6.纳米材料的制备b.pptVIP

固相反应速率的主要影响因素 反应物固体的表面积和反应物间的接触面积 生成物相的成核速度 相界面间特别是通过生成物相层的离子扩散速度 固体原料的反应活性 如原料固体结构与生成物结构相似，则结构重排较方便，成核较易。从制备方法、反应条件和反应物来源的选取等方面应着眼于原料反应性的提高 反应产物的性质 反应生成物的组成和结构往往呈现非计量性和非均匀性。这种现象几乎普遍的存在于高温固相反应的产物中 颗粒尺寸～1 mm C 固相热分解法 加热分解氢氧化物、草酸盐、硫酸盐而获得氧化物固体粉料的方法 S1 S2＋gas 热分解的温度和时间，气氛和杂质对粉体的晶粒生长和烧结性有很大影响。 草酸盐的热分解 基本按两种机理进行，究竟以哪一种进行要根据草酸盐的金属元素在高温下是否存在稳定的碳酸盐而定。 ZnC2O4 2H2O ZnC2O4 ZnO 170 oC 390 oC D 自蔓延高温(SHS)合成 它是利用物质反应热的自传导作用，使不同的物质之间发生化学反应，在极短的瞬间形成化合物的一种高温合成方法。 Ti+B TiB2 放热反应 D 自蔓延高温(SHS)合成 它是利用物质反应热的自传导作用，使不同的物质之间发生化学反应，在极短的瞬间形成化合物的一种高温合成方法。 Ti+B TiB2 放热反应 合成氮化物、碳化物、硼化物、硅化物、金属间化合物 主要优点有： ① 节省时间，能源利用充分 ② 设备、工艺简单，便于从实验室到工厂 的扩大生产 ③ 产量高等。 难控制、纯度、尺寸 四. 模板法制备纳米材料 合成低维纳米结构已成为人们研究的热点之一。目前，科学家们已经开发了许多制备纳米结构的方法。 根据是否使用模板一般可以分为“模板”法和“无模板”法。 “模板”法是最近十多年发展起来的合成新型纳米结构材料的方法。 一般来讲，模板法根据其模板自身的特点和局限性的不同可以分为“硬模板”法和“软模板”法。 1、 “硬模板”法 硬模板多是利用材料的内表面或外表面为模板，填充到模板的单体进行化学或电化学反应，通过控制反应时间，除去模板后可以得到纳米颗粒、纳米棒，纳米线或纳米管，空心球和多孔材料等。经常使用的硬模板包括分子筛，多孔氧化铝膜，径迹蚀刻聚合物膜，聚合物纤维，纳米碳管和聚苯乙烯微球等等。 硬模板在制备纳米结构方面有着更强的限域作用，能够严格控制纳米材料的大小和尺寸。 但是，“硬模板”法合成低维材料的后处理一般都比较麻烦，往往需要用一些强酸、强碱或有机溶剂除去模板，这不仅增加了工艺流程，而且容易破坏模板内的纳米结构。 反应物与模板的相容性也影响着纳米结构的形貌。 径迹蚀刻聚合物膜 径迹蚀刻聚合物膜主要是通过核裂变碎片轰击聚合物膜使其表面出现许多损伤的痕迹，再用化学腐蚀的方法使这些痕迹变成孔洞得到的。 这种模板的特点是孔洞呈圆柱型，很多孔洞与膜面斜交，与膜面的法线的夹角可达34度，因此在厚膜内有孔通道交叉现象，总体来说，孔分布是无序的，孔的密度大致为109个/cm2。 多孔氧化铝是利用高温退火的高纯铝箔在一定温度下，用一定浓度的草酸、硫酸或磷酸溶液中控制在一定的直流电压下阳极氧化一定的时间后得到的。 该模板的结构特点是孔洞为六边形或圆形且垂直于膜面，呈有序平行排列。孔径在5至200nm 范围内调节，孔密度可高达1011 个/cm2。 Shi等人在多孔氧化铝膜中利用噻吩的电化学氧化聚合制备了聚噻吩微米／纳米管阵列，并用拉曼光谱证明了管的外表面上存在分子链的取向。 多孔氧化铝膜 A AAO模板的形貌结构 A)电解液为1.2M的硫酸, 温度0℃, 电极电压10V, 时间1h. B)电解液为0.2M的硫酸, 温度25℃, 电极电压30V, 时间1h. C)电解液为1.2M的硫酸, 温度0℃, 电极电压40V, 时间1h. 18?4nm 47?7nm 66?6nm B C AAO模板法制备纳米材料与纳米结构的工艺流程图 利用AAO模板合成纳米材料 用AAO/Al 模板通过控制沉积时间, 制备出不同长径比的金纳米材料的TEM照片(孔直径d=10nm, 长径比(l/d)分别为1, 3, 500). 硬模板法合成的不同长径比的金纳米材料 纳米线的长径比与沉积时间近似成正比 Fe纳米线的局部放大TEM照片 Fe纳米线的AAO模板合成 碳纳米管的AAO模板合成 (b) ( d) ( d) 取向碳纳米管有序阵列膜形貌与结构的电镜照片. (a) 完全溶去氧化铝后的由表面碳膜固定和保持的碳纳米管的低倍SEM照片；(b)从AAO模板解离的碳纳米管束的SEM照片(聚