第11章-纳米材料及其制备.ppt

雾化焙烧法基本原理：将金属盐溶液经压缩空气由窄小的喷嘴喷出而雾化成小液滴，雾化室温度较高，使金属盐小液滴热解生成了超微粒子。特点：粒径为亚微米级，由几十纳米的一次颗粒构成。*（3）水热法（高温水解法）定义：水热反应是高温高压下在水（水溶液）或水蒸气等流体中进行有关化学反应的总称。分类：（i）水热氧化；（ii）水热沉淀；（iii）水热合成；（iv）水热还原；（v）水热分解；（vi）水热结晶。（4）溶胶-凝胶法（胶体化学法）基本原理：将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分，最后得到无机材料。制备过程：（i）溶胶的制备；（ii）溶胶-凝胶转化；（iii）凝胶干燥。(1)无压烧结(2)热压烧结(3)微波烧结粉末块体烧结(1)无压烧结该工艺过程是将无团聚的纳米粉，在室温下经模压成块状试样，然后在一定的温度下烧结使其致密化。优点：无压力烧结工艺简单，不需特殊的设备，因此成本低。缺点：烧结过程中易出现晶粒快速长大及大孔洞的形成，不能实现致密化，使得纳米陶瓷材料的优点丧失。稳定剂掺入：在纳米ZrO2粉中掺入5Vol%MgO，通过无压烧结，相对密度可达98%。掺MgO的纳米ZrO2粉晶粒长大的速率，远低于未掺稳定剂MgO的ZrO2试样(见图3-4)。(2)热压烧结无团聚的粉体在一定压力下进行烧结，称为热压烧结。优点：对于许多未掺杂的纳米粉，可制得具有较高致密度的纳米陶瓷，并且晶粒无明显长大。缺点：该工艺要求的设备比无压烧结复杂，操作也较复杂。纳米TiO2金红石生坯经不同温度烧结24小时后的相对密度、平均粒径与烧结温度的关系见图3-5。(3)微波烧结要想使纳米陶瓷材料烧结过程中晶粒不过分长大，必须采用快速升温、快速降温的烧结方法。微波烧结的升温速度快（500oC/min），升温时间短（约2min），解决了纳米晶异常长大问题。且能量可节约50%左右。微波烧结的原理：利用在微波电磁场中材料的介质损耗，使陶瓷材料整体加热到烧结温度而实现致密化。采用微波烧结可制备ZrO2或Al2O3纳米陶瓷材料。作业综述纳米材料研究进展*****当材料粒径远大于原子直径时，表面原子可忽略；但当粒径逐渐接近于原子直径时，表面原子的数目及其作用就不能忽略，而且晶粒的表面积、表面能和表面结合能等都发生了很大的变化，由此而引起的种种特异效应统称为。指纳米微粒的表面原子与总原子之比随着纳米微粒尺寸的减小而大幅度增加，粒子表面结合能随之增加，从而引起纳米微粒性质变化的现象。从表面和界面的定义来看，是有区分的。表面是指接触的两相中有一相是空气，而界面是任意不互溶的两相交界面，界面包括表面，表面是界面的特殊情况。**固体颗粒的尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化，称*回顾：单电子隧道效应两个量子点通过一个隧道结连接起来，单个电子从一个量子点穿过势垒到另一个量子点的过程称隧道效应。这个电子必须克服电子的库仑阻塞能Ec。在没有外磁场作用时，各个磁畴原子磁矩排列的方向彼此不同（图甲），磁性彼此抵消，所以对外不显磁性。加上外磁场后，起初磁化方向与外磁场方向相同或接近的那些磁畴扩大自己的疆界，而反向磁化的磁畴体积减小（图乙、丙），对外显示磁性。随着外磁场的不断增强，磁畴的磁化方向不同程度地转向外磁场方向（图丁）。当所有的磁畴的磁化方向都按外磁场的方向排列好，介质的磁化达到饱和（图戊）。由于每个磁畴中的原子磁矩都排列得很整齐，所以铁磁质的磁性比顺磁质强得多。*图中的原点。表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即B=H=O。当外磁场H从零开始增加时，磁感应强度B随之缓慢上升，如线段落oa所示；继之B随H迅速增长，如ab段所示；其后，B的增长又趋缓慢；当H值增至Hs时，B的值达到Bs，在S点的Bs和Hs，通常又称本次磁滞回线的Bm和Hm（饱和磁化强度和饱和磁场强度）。曲线oabs段称为起始磁化曲线。当磁场从Hs逐渐减少至零时，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到o点，而是沿一条新的曲线sr下降，比较线段os和sr，我们看到：H减小，B也相应减小，但B的变化滞后于H的变化，这个现象称为磁滞，磁滞的明显特征就是当H=0时，B不为0，而保留剩磁Br。当磁场反向从o逐渐变为