【2017年整理】三纳米材料制备.ppt

第三章 纳米材料的制备方法 ;纳米微粒的制备方法分类： 1 根据是否发生化学反应，纳米微粒的制备方法通常分为两大类： 物理方法和化学方法。 2 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; 3 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。;纳 米 粒 子 制 备 方 法;6.1 固相制备方法;钛合金和钛金属间化合物采用高能球磨可制得10nm左右颗粒。 纯元素（C、Si、Ge（锗）)、金属间化合物（NiTi 、Al3Fe Ni3Al、Ti3Al等），过饱和固溶体（Ti-Mg、Fe-Al、Cu-Ag等）,三元合金系（Fe/SiC、Cu/Fe3O4、 Al/SiC）的纳米材料已被制备。 优 点：工艺简单、成本低廉、体系广、产量大，耗时短（几到十几小时），已成为纳米材料制备的一种主要方法。 ;市场上一些接近纳米尺度的粉体 （球磨法）;6.1;§6.2气相法制备纳米微粒 ;3 优势： 气相法通过控制可以制备出液相法难以制得的金属碳化物、氮化物、硼化物等非氧化物超微粉。 4 加热源通常有以下几种： 1）电阻加热； 2）等离子喷射加热； 3）高频感应加热； 4）电子束加热； 5）激光加热； 6）电弧加热； 7）微波加热。;不同的加热方法制备出的超微粒的量、品种、粒径大小及分布等存在一些差别。 ;1 定义： 气体冷凝法是在低压的氩、氮等惰性气体中加热金属，使其蒸发后形成超微粒(1—1000 nm)或纳米微粒的方法。;3 气体冷凝法的原理，见图。 整个过程是在超高真空室内进行。通过分子涡轮使其达到0.1Pa以上的真空度，然后充人低压(约2KPa)的纯净惰性气体(He或Ar，纯度为~99.9996％)。 欲蒸的物质(例如，金属，CaF2，NaCl，FeF等离子化合物、过渡族金属氮化物及易升华的氧化物等)置于坩埚内，通过钨电阻加热器或石墨加热器等加热装置逐渐加热蒸发，产生原物质烟雾，由于惰性气体的对流，烟雾向上移动，并接近充液氦的冷却棒(冷阱，77K)。;在蒸发过程中，原物质发出的原子与惰性气体原子碰撞而迅速损失能量而冷却，在原物质蒸气中造成很高的局域过饱和，导致均匀的成核过程，在接近冷却棒的过程中，原物质蒸气首先形成原子簇，然后形成单个纳米微粒。在接近冷却棒表面的区域内，单个纳米微粒聚合长大，最后在冷却棒表面上积累起来。用聚四氟乙烯刮刀刻下并收集起来获得纳米粉。 ;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;4 气体冷凝法影响纳米微粒粒径大小的因素： 惰性气体压力， 蒸发物质的分压，即蒸发温度或速率， 惰性气体的原子量。 ;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;总之，纳米粉体粒径的控制 [1] 可通过调节惰性气体压力，温度，原子量； [2] 蒸发物质的分压即蒸发温度或速率等来控制纳米粒子的大小； A 蒸发速率的增加（等效于蒸发源温度的升高）粒子变大 B 原物质蒸气压力的增加，粒子变大 C 惰性气体原子量加大，或其压力增大，粒子近似的成比例增大。;5 气体冷凝法优点： 表面清洁, 粒度齐整，粒度分布窄， 粒度容易控制。 ;气体中蒸发法中，初期纳米微粒聚集，结合而形成的纳米微粒（颗粒大小为20一30nm);实验原理 电阻加热法制备纳米粉体是在真空状态及惰性气体氩气和氢气中，利用电阻发热体将金属、合金或陶瓷蒸发气化，然后与惰性气体碰撞、冷却、凝结而形成纳米微粒。;§6.2.2 溅射法;粒子的大小及尺寸分布主要取决于两电极间的电压、电流和气体压力；靶材的表面积愈大，原子的蒸发速度愈高，超微粒的获得量愈多。;用溅射法制备纳米微粒有以下优点： (i)可制备多种纳米金属，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； (ii)能制备多组元的化合物纳米微粒，如Al52Ti48，Cu91Mn9及ZrO2等； (iii)通过加大被溅射的阴极表面可提高纳米微粒的获得量。 ;§6.2.4 化学气相沉积法 CVD What is the Deposition?;化学气相沉积是利用气态或蒸气态的物质在气相或气固界面上生成固态沉积物的技术。 历史 古人类在取暖和烧烤时熏在岩洞壁或岩石上的黑色碳层。 20世纪60年代John M Blocher