纳米材料的制备.ppt

1、第六章纳米材料的制备方法：构建法、粉碎法、物理法、化学法、气相法、液相法、固相法、3，2，1、自下而上、自上而下、纳米晶种制备法、物理法、化学法、粉碎法构建法、沉淀法、气体冷凝溅射氢电弧等离子体法、共沉淀均相沉淀水解沉淀法、纳米粒子合成法分类、气相反应液相反应法、气相分解气相合成气固反应法、其他方法(如球磨法)、 纳米粒子制备方法、气相法、液相法、沉淀水热溶胶-凝胶法、冷冻干燥法、喷雾法、气体冷凝法、氢电弧等离子体溅射法、真空沉积法、加热蒸发法、混合等离子体法、共沉淀法、复合沉淀法、水解沉淀法、纳米粒子合成方法分类、固相法、粉碎法、干法粉碎和湿法粉碎、化学气相反应法、气相分解法、气相合成法、气

2、固反应法、物理气相法、热分解法、其他方法、固相反应法、 6.1气相法制备纳米粒子，定义：气相法是指直接使用气体或通过各种手段将物质转化为气体，使其在气体状态下发生物理或化学反应，最后在冷却过程中冷凝生长形成纳米粒子的方法。 优点：颗粒细小，团聚少，可制备非氧化物超细粉末，如金属碳化物、氮化物和硼化物，这些都是液相法难以制备的。缺点：设备要求高，气相法热源1。电阻加热：主要蒸发低熔点金属(银、铝、铜、金等)。)，产量小，常用于研究2。高频感应加热：粒度均匀，产量大，纳米粒子(钨、钽、钼等)制备困难。高熔点和低蒸汽压物质3。激光加热：不受蒸发物质污染，适用于制备高熔点金属纳米粒子和各种氧化物、碳化

3、物、氮化物等。4.电子束加热：可以制备高熔点金属和相应的氧化物、碳化物、氮化物和其他纳米粒子，通常在高真空中使用。5.微波加热：加热速度快且均匀，节能、高效、易于控制，但不适合金属材料。6.电弧加热：空气中有电弧和真空电弧两种，6.1.1物理气相沉积(PVD)，定义：纳米材料的整个形成过程中没有化学反应，主要是利用各种热源促进金属等块体材料的蒸发和气化，然后冷却沉积得到纳米材料。它主要用于制备金属纳米粒子。分类：1 .气体冷凝法：设备相对简单，纳米粒子表面洁净，粒径易于控制，适用于低熔点金属纳米粒子的合成；2.氢电弧等离子体法：随着等离子体气体中氢浓度的增加，粒子的生成增加，已经制备了30多种

4、纳米金属(高等离子体温度)和合金，以及一些氧化物。然而，有必要克服等离子体射流吹走熔融金属的技术问题。3.溅射法：不需要坩埚，靶材蒸发面积大，可以制备各种金属纳米粒子和多组分复合纳米粒子。4.通电加热蒸发法：将金属与碳棒接触，通电加热使金属熔化，金属与高温碳反应蒸发形成碳化物超细颗粒。然而，高熔点金属只能获得无定形纳米粒子(熔点高于碳棒)。5.流动液体表面真空蒸发法：制备超细颗粒，如银、金、钯、铁、镍、铟，粒径小且可控(约3纳米)，6.1.2化学气相沉积，定义：在气态下，通过化学反应，反应产物的蒸汽形成非常高的过量。这些核长大并聚集成纳米颗粒的过程特征是：共形性，单一生成物质，沉淀后可得到晶体

5、或细粉物质。常用的加热方法有：1。电炉直接加热：主要包括电阻丝和等离子加热。激光诱导：利用反应气体分子(或光敏分子)对特定波长激光束的吸收，反应气体分子的光解、热解、光敏化反应和激光诱导化学合成反应的分类：根据原料的不同蒸发方法，可分为等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和激光诱导化学气相沉积(LIVD)；根据反应类型的不同，可分为热解化学气相沉积、化学合成气相沉积和化学输运反应。1.热解化学气相沉积：条件是分解的原料通常容易挥发，具有高蒸气压和反应性。一般的反应形式有：甲(气体)、乙(固体)、丙(气体)；2.化学合成气相沉积：气相反应在高温下发生(由激光诱导)。一般的反应形式是a(气体)b

6、(气体)c(固体)d(气体)。3si H4(g)4NH3(g)Si3H 4(s)12 H2(g)3si cl 4(g)4NH3(g)Si3N 4(s)12 HCl(g)2si H4(g)2si c(s)6H 2(g)BCL3(g)3/2NH3(g)B(s)3HCl(g)，Fe(co)5(g)Fe(s)5co(g)3si(NH)2si 4(s)2NH3(g)(CH3化学运输反应：这种气态化合物通过化学迁移或物理载体(带有载气)被运输到与源区域不同温度的沉淀区域，然后经历反向反应，使得源材料再次沉淀。这个过程被称为化学运输反应。上述气体介质称为传输剂。6.2液相法制备纳米粒子，定义为：通过各种方式

7、将溶质和溶剂从均相溶液中分离出来，将溶质形成一定形状和尺寸的粒子，得到所需粉末的前驱体，热解后得到纳米粒子。特点：设备简单，原料易得，纯度高，均匀性好，化学成分控制准确等。6.2.1沉淀法，定义：含一种或多种阳离子的可溶性盐溶液，加入沉淀剂后(如羟基-，CO32-，等)。)，或者在一定温度下，溶液被水解或直接沉淀形成不溶的氢氧化物、氧化物或无机盐，其被直接或热分解以获得所需的纳米颗粒。分类：1。共沉淀：一种通过向含有多种(两种或多种)阳离子的溶液中加入沉淀剂，然后完全沉淀所有离子来制备纳米粒子的方法。它可分为单相共沉淀法和混合共沉淀法。为了获得均匀的沉淀，通常采用反滴法；为了有效控制颗粒尺寸和

8、防止颗粒之间的絮凝和团聚，通常使用聚合物作为分散剂来防止团聚。2.均匀沉淀法：利用一定的化学反应，溶液中的成晶离子缓慢而均匀地从溶液中释放出来。通过控制溶液中沉淀剂的浓度，溶液中的沉淀处于平衡状态，沉淀可以均匀地出现在整个溶液中。例如，当尿素水溶液的温度逐渐升高到70左右时，尿素将分解，即(NH2)2CO 3H2O 2NH4OH CO2生成的沉淀剂NH4OH均匀分布在金属盐溶液中，其浓度较低，从而使沉淀物均匀生成。3.直接沉淀法：在金属盐溶液中加入沉淀剂，在一定条件下产生沉淀，沉淀经洗涤和热分解得到超细产品。操作简单，对设备要求低，不易引入杂质，产品纯度高，但难以洗涤原溶液中的阴离子，导致粒径

9、分布较宽。4.金属醇盐水解：一种利用某些金属有机醇盐可溶于有机溶剂并可发生水解反应生成氢氧化物或氧化物沉淀的特性来制备超细粉末的方法。产品纯度高、成分均匀的金属醇盐的制备方法：金属与醇的反应，金属卤化物与醇的反应，6.2.2喷雾法，定义：是指化学和物理相结合的方法，通过各种物理手段将溶液雾化，得到超细颗粒。特点：粒度分布相对均匀，但粒度从亚微米到10微米。根据雾化和凝聚过程，可分为以下三种方法：喷雾干燥法、雾化水解法、雾化焙烧法和6.2.3水热法。定义：在高压釜的高温(1001000)和高压(1100 Mpa)反应环境中，水被用作反应介质，其通常是不可溶的或不可溶的。水热法将前驱体充分溶解形成

10、原子或分子生长单元，最后成核结晶，反应过程中也可以进行重结晶。特点：水热法可避免一般液相合成技术中高温煅烧等可能混入杂质的步骤，并可制备对水不敏感的氧化物或少量硫化物。分类：反应类型可分为水热晶化、水热合成、水热分解、水热氧化和水热还原等水热方法；使用有机溶剂代替水作为介质，这扩大了水热技术的应用范围，并且可以在水溶液中不生长地制备。对于易氧化、易水解或对水敏感的材料，反应过程易于控制，粒径也能得到有效控制。6.2.4溶胶-凝胶法，定义：金属有机和无机化合物通过溶液、溶胶和凝胶固化，然后热处理形成氧化物或其他复合纳米材料。特点：所得粉体纯度高，化学均匀性好，易于制备多种复合材料，主要用于制备薄

11、膜和粉体材料。溶胶-凝胶过程：溶胶-凝胶转化；凝胶干燥、溶胶-凝胶形成过程、单体的水解、缩合和聚合形成颗粒、颗粒生长、颗粒团聚、网络结构的形成以及溶胶的增稠形成凝胶。溶胶-凝胶法已广泛应用于功能陶瓷和其他纳米材料的制备。例如，使用氯化锆和水合无机盐作为原料。用这种方法可以合成稳定的四方多晶氧化锆粉末。粉末在550煅烧2小时后粒径为40纳米，烧结体密度在高于1220、压力为23兆帕的条件下烧结1小时后可达到理论密度。以醋酸铅、硝酸钙和钛酸丁酯为原料，采用溶胶-凝胶法成功制备了具有良好导电性、压电、热释电和光学性能的(铅、钙)钛酸盐纳米粉体材料。这些颗粒呈球形，粒径为30-50纳米，分散性好。6.

12、2.5自组装方法，定义：在没有人为干扰的条件下，纳米结构组装体系的形成有两个重要条件：第一，有足够的非共价键或氢键；二是自组装系统能量低；6.2.6模板法，定义：限制纳米粒子在聚合物基体中的结构，因此，纳米粒子的稳定性可以提高。分类：1。“硬模板”法：以材料的内表面或外表面为模板，填充在模板中的单体发生化学或电化学反应，通过控制反应时间，去除模板后可以得到纳米粒子、纳米棒、纳米线或纳米管、空心球和多孔材料。常用的硬模板包括分子筛、多孔氧化铝膜、轨道蚀刻聚合物膜、聚合物纤维、碳纳米管和聚苯乙烯微球等。2.“软模板”法：通常由两亲分子(表面活性剂)形成的有序聚集体，主要包括：胶束、反相微乳液、液晶

13、等。这两种方法的区别在于，它们可以提供有限的反应空间，而前者提供静态通道。材料只能从开口进入通道内部，而后者提供动态平衡的空腔，并且材料可以通过空腔壁扩散进出模板方法。首先，模板和产品的分离很麻烦；其次，模板的结构一般在小范围内有序，在大范围内难以改变；第三，模板的使用对反应条件造成了限制。6.3通过固相法制备纳米颗粒，定义为：通过从固相变为固相来制造粉末，其特征不在于具有状态变化的物质的微粉化机理，如气相-固相法、液相-固相法，如气相法和液相法：1。散装物质的非常精细的分割(破碎过程)2。最小化单位()。分类：粉碎方法包括：(用球磨机、气流粉碎机等粉碎。)；化学处理(溶解法)和其他施工方法包括：热分解法(主要是盐分解法)、固相反应法(化合法)、火花放电法(氢氧化铝由金属铝制成)等。1.热分解法：通过金属化合物的热分解反应制备超细颗粒的方法。配方：有机盐前体常用于S1 S2 G1。由于有机盐易于提纯，金属成分清晰，分解温度低，但价格高，生成的碳容易进入分解产物。2.火花放电法：例如，制备氧化铝，将金属铝颗粒的堆积层放入水槽中，将电极插入该层，通过铝颗粒之间的火花放电制备微粉3。溶解方