纳米颗粒制备基本技巧方法.ppt

纳米颗粒的制备;第一章 纳米粒子的制备方法;纳 米 粒 子 制 备 方 法;纳米颗粒的物理制备方法;定义：直接利用气体或利用各种手段将物质变成气体，使之在气体状态下发生物理或化学变化，在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子。 气相蒸发法原理：在高真空室中冲入低压的纯净惰性气体或反应气体，预蒸发的物质置于坩埚，通过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（与反应气体发生化学反应）并接近充液氮的冷却棒（77K）。在蒸发过程中原物质原子与惰性气体碰撞损失能量冷却，造成局域的过饱和，形成均匀的成核过程，然后形成原子簇，长大成纳米粒子。收集。;;按照原料加热蒸发技术手段的不同， 可将蒸发法分为： 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。 ;电阻式蒸发 应用最为普遍：只能制备Al、Cu、Ag、Au等低熔点物质 电阻材料：难熔金属，如W、Mo、Ta等 形状：螺旋纤维或舟状 局限性： a.发热体和蒸发体在高温熔融后形成合金 b.蒸发材料的蒸发温度高于发热体的软化温度 要求：热源温度场分布空间范围尽量小，温度梯度大;;II.高频感应加热法 原理：高频大电流通过线圈，产生极性瞬间变化的强磁束，将金属等被加热物质放置在线圈内，磁束就会贯通整个被加热物质，在被加热物质内部与加热电流相反的方向产生很大的涡电流，由于被加热物质内的电阻产生焦耳热，使物质自身的温度迅速上升。 ;优点：由于电磁波的作用，熔体发生由坩埚的中心部分向上、向下以及向边缘部分的流动，熔体不断被搅拌，温度相对均匀恒定 因此，规模越大（使用大坩埚），粒子的粒径越均匀，便于工业化生产。 缺点：很难制备高熔点物质，如：W、Ta、Mo等。;III.电子束加热 优点：可制备Mo、W、Ta等高熔点金属和Zr、Ti等活性大的金属；制备TiN、AlN等高熔点化合物。 2Ti+N2 2TiN 2Al+2NH3 2AlN+3H2 电子枪内高真空(0.1Pa)，蒸发室内(1kPa) 设置排气室，再用电子透镜聚焦电子束， 保证高的投入密度。 ;; iv.激光加热 ;;; v.等离子体加热 等离子体：物质存在的第四种状态，有大量的电子、正离子、负离子、激发态的原子和分子，基态的原子和分子以及光子组成的准中性气体，具有很高的活性。 ; 多级氢电弧等离子体反应装置; 该设备是崔作林、张志焜自行设计研制出的、具有独立知识产权的我国首台可连续工作的氢电弧等离子体纳米材料制备设备。以该设备为基础获得的研究成果“高熔点纳米金属催化剂的制备方法” 1997年获国家技术发明二等奖，这是迄今为止我国纳米科技领域荣获的最高等级的国家奖励，也是我国纳米研究领域最早获得的国家奖励。 ;氢电弧等离子体法合成机理： 含有氢气的等离子体与金属间产生电弧，使金属熔融，电离的N2、Ar等气体和H2溶入熔融金属，然后释放出来，在气体中形成了金属的超微粒子，用离心收集器或过滤式收集器使微粒与气体分离而获得纳米微粒。 用于在制备工艺中使用氢气作为工作气体,可大幅度提高产量。其原因被归结为氢原子化合时（H2）放出大量的热，从而强制性的蒸发，使产量提高，而且氢的存在可以降低熔化金属的表面张力加速蒸发。 ;流动油面上的真空蒸发沉积法（VEROS） ;;化学气相冷凝法（CVC）;第二章 纳米颗粒的化学合成方法;2.1 化学气相沉积法制备纳米粒子;; CVD的机理 传统的成核机理 气-液-固（VLS）生长机制 反应物在高温下蒸发，温度降低时与催化剂形成低共熔体小液滴，小液滴聚合形成大液滴，并且共熔体液滴作为端部不断吸收粒子和小的液滴，最后因为过饱和而凝固形成纳米线或纳米管。;2.2 液相法制备纳米粒子;§ 2.2.1 沉淀法制备纳米粒子; (1)共沉淀法 含多种（两种或两种以上）阳离子的溶液中加入沉淀剂后，所有离子完全沉淀的方法称共沉淀法。 分为单相共沉淀法和混合物共沉淀法。 (i)单相共沉淀： 沉淀物为单一化合物或单相固溶体,溶液中的金属离子以具有与配比组成相等或近似相等的化学计量化合物的形式沉淀。 ;BaCO3(结晶)+TiO2(结晶) BaTiO3;;Y2O3+6HCl 2YCl3+3H2O;氧化锆相变增韧;缺陷反应方程规则： 位置关系；位置增值；质量平衡；电荷守恒；表面位置； Y2O3 掺入ZrO2晶格中