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纳米粒子的制备方法及应用 复合材料专业 张文迪 摘 要 当粒子尺寸达到纳米量级时 ，粒子将具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量 子隧道效应 ，因而表现出许多特有的性质 ，在催化 、滤光、光吸收 、医学 、磁介质及新材料方面有广阔的应用前景。综述了纳米粒子的制备方法 ，按研究纳米粒子的学科分类 ，可将其分为物理方法 、化学方法和物理化学方 法 。 关 键 词 纳米粒子 ；制备方法 ；物理方法 ；化学方法；物理化学方法 纳米粒子指的是粒径比光波短而性质处于本体和原子之间的物质。纳米制备技术是 2 0世纪 8 0年代末诞生并崛起的新技术 ，其基本涵义是 ： 纳 米 尺 寸 范 围内认识 和改造 自然 ，通过直接操作和安排原子、分子创造 新物 质。由于纳米材料具有奇特的力学、电学 、磁学、热学 、化学性能等 ，目前正受到世界各国科学家的高度重视。 1制备纳米粒子的物理方法 1 ． 1 机械粉碎法 机械粉碎就是在粉碎力的作用下 ， 固体料块或粒子发生变形进而破裂 ，产生更微细的颗粒。物料的基本粉碎方式是压碎 、剪碎、冲击粉碎和磨碎。一般的粉碎作用力都是这几种力的组合 ， 如球磨机和振动磨是磨碎与冲击粉碎的组合 ； 气流磨是冲击 、 磨碎与剪碎的组合， 等等理论上 ， 固体粉碎的最小粒径可达 0 ． 0 1 ～0 ． 05nm 。然而， 用 目前的机械粉碎设备与工艺很难达到这一理想值。粉碎极 限取决于物料种类机械应力施加方式、 粉碎方法、 粉碎工艺条件粉碎环境 等 因素 。 比较 典 型 的纳 米 粉 碎 技 术有 ： 球磨 、 振动磨 、 搅拌磨 、 气流磨和胶体磨等其中， 气流磨是利用高速气流 ( 3 0 0～5 0 0 m/s或热蒸气 ( 3 0 0～4 5 0℃) 的能量使粒子相互产生冲击 、 碰撞 、 摩擦而被较快粉碎。气流磨技术发展较快 ， 2 0世纪 8 0年代德国A l p i n e 公司开发的流化床逆 向气流磨 可粉碎较高硬度 的物料粒 子 ， 产 品粒度 达 到 了 1～5nm、。降 低人 磨 物粒 度后 ， 可得平均粒度 1nm的产品 ， 也就是说 ， 产 品的粒径 下 限可 达 到 0 ． 1 nmn以下。除 了产 品 粒度微细以外 ， 气流粉碎的产品还具有粒度分 布窄、 粒子表面光滑 、 形状规则 、 纯度高、 活性 大、 分散性好等优点。因此 ， 气流磨引起了人们 的普遍重视 ， 其在陶瓷 、 磁性材料、 医药、 化工颜 料等领域有广阔的应用前景。 1 ． 2 蒸发凝聚法 蒸发凝聚法是将纳米粒子的原料加热、 蒸 发， 使之成为原子或分子； 再使许多原子或分子 凝 聚 ， 生成极微 细 的纳 米粒 子。利用 这种 方法 得到的粒子一般在 5～1 0 0 n n l 之间。蒸发法制 备纳米粒子大体上可分为： 金属烟粒子结晶法、 真空蒸发法 、 气体蒸发法等几类。而按原料加 热技术手段不同， 又可分为电极蒸发、 高频感应 蒸发、 电子束蒸发 、 等离子体蒸发、 激光束蒸 发 等几类。 1 ． 3 离子溅射法 用两块金属板 分别 作 为阴极 和 阳极 ， 阴极 为蒸发用材料 ， 在两 电极 间充人 A r ( 4 0～2 5 0 P a ) ， 两极 间施 加 的 电压 范 围 为 0 ． 3～1 ． 5 k V。 由于两极间的辉光放电使 A r 粒子形成 ， 在电场 作用下 A r 离子冲击阳极靶材表面， 使靶材原子 从其表面蒸发出来形成超微粒子， 并在附着面上沉积下来。离子的大小及尺寸分布主要取决于两极间的电压 、 电流、 气体压力。靶材的表面积愈大， 原子的蒸发速度愈高， 超微粒的获得量愈大。溅射法制备纳米微粒材料的优点是： ( 1 ) 可以制备多种纳米金属 ， 包括高熔点和低熔点 金属。常规 的热蒸发法只能适用于低熔点金 属 ； ( 2 ) 能制备 出多组元的化合物纳米微粒 ， 如 A l S 2 ， T 1 4 8 ， C u g l ， Mn 9， Z r O 2等； 通过加大被溅射阴极表面可加大纳米微粒的获得量。采用磁控 溅射与液氮冷凝方法可在表面沉积有方案膜的 电镜载网上支撑制备纳米铜颗粒。 1 ． 4 冷冻干燥法 先使干燥的溶液喷雾在冷冻剂中冷冻 ， 然后在低温低压下真空干燥 ， 将溶剂升华除去， 就可以得到相应物质的纳米粒子。如果从水溶液出发制备纳米粒子， 冻结后将冰升华除去 ， 直接可获得纳米粒 子 。如 果从熔 融盐 出发 ， 冻结后需要进行热分解 ， 最后 得到 相应 纳米 粒子 。冷冻干燥 法用途 比较广 泛 ， 特别 是 以大 规模成 套设备来生产微细粉末时， 其相应成本较低， 具有实用性 。 此外 ， 还有