第二章纳米材料制备-随机结构v2.ppt

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第二章纳米材料制备-随机结构v2

陆春华 2011-09-25;2、纳米材料制备;自上而下; 主要涉及到蒸发、熔融、凝固、形变、粒径变化等物理变化过程。 两大类: 粉碎法: 以大块固体为原料,将块状物质粉碎、细化,从而得到不同粒径范围的纳米粒子; 构筑法:由小极限原子或分子的集合体人工合成超微粒子。; 球磨:临界尺寸3 μm 振动磨:可获得≤1μm的粒子; 行星磨:20 世纪70 年代 搅拌磨:研磨筒,旋转搅拌器构成 胶体磨:剪切、摩擦、冲击作用/粉碎、分散、乳化、微粒化 气流磨:高速气流300~500米/秒或热蒸汽300~450oC;块体材料;蒸发凝聚法 特点:高纯度、粒径分布窄、良好结晶和清洁表面、粒度易于控制 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。 加热源: 电阻加热 等离子体加热 高频感应加热 电子束加热 激光加热 电弧放电加热 太阳炉加热 ;原理:含有超微粒子的油被甩进了真空室沿壁的容器中,然后将这种超微粒含量很低的油在真空下进行蒸馏,使它成为浓缩的含有超微粒子的糊状物。;优点: 制备Ag,Au,Pd,Cu,Fe,Ni,Co,A1,In等超微粒,平均粒径约3 nm;用隋性气体蒸发法是难获得这样小的微粒; 粒径均匀,分布窄; 超微粒可均匀分布在油中; 粒径的尺寸可控,即通过改变蒸发条件来控制粒径的大小, 例如蒸发速度,油的粘度,圆盘转速等,圆盘转速低,蒸发速度快,油的粘度高均使粒子的粒径增大,最大可达8 nm。 ; 2)离子溅射法 原理: 用两块金属板分别作为阳极和阴极,阴极为蒸发用的材料,在两电极间充入Ar气(40~250 Pa),两电极间施加的电压范围为0.3~1.5 kV。 2)由于两电极间的辉光放电使Ar离子形成,在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面(加热靶材),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。;粒子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;靶材表面积愈大,原子蒸发速度愈高,超微粒获得量愈多。;2.1.2 化学法;2.1.2 化学法;常用加热方法: 1、电炉直接加热----电阻丝 2、激光诱导LICVD ;2.1.2 化学法;;;2.1.2 化学法; 水热氧化法(Hydrothermal Oxidation) - 将金属、金属间氧化物或合金,和高温高压的纯水、水溶液、有机介质反应生成新的化合物: 水热沉淀法(Hydrothermal Precipitation) - 在水热条件下进行沉淀反应生成新的化合物: 水热合成法(Hydrothermal Synthesis) -使两种以上原料反应生成化合物: 水热分解法(Hydrothermal Decomposition) 水热还原法(Hydrothermal Reduction):;2.1.2 化学法;2.1 化学法;2.1.2 化学法;2.1.2 化学法;2、纳米材料制备之纳米薄膜;2.2.1 物理气相沉积法; 真空蒸发制膜;(2)溅射制膜;(3)离子镀膜;2.2.2 化学气相沉积法;五种反应类型: 4) 化学合成反应 由两种或两种以上的反应原料气在沉积反应器中相互作用合成得到所需要的无机薄膜或其他材料形式的方法,可以制得氮化物、碳化物等多种化合物覆盖层薄膜。 5) 物理激励反应 利用外界物理条件使反应气体活化,促进化学气相沉积过程,或降低气相反应的温度 主要方式: - 利用气体辉光放电 - 利用光激励反应 - 利用激光激励; CVD 设备; 影响 薄膜主要参数;2、纳米材料制备之纳米固体;基本步骤: (1)制备纳米颗粒; (2)颗粒收集; (3)压制成块体。 条件:真空 组成:纳米颗粒制备、收集、压制成型 优点:室温下压制也能获得相对密度高于90%的块体,最高密度可达97%。(惰性气体蒸发 冷凝形成的金属和合金纳米微粒几乎无硬团聚); 高能球磨法; 非晶晶化法;(2)纳米陶瓷材料制备;烧结过程:粉末粒子长大和气孔消失。 粉末团聚体对烧结的影响:烧结时,团聚体内的纳米粉末优先烧结,团聚体的直径越大,烧结后颗粒尺寸越大;纳米粉末之间的烧结是通过同类型表面相互结合而实现的,团聚体小时,这种优先烧结不会干扰正常的烧结过程。随后进行的是团聚体之间的烧结,对致密化具有重大影响。 烧结机理:表面扩散和蒸发-凝聚。 得到高质量纳米陶瓷材料的最关键因素:材料是否高度致密。 ; 无压烧结; 热压烧结; 微波烧结; 复合材料:由两种或两种以上性质不同的材料,通过各种工艺手段组合而成的复合体。

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