第三章纳米粉体制备.ppt

纳米粉体制备方法对于纳米粒子的制备方法,目前尚无确切的科学分类标准。按照物质的原始状态分类,相应的制备方法可分为固相法、液相法和气相法;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;按制备技术分类,又可分为机械粉碎法、气体蒸发法、溶液法、激光合成法、等离子体合成法、射线辐照合成法、溶胶—凝胶法,等等。第三章零维纳米材料惰性气体冷凝法溅射法化学气相合成法等离子气相合成法燃烧合成法等气相法固相法高能机械球磨法固相反应法等液相法沉淀法溶胶-. 概述超微粉体气相合成形式上很像人的吸烟过程:烟丝经加热气化为烟雾,烟雾通过气流输送,其中的超微粉末或冷凝后生成的超微颗粒就会沉积或“收集”在人体肺部。因此,气相合成法的原理就是:把所欲制备成超微粉体的相关物料通过加热蒸发(物理过程)或气相化学反应(化学过程)后高度分散,然后再把冷却凝结成的超微颗粒收集成为超微粉体,整个过程的实质实际是一种典型的物理气相“输送”和化学气相“输送”反应,或者两者的结合。 主要合成方法n1、惰性气体冷凝法n2、溅射法n3、化学气相合成法n4、等离子气相合成法n5、燃烧合成法1、惰性气体冷凝法(蒸发凝聚法)n惰性气体冷凝法------物理气相合成n本质:把所要制备的超微粉体的原材料在低压气体(如: 氮、氩、氦、氖等惰性气体)中加热蒸发,实际产生的烟雾状超微粒子就会冷凝在容器的一定部位。n主要制备:金属粒子,难熔氧化物,复合粒子。n该法蒸发出来的气体金属原子不断与环境中的惰性气体原子发生碰撞,既降低了动能又得到了冷却,本身成为浮游状态,从而有可能通过互相碰撞而长大。惰性气体冷凝法示意图n蒸发源的加热方式:电阻加热、电弧放电、等离子体、高频感应、激光和电子束加热等等。n基本原则:n蒸发温度要保证物质加热所需要的足够能量,又要使原料蒸发后快速凝结,要求热源温度场分布空间范围尽量小、热源附近的温度梯度大,这样才能制得粒径小、粒径分布窄的纳米粒子。n惰性气体压力该参数影响纳米粒子的形成及其形成后的粒径。n举例:1984,Gleiter等人,首次用方法制备纳米粉体。基本过程如下:真空室抽至真空(~10-6Pa),通入惰性气体,压力保持~102Pa,从蒸发源蒸发金属,惰性气体流将蒸发源附近的超微粒子带到液氮冷却的冷凝器上形成10nm左右的纳米颗粒。通过调节蒸发温度场、气体压力以控制尺寸,可以制备出粒径为2nm的颗粒。蒸发结束后,再将真空室抽至高真空,把纳米颗粒刮下,通过漏斗接收在与真空室相连的成型装置中,在室温和70MPa~1GPa压力下将粉末压制成型,从而得到所需的纳米材料。n1987年,Siegles等采用该法又成功地制备了纳米级TiO2陶瓷材料。惰性气体冷凝法制备超微颗粒具有如下特征: (1)、高纯度(2)、粒径分布窄 (3)、良好结晶和清洁表面(4)、粒度易于控制在原则上适用于任何被蒸发的元素以及化合物。但是,此法成本高,不适合大规模生产。应该注意的是,惰性气体中的氧含量对产物粒子的粒径和形貌有重要的影响,需要仔细控制。例如:制备金属铜,痕量氧减慢其生长,少量氧的存在将改变粒子形貌,防止团聚。2、溅射法n溅射技术是利用溅射现象代替蒸发,其采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料,在该法中靶材料无相变,化合物成份不易发生变化。n常用的溅射技术:阴极溅射、直流磁溅射、射频磁控溅射、离子束溅射。n原理如图所示: 辉光放电氩气调节放电电流、电压以及气体的压力,可以实现对纳米粒子生成各因素的控制