与技术：纳米固体及其制备7.1 纳米固体的分类及其基本构成7.2 纳米固体的制备7.2.1 纳米金属与合金材料的制备7.2.2 纳米相陶瓷的制备7.2.3 纳米薄膜和颗粒膜的制备7.1 纳米固体的分类及其基本构成纳米固体的概念：纳米固体是指以纳米微粒为主体形成的体相材料，包括三维的纳米块体（bulk）和二维的纳米薄膜（film）。纳米微粒的大小介于原子团和通常微粉颗粒之间，线度一般在1100纳米范围内（1纳米10-9米），故又称纳米粒子。纳米固体的种类繁多，可以按多种标准进行分类划分：按纳米微粒的结构形式按纳米微粒中化学键的形式 按纳米微粒的相

2、组成 按空间维数7.1 纳米固体的分类及其基本构成7.1 纳米固体的分类及其基本构成1、按纳米微粒的结构形式纳米固体纳米非晶材料纳米准晶材料纳米晶体材料7.1 纳米固体的分类及其基本构成2、按纳米微粒中化学键的形式 纳米固体纳米金属材料纳米半导体材料纳米离子材料纳米陶瓷材料7.1 纳米固体的分类及其基本构成3、按纳米微粒的相组成 纳米固体纳米单相材料纳米复相材料7.1 纳米固体的分类及其基本构成纳米复相材料 纳米相材料：纳米材料是由单相微粒构成的 固体。纳米复相材料：每个纳米微粒本身由两相构成（一种相弥散于另一种相中）则相应的纳米材料称为纳米复相材料。7.1 纳米固体的分类及其基本构成纳米复相

3、材料的分类纳米复相材料0-0复合0-3复合0-2复合7.1 纳米固体的分类及其基本构成4、按空间维数纳米固体二维平面的纳米薄膜三维空间的纳米块体维维之间的复合纳米材料7.1 纳米固体的分类及其基本构成纳米材料界面的分类纳米材料界面界面可变结构模型界面缺陷态模型界面原子排列类气态模型关于构成纳米结构材料颗粒组元尺寸范围定义：（一）：临界尺寸，当颗粒尺寸减小到纳米级某一尺寸时，（二）：纳米结构的材料是以尺寸定义的材料，由于各种材料晶胞差别较大，一般来说对各种物质其尺寸减小到1100nm是合适的。7.1 纳米固体的分类及其基本构成7.2 纳米固体的制备概述纳米固体特有的小尺寸量子效应和晶界效应使其表

4、现出一系列与普通固体材料有着本质差别的性能。因此，对纳米固体的制备及应用研究成为材料科学的热点。下面仅就当前应用的几种制备纳米固体的方法进行简单介绍，主要介绍纳米金属与合金材料、纳米陶瓷材料和纳米薄膜材料的制备方法7.2 纳米固体的制备7.2.1 纳米金属与合金材料的制备7.2 纳米固体的制备(1) 惰性气体蒸发， 原位加压制备法纳米材料中的金属与合金材料是一种二次凝聚晶体或非晶体。从纳米金属材料形成的过程，可以总结出用“一步法”制备纳米晶体的步骤。7.2 纳米固体的制备1 1、“一步法一步法”但是上述步骤一般都是在真空环境下进行，这就给制备纳米金属和合金固体带来很大困难。7.2 纳米固体的制

5、备2、惰性气体蒸发，原位加压制备法此种方法的优点是纳米微粒具有清洁的表面，很很少团聚成粗团聚体。 下图是惰性气体蒸发、原位加压成形法制备纳米金属与合金装置示意图7.2 纳米固体的制备(2) 高能球磨法来源1988年，日本京都大学Shingu等人首先报道，近年来已成为制备纳米材料的一种重要方法。原理利用球磨机的转动或振动使硬球对原料进行强烈撞击，研磨和搅拌，把金属或合金粉末粉碎为纳米级微粒的方法。7.2 纳米固体的制备高能球磨法成功制备的纳米晶材料优点：高能球磨法制备的纳米金属与合金结构材料产量高，工艺简单，并能制备出用常规方法难以获得的高熔点的金属或合金材料。缺点：晶粒尺寸不均匀，容易引入某些

6、杂质。近年来，此法越来越受材料科学工作者重视。7.2 纳米固体的制备优缺点7.2 纳米固体的制备高能球磨法制备的纳米结构材料的界面结构特点两种不同说法：（1）高能球磨法与其他方法制备的纳米材料具有相近的界面依据：（a）透射电镜结果 （b）姆斯堡尔谱的结果 （c）比热测量（2）高能球磨材料的界面结构随组成粉体的类型而改变。依据：（a）形成机制不同。 （b）球磨法生成的微米，亚微米中的界面原子密度 （c）球磨法生成的界面原子的配位数较高，其他方法主要是靠颗粒表面互相作用形成的界面，原子近邻配位数降低。7.2 纳米固体的制备卢柯等人率先采用非晶晶化法成功制备出纳米晶Ni-P合金条带。适合获得某些成核

7、激活能小，晶粒长大激活能大的非晶合金。7.2 纳米固体的制备(3) 非晶晶化法7.2 纳米固体的制备7.2.2 纳米相陶瓷的制备纳米陶瓷的优越性：7.2 纳米固体的制备纳米陶瓷达到高致密度的几种工艺：（1）无压力烧结（静态烧结）优点：无压力烧结工艺简单，不需要特殊设备，成本低。缺点：烧结过程中容易出现晶粒快速的长大以及大孔洞的形成，结果试样不能实现致密化，使得纳米陶瓷的优点丧失。（2）应力有助烧结（烧结-锻压法）概念：无团聚的粉体在一定压力下进行烧结。优点：对于许多未掺杂的纳米粉，通过应力有助烧结可制得具有较高致密度的纳米陶瓷，并且晶粒无明显长大。缺点：该工艺要求设备比无压力烧结复杂，操作也复杂。7.2 纳米固体的制备7.2 纳米固体的制备7.2.3 纳米薄膜和颗粒膜的制备纳米薄膜的分类： 气相法（a）高速超微粒子沈积法（b）直接沉积法7.2 纳米固体的制备（1）纳米薄膜的制备方法 液相法（a）溶胶-凝胶法（b）电沉积法 气相法制备纳米薄膜的主要影响因素：（1）衬底（基片）的影响（2）制备方法的影响7.2