纳米金属粉末制备方法综述

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纳米金属粉末的制备方法

纳米金属粉末的制备方法孙丽达;刘卫;肖锐敏;姜艳;黄笃树;王静;潘青山;李自静【摘要】Traditional manufacture methods（Solid-phase method;liquid-phase method;gas-phase method） of metals nanopowders are introduced simply,and new preparation techniques（gasification of arc plasma technique,atomizing-combustion technique）are discussed in detail.At the same time The principles,advantages,disadvantages of methods are reviewed.Finally,application of nanopowders and the tendency of development for manufacture nanopowder are also refered to in the paper.%文章概述了纳米金属粉末的传统制备方法（气相法、液相法、固相法）,对现有新型的制备方法（等离子气化法、金属喷雾燃烧法）作了较为详细的介绍.同时,简要介绍了相应方法的原理以及各自的优缺点.最后,论述了纳米粉体的应用,展望了纳米粉制备方法的发展趋势.【期刊名称】《红河学院学报》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】4页(P15-18)【关键词】纳米粉体;制备方法;应用【作者】孙丽达;刘卫;肖锐敏;姜艳;黄笃树;王静;潘青山;李自静【作者单位】红河学院理学院,云南蒙自661100;红河学院理学院,云南蒙自661100;红河学院理学院,云南蒙自661100;红河学院理学院,云南蒙自661100;红河学院理学院,云南蒙自661100;红河学院理学院,云南蒙自661100;红河学院理学院,云南蒙自661100;红河学院理学院,云南蒙自661100【正文语种】中文【中图分类】O78220世纪80年代末，纳米技术诞生，之后迅速发展和渗透到各个学科领域，它在材料科学领域得到了广泛的关注和深入的研究.科学家们预言它将成为21世纪的科学前沿和主导科学.纳米材料分为两个层次，即纳米粉末与块体材料.纳米粉末是指尺寸为1-100nm的超微粒子,它介于单个原子、分子与宏观物体间，是一种典型的介观体系.在纳米的世界，人们可以控制材料的熔点、硬度、磁性，甚至而不改变其化学成分[1].纳米材料具有如小尺寸效应、表面效应、量子效应、宏观量子隧道效应等，它使纳米微粒和纳米固体呈现出许多奇异的物理、化学性质，有着许多优异的力学、热学、光学、磁学和电学等性质及新规律，具备其它一般材料所没有的优越性能，在化工、电子、冶金、生物、国防等各个领域有着越来越广泛的应用前景.如人们可以把导电的铜制成纳米粉末，使之成为绝缘体；而纳米铁粉在许多领域都有重要的应用，用于磁记录材料、微波吸收材料、催化材料、磁流体等方面. 自从1984年德国科学家Gleiter等人首次用惰性气体凝聚法成功地制得铁纳米微粒以来，纳米材料的制备、性能和应用等各方面的研究取得了重大进展，其中，制备方法的研究仍然是十分重要的研究领域[2].目前，制备纳米粉末的方法有很多种，但尚无确定的科学分类标准.按照物质的原始状态分类，相应的制备方法可分为大：（1）气相法，包括气体中蒸发法、化学气相沉积法、活性氢—熔金属反应法、激光诱导化学气相沉积法、电弧法、等离子体法、溅射法等.（2）液相法，包括喷雾热分解法、溶胶-凝胶法、共沉淀法等.（3）固相法，包括机械合金化、自蔓延燃烧合成法、火花放电及固相反应法等.气相法制备金属纳米粉体始于60年代初期，1984年西德Searlands大学材料系H.Gleiter教授的研究小组在气相法制备金属纳米粉体的基础上首次采用惰性气体保护原位加压成型法成功制备出了高性能的块体金属纳米Fe、Pd等材料，随后，气相法制备金属纳米粉体、固体材料在世界范围内掀起高潮，现已进入产业化阶段.气相法是直接利用气体，或通过各种手段将原料变成气相，使之在气体状态下发生物理变化或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法[1].用该方法制得的纳米粉纯度高，颗粒分散性好、粒径分布窄.液相法是当前实验室及工业上广泛采用合成高纯微粒纳米粉体的方法，其原理是：选一种或几种合适的可溶性金属盐类，按所制备的材料的成分计量配制成溶液，使各元素呈离子或分子态，再加入一种合适的沉淀剂采用或蒸发、或升华、或水解等方法进行操作，将金属离子均匀沉淀或结晶出来，最后将沉淀或结晶物脱水或加热分解而制得纳米粉.液相法特别适合制备组成均匀、纯度高的复合氧化物纳米粉体，但其缺点是溶液中形成的粒子在干燥过程中，易发生相互团聚，导致分散性差，粒子粒度变大.应用于液相法制备纳米微粒的设备比较简单，其生成的粒子大小可以通过控制工艺条件来调整，如溶液浓度、溶液的PH值、反应压力、干燥方式等.固相法是一种比较传统的粉末制备工艺，用于粗颗粒微细化.由于该方法具有成本低、产量高，制备工艺简单再加上近年来又涌现了高能球磨、气流粉碎和分级联合等新方法，因而在一些对粉体纯度和粒度要求不太高的场合仍然适用，但由于该方法效率低、能耗大、设备昂贵、粉不够细、有杂质、颗粒易变形或氧化等，在高科技领域中较少采用此方法.随着科学与技术的不断进步，为了满足科学技术与高科技研究领域中的特殊需要，人们开辟了多种技术手段来制备近于理想的各类纳米粒子，如气相化学反应、真空蒸发、喷雾燃烧法、等离子体法、激光诱导气相化学反应合成法、等离子体加强气相化学反应法等.采用这些方法人们可方便地制备金属、金属氧化物、氮化物、碳化物、超导材料、磁性材料等几乎所有物质的纳米粒子.这些方法有些已经在工业上开始实用，但这些制备方法尚还存在一些技术问题，如粒子的纯度、产率、粒径分布及粒子的可控制性等.下面并对几种新型制备纳米金属粉末的方法做详细介绍. 等离子体是物质存在的第四种状态，它由电离的导电气体组成，即大量正负带电粒子和中性粒子组成，并由电子、无论是热等离子体还是冷等离子体，相应火焰温度都可以达到30000K以上，这样高的温度都可以使任何金属直接气化.出于等离子体状态下的物质微粒通过相互作用可以很快地获得高温、高焓、高活性.这些微粒将具有很高的化学活性和反应性，在一定的条件下获得比较完全的反应产物.因此，利用等离子体空间作为加热、蒸发和反应空间，可制备出各类物质的纳米粒子[3-4].电弧等离子气化法是利用等离子体的高温而实现对原料加热蒸发的.其基本原理是[5-6]：在惰性气氛或反应性气氛下通过直流放电使气体电离产生高温等离子体，它们以约100——500m/s的高速到达金属原料表面，使其熔融并大量地迅速溶解于金属熔体中，在金属熔体内形成溶解的超饱和区、过饱和区和饱和区.这些原子、离子或分子与金属熔体的对流与扩散使金属蒸发.同时，原子或离子又重新结合成分子从金属熔体表面溢出.蒸发出的金属原子经急速冷却后收集，即可得到超细粉体从而使原料熔化和蒸发.等离子体法制备纳米金属粉末的实验装置主要包括等离子体发射装置、反应装置、冷却装置、收集装置、尾气处理装置等几个部分.其制备过程是：首先将真空室抽到一定程度，充入惰性气体，然后利用高能量蒸发源使金属蒸发.待蒸发的金属在电弧等离子的高温下蒸发，分离沉降后，在收集室内便可收集到纳米粒子.该方法对某些易氧化的金属的氧化物纳米粉末的制备也是很容易的，就是只需在事先的惰性气体中充入一些氧气便可.用该方法制得的金属粉末呈球形，平均粒径都在几十纳米左右.图1为等离子体气化法制备纳米金属粉末的工艺流程图.等离子气化法的特点是[7-8]：等离子体中心温度高达30000℃以上，热效率高，蒸发速率高；等离子体分布区域小，温度梯度大，成核速率大；全封闭液体冷却装置，冷却速度快，生长速率大；在惰性气体的保护下生成的粉末纯度高.该方法生产流程短，一步即可获得产品，生产效率高；可实现连续给料，连续反应，连续制粉，容易进行规模化批量生产，生产成本低，以电能为消耗；生产过程容易控制，操作简单.这是等离子气化法制备纳米粒子的一个明显优势.用该方法制备的纳米金属粉末可获得比传统材料更优异的性能，有望成为新的功能材料.喷雾燃烧法是一种将金属熔体直接雾化燃烧以获得纳米级金属氧化物的新方法.由于金属氧化燃烧反应是氧原子与各个金属原子间的化合反应，则合金熔体在经雾化、燃烧后可获得复合的金属氧化物粉末.此工艺国外已经用于工业生产，但国内用于工业化生产还比较少，根据已发表的一些文献资料介绍，说已经用该方法先后成功制备出纳米Bi2O3、ZnO2、SnO2等金属氧化物粉[9].就制备纳米TIO粉[10]（化学成份：In2O3:SnO2=90:10(Wt%) 纯度：≥99.99%）来说，其方法是：将4N级以上纯金属铟和锡，按InO ：SnO2=95%-5%的比例放进陶瓷坩埚中，在200℃熔化成In-Sn合金熔体，然后把合金熔体加热至750℃，并引入雾化燃烧器中，通过雾化喷嘴用高压氧气进行雾化，形成雾滴平均直径约20nm的液雾，随即被点火在高温反应室中剧烈燃烧.所产生的氧化物气体进行快速冷却，最后进入收尘系统收集回收，便可以得到淡黄色纳米ITO粉.中南大学陈世柱等利用该方法成功制备出了成分配比均匀、粒度≤30nm的ITO粉，且In2O3的含量大于95%以上.据资料显示，该方法的效率很高，仅用48s就可以生产1KgITO粉，可见其效率是相当高的.该工艺由3个主要的工艺环节组成，即利用雾化燃烧装置借助高压纯氧将过热到一定高温的合金溶体进行高效雾化，合金液雾在反应室内的完全氧化燃烧及将燃烧产物进行急冷处理以获得纳米微粒.该工艺之所以能够快速制备出纳米级金属氧化物粉末，是因为一方面过热金属熔体的高效雾化增加了金属熔体与O2接触面积，有利于金属熔体的充分燃烧；另外，金属在燃烧时所形成的高温引起金属强烈挥发，出现金属蒸，所以在气相中将形成原子级别的氧化燃烧反应，反应产物及冷后便形成纳米粉末[11].而液雾滴径及雾场形态是合金液雾在燃烧过程中各金属原子与氧气原子是否充分化合即完全氧化的关键.下图为金属喷雾燃烧工艺的示意图[12]及工艺流程图.喷雾燃烧法的显著特点[12]是反应速度快，生产效率高，整个工艺过程中除氧气外，没有其他任何酸、碱、盐及水等物质参与反应，对环境不构成任何污染，尤具吸引力的是能够制备均匀混合的多相氧化物纳米粉体，即所谓复合粉体.此工艺的缺点是要求金属熔体过热度较高，目前仅限于制备低熔点金属的氧化物粉体,即使是低熔点金属，为了使金属熔体在雾化后能着火燃烧，也必须将其过热到数倍于熔点的温度.且对高压氧气加热的操作具有一定的危险性.依照纳米技术这门崭新技术发展的规律和纳米材料的定义，最先能得以应用的应当是纳米粒子，比如纳米金属粉末就具有不同于普通材料的光、电、磁、热力学和化学反应等方面的奇异性能，是一种重要的功能材料，得到广泛的应用.在化工方面，催化是纳米金属粉末应用的重要领域之一.利用纳米粉末的高比表面积与高活性可以显著的增进催化效果效率，国际上已作为第四代催化剂进行研究和开发.目前在石油化学工业中已将纳米粉体材料如铂黑、银、氧化铝、氧化铁等直接用于高分子聚合物氧化、还原及合成反应的催化剂.在粉末冶金方面，纳米粉末由于表面积和表面原子所占比例都很大，所以具有高的能量状态，在较低温度下便有强的烧结能力，是一种有效的烧结添加剂，可大幅度降低粉末冶金产品和高温陶瓷产品的烧结温度.在生物医学方面，可以利用它进行细胞分离、细胞染色以及利用它制成特殊药物或新型抗体进行局部定向治疗等.纳米材料在在电子工业领域的应用，格外突出.目前，所涉及的诱导电浆料、电极、压敏电阻静电屏蔽、磁流体、磁记录、磁存储器、吸波隐身材料、光导电体发光材料以及红外传感器等.在环保健康、光学等方面也都具有重要的应用.总之，纳米科技已经在应用上呈现出令人惊叹的结果，而且将成为将来的高新技术产业的源头.所以各国政府和科学家都很重视，西方发达国家政府和大的企业纷纷启动了发展纳米科技的研究计划.相信这将会成为最具竞争力的一个领域.20世纪60年代诺贝尔物理奖获得者Richaard P.Feynman提出了“超细粒子结构”的新概念.到70年代，诞生了“纳米技术”即在10-9～10-7m的尺度上安排原子或分子，80年代出现了扫描隧道显微镜和原子力显微镜，从而有可能从原子和分子水平上操纵物质，推动了纳米技术的发展.1990年在美国举办了第一届国际纳米科技会议，这标志着纳米技术趋于成熟.纳米材料作为物质存在的一种新状态，正逐渐被人们所认识.纳米材料的制备是当前纳米材料领域派生出来的含有丰富内涵的一个重要分支学科.纳米材料的制备与研究向各个领域的渗透日益广泛和深入，已扩展到包括化学、光学、电子学、磁学、机械学、结构及功能材料学等很多领域，有的已进入实用阶段.尽管我国在纳米粉末的制备上取得了很大的突破，但仍有许多理论与实践的问题有待研究，上面介绍的方法虽然已经可以成功的应用于纳米金属粉末的制备，但还是存在许多问题，有待解决.这些方法中，有的因反应条件的苛刻难以实现，有的投资太大而且产量太低，有的是制备了却难以收集，难以实现产业化.因此在制备的时候，我们要走出一条创新的科研之路.把两种或两种以上的方法结合起来使用，充分发挥各种方法的优点，从而获得优质的纳米金属粉末.随着科技大不断发展及人们对微观世界认识的不断提高，相信将来必定会出现更加完善的制粉技术.【相关文献】[1] 王世敏,许祖勋,傅晶.纳米材料制备技术[M] .北京：化学工业出版社, 2002：7．[2] Heath J R.Science.1995,270:1315.[3] 曹茂盛，关长斌，徐甲强.纳米材料导论[M] .哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2001：43.[4] 杜仕国.超微粉制备技术及其应用[J]．功能材料，1997，28（3）：239-241.[5] 李德元，赵文珍等.等离子技术在材料加工中的应用 [M].北京：机械工业出版社，2005.[6] 崔作林等.电弧等离子法制备的纳米α-Fe2O3器敏特性[J]．功能材料，1995，26（4）：321-325.[7] Li X G, China A ,Takaha Shi S .Preparetion ,Oxidation and magnetic properties of Fe-Cr ultrafine powders by hydrogen plasma-metal reaction [J] .J Magn Mater 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金属材料中的纳米技术应用教程

金属材料中的纳米技术应用教程引言：纳米技术是指在纳米尺度（1纳米等于十亿分之一米）上进行材料制备、加工和操作的科学和技术领域。

在金属材料中，纳米技术的应用可以显著改变其特性和性能，对于提高材料的强度、硬度、导电性等方面具有重要作用。

本篇文章将重点介绍金属材料中的纳米技术应用，包括纳米材料制备方法、纳米颗粒增强金属材料、纳米涂层技术等方面的内容。

1. 纳米材料制备方法1.1 气相沉积法气相沉积法是一种常用的纳米材料制备方法，其中化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）是两种常见的技术路线。

CVD通过在高温下使金属原子气体发生化学反应，将其沉积在基底表面形成纳米结构。

PVD则是通过蒸发或溅射技术将金属原子蒸发或溅射到基底上，形成纳米颗粒或纳米薄膜。

1.2 溶液法溶液法包括溶胶-凝胶法、电化学沉积法等。

溶胶-凝胶法是一种将溶胶通过溶剂的蒸发和凝胶反应形成固态纳米颗粒的方法。

电化学沉积法是利用电化学反应在电极表面上生成纳米结构的方法。

1.3 机械法机械法包括球磨法、挤压法等。

球磨法通过高能球磨机将金属粉末与球磨介质一起磨细，形成纳米颗粒。

挤压法则是将金属坯料通过特定的挤压装置施加高压，使其显微结构发生变化，形成纳米结构。

1.4 其他方法除了上述方法，还有电弧放电、激光烧结、化学还原法等各种纳米制备方法，具体的选择和应用取决于所需纳米材料的性质和用途。

2. 纳米颗粒增强金属材料2.1 纳米颗粒强化纳米颗粒强化是将纳米颗粒加入金属矩阵中，通过强化效应来提高材料的力学性能。

纳米颗粒可以通过溶液法、气相沉积法等方法制备，并与金属相互作用形成强化效应。

由于纳米颗粒的尺寸小，具有大比表面积和较高的位错密度，可以引导位错运动，增加材料的强度和硬度。

2.2 纳米晶材料纳米晶材料是指具有纳米级晶粒尺寸的单晶或多晶材料。

通过纳米材料制备方法，可以得到具有高密度位错和快速原子扩散的纳米晶材料。

纳米晶材料具有高强度、高硬度、较强形变能力等特点，广泛用于航空航天、汽车、电子等领域。

纳米金属复合粉末制备技术研究进展

ｈｏｖｎｉｎｌｅｈｉｕｓｔｒｐｒａｏｉｅｅａｏｏｉｅｐｗｄｒｉｃｕｅｍｅｈｎｃｌｌ－ｅｃｎｅｔｏａｃｎｑｅｏｐｅａｅｎｎｓｚｄｍｔｌｍｐｓｔｏｅｎｌｄｃａｉａｌｔｃａｏ
Ｋｅｒｙｗｏｄｓ
ｎｎｓｚｄｍｅａｏｅ，ｃｍｐｓｔｗｄｒｒｐｒｔｎａｏｉｅｔｌｐｗｄｒｏｏｉｐｅｏｅ，ｐｅａａｉｏ
纳米复合材料的概念是由ＲｅＫｏｒｅｉ２纪８ｙ和ｍａｎｎ在Ｏ世Ｏ年代初提出的，它是指组成相中至少有一相在一个维度上为纳米量级［。纳米金属复合粉末是尺寸为１ｌＯｍ的超细粉１］～Ｏｎ末，之其他纳米粉末具有更强烈的化学反应、较更快的烧结动力学、更高的电阻、强的矫顽力和微波吸收能力，更在医学ｌ、＿化２］学ｌ、＿国防及航空航天［等研究领域具有极其重要的应用价值。３］４］因此，开展纳米金属复合粉末的研究具有重要的学术意义和实
ｓａｃｒｇｅｓａｄｅｉｔｇｐｏｌｍｓｏｈｓｅｈｉｕｓａｅｒｖｅｄＭｏｅｖｒｏｅｔｌｔｃｎｑｅｄｆｅｓｅｒｈｐｏｒｓｎｘｓｉｒｂｅｆｔｅｅｔｃｎｑｅｒｅｉｗｅ．ｎｒｏｅ，ａｐｔｎｉｅｈｉｕｅｉｄａａｎｄｏｌｔｓｌｉｉｔｎｍｅｈｄｉｐｏｓｄａｔｉｕｉｇｔｔｒｄｍｉａｃ．ｓｄｓｈｕｕｅｒｓａｃｎｅｅｏｍｅｔｒｐｅｏｉｆａｉｔｏｓｒｐｅｔｒｂｔｏｉｐｅｏｎｎｅＢｅｉｅ，ｔｅｆｔｒｅｅｒｈａｄｄｖｌｐｎｄｃｏｏｎｓｐｏｐｃｆｔｉｔｃｎｑｅａｅｄｓｕｓｄｒｓｅｔｏｈｓｅｈｉｕｒｉｃｓｅ．

纳米材料制备方法综述

纳米材料制备方法综述摘要：纳米材料由于其特殊性质，近年来受到人们极大的关注。

随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日趋成熟。

纳米材料的制备方法按物态一般可归纳为气相法、液相法、固相法。

目前，各国科学家在纳米材料的研究方面已取得了显著的成果。

纳米材料将推动21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展, 对生产力的发展产生深远的影响。

关键字：纳米材料，制备，固相法，液相法，气相法近年来，纳米材料作为一种新型的材料得到了人们的广泛关注。

纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，具有表面与界面效应，量子尺寸效应，小尺寸效应和宏观量子隧道效应，因而纳米具有很多奇特的性能，广泛应用于各个领域。

为此，本文综述了纳米材料制备的各种方法并说明其优缺点。

目前纳米材料制备采用的方法按物态可分为：气相法、液相法和固相法。

一、气相法气相法是将高温的蒸汽在冷阱中冷凝或在衬底上沉积和生长低维纳米材料的方法。

气相法主要包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD），在某些情况下使用其他热源获得气源，如电阻加热法，高频感应电流加热法，混合等离子加热法，通电加热蒸发法。

1、物理气相沉积（PVD）在PVD过程中没有化学反应产生，其主要过程是固体材料的蒸发和蒸发蒸气的冷凝或沉积。

采用PVD可制备出高质量的纳米材料粉体。

PVD可分为制备出高质量的纳米粉体。

PVD可分为蒸气-冷凝法和溅射法。

1.1蒸气-冷凝法此种制备方法是在低压的Ar、He等惰性气体中加热物质（如金属等），使其蒸发汽化, 然后在气体介质中冷凝后形成5-100 nm的纳米微粒。

通过在纯净的惰性气体中的蒸发和冷凝过程获得较干净的纳米粉体。

此方法制备的颗粒表面清洁，颗粒度整齐，生长条件易于控制，但是粒径分布范围狭窄。

1.2溅射法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(40～250Pa)，两电极间施加的电压范围为0.3～1.5kv。

电沉积法制备纳米铜粉的研究

电沉积法制备纳米铜粉的研究一、介绍- 研究背景和意义- 研究目的和方法- 相关研究综述二、实验材料和方法- 实验材料介绍- 实验步骤- 实验设备介绍三、实验结果和分析- 纳米铜粉的制备情况- 分析纳米铜粉的结构性质- 分析纳米铜粉的电化学性质四、讨论- 结果解释和分析- 结论- 研究限制五、实验总结和展望- 实验总结- 未来研究方向- 集成实验的应用前景一、介绍电沉积法是一种常用的制备纳米金属粉末的方法。

与传统的物理化学方法相比，电沉积法具有操作简便、制备时间短、重复性好等优点。

尤其是能够控制纳米金属粉末的形貌和尺寸，因此在纳米材料的制备和应用中得到了广泛的应用。

纳米铜粉是一种独特的纳米材料，具有优异的导电、导热和抗氧化性能，可广泛应用于先进电子器件、热电材料和生物医学领域等。

因此，制备纳米铜粉成为了当前研究的热点之一。

本文旨在探究电沉积法制备纳米铜粉的研究。

首先介绍本研究的背景和意义，并明确本文的研究目的和方法。

同时，为了让读者更好理解研究内容，本文概述了相关研究的综述，包括电沉积法制备纳米金属粉的研究现状，以及纳米铜粉的制备方法和应用研究。

在整个文献调研阶段，我们发现，目前许多研究着眼于开发制备单分散、高纯度的纳米铜粉，以满足不同领域应用的需求。

电沉积法通过调控电流密度、电位和沉积时间等因素，可以精细地控制纳米铜粉的形貌和尺寸，并且具有高产率，能够较高效的大规模生产高纯度铜粉。

因此，本文利用电沉积法制备纳米铜粉是一种高效且经济的方法，值得深入研究。

本文主要研究内容是：利用电沉积法制备纳米铜粉，分别调制不同的电流密度，并研究其对纳米铜粉的形貌、尺寸和电化学性能的影响。

目的是探究合适的工艺条件，以获得尽量单分散、高纯度的纳米铜粉。

如果成功制备出高性能的纳米铜粉，可以应用在更多领域，如自行车和汽车零部件、高强度和高耐腐蚀性材料的制备，以及生物医学领域等。

二、实验材料和方法2.1 实验材料本研究所用的铜盐为氯化铜(CuCl2·2H2O)，分析纯度为99.9%。

纳米粉体的制备方法

纳米粉体的制备方法一、纳米粉体应具备的特性1、化学成分配比准确：尽量符合化学计量，避免烧结出现液相或阻碍烧结；2、纯度高：出现液相或影响电性能；3、成分分布均匀：尤其微量掺杂；4、粒度要细，尺寸分布范围要窄；结构均匀，密度高；5、无团聚体：软团聚，硬团聚。

二、制备方法分类化学法化学法是指通过适当的化学反应，从分子、原子、离子出发制备纳米物质，它包括化学气相沉积法、化学气相冷凝法、溶胶一凝胶法、水热法、沉淀法、冷冻干燥法等。

化学气相沉积(CVD)是迄今为止气相法制备纳米材料应用最为广泛的方法，该方法是在一个加热的衬底上，通过一种或几种气态元素或化合物产生的化学元素反应形成纳米材料的过程，该方法主要可分成热分解反应沉积和化学反应沉积。

该法具有均匀性好，可对整个基体进行沉积等优点。

其缺点是衬底温度高。

随着其它相关技术的发展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积门、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。

化学气相冷凝法(CVC)主要通过有机高分子热解获得纳米粉体，具体过程是先将反应室抽到或更高真空度，然后注入惰性气体He，使气压达到几百帕斯卡，反应物和载气He从外部系统先进入前部分的热磁控溅射CVD装置由化学反应得到反应物产物的前驱体，然后通过对流达到后部分的转筒式骤冷器，用于冷却和收集合成的纳米微粒。

化学沉淀法是在金属盐类的水溶液中控制适当的条件使沉淀剂与金属离子反应，产生水合氧化物或难溶化合物，使溶液转化为沉淀，然后经分离、干燥或热分解而得到纳米级超微粒。

化学沉淀法可分为直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法和醇盐水解沉淀法。

物理法早期的物理制备方法是将较粗的物质粉碎，如低温粉碎法、超声波粉碎法、冲击波粉碎法、蒸气快速冷却法、蒸气快速油面法等等。

近年来发展了一些新的物理方法，如旋转涂层法将聚苯乙烯微球涂敷到基片上，由于转速不同，可以得到不同的空隙度．然后用物理气相沉积法在其表面上抗积一层膜，经过热处理，即可得到纳米颗粒的阵列。

纳米粉体制备方法总结

纳米粉体制备方法总结1、化学沉淀法：沉淀法主要包括共沉淀法、均匀沉淀法、多元醇为介质的沉淀法、沉淀转化化、直接沉淀法等。

共沉淀法在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，使金属离子完全沉淀的方法称为共沉淀法共沉淀法.可制备BaTiO3、PbTiO3等PZT系电子陶瓷及ZrO2等粉体.与传统的固相反应法相比，共沉淀法可避免引入对材料性能不利的有害杂质，生成的粉末具有较高的化学均匀性，粒度较细，颗粒尺寸分布较窄且具有一定形貌。

均匀沉淀法在溶液中加入某种能缓慢生成沉淀剂的物质，使溶液中的沉淀均匀出现，称为均匀沉淀法本法克服了由外部向溶液中直接加入沉淀剂而造成水热合成反应釜沉淀剂的局部不均匀性本法多数在金属盐溶液中采用尿素热分解生成沉淀剂NH4OH，促使沉淀均匀生成制备的粉体有Al、Zr、Fe、Sn的氢氧化物[12-17]及Nd2(CO3)3等。

多元醇沉淀法许多无机化合物可溶于多元醇，由于多元醇具有较高的沸点，可大于100°C，因此可用高温强制水解反应制备纳米颗粒[20]例如Zn(HAC)2·2H2O溶于一缩二乙醇(DEG)，于100-220°C 下强制水解可制得单分散球形ZnO纳米粒子又如使酸化的FeCl3—乙二醇—水体系强制水解可制得均匀的Fe(III)氧化物胶粒。

沉淀转化法本法依据化合物之间溶解度的不同，通过改变沉淀转化剂的浓度、转化温度以及表面活性剂来控制颗粒生长和防止颗粒团聚例如：以Cu(NO3)2·3H2ONi(NO3)2·6H2O为原料，分别以Na2CO3、NaC2O4为沉淀剂，加入一定量表面活性剂，加热搅拌，分别以NaC2O3、NaOH为沉淀转化剂，可制得CuO、Ni(OH)2、NiO超细粉末。

该法工艺流程短，操作简便，但制备的化合物仅局限于少数金属氧化物和氢氧化物。

2、化学还原法水溶液还原法采用水合肼、葡萄糖、硼氢化钠(钾)等还原剂，在水溶液中制备超细金属粉末或非晶合金粉末，并利用高分子保护PVP阻止颗炷团聚及减小晶粒尺寸。

纳米ZnO的化学制备方法综述

纳米ＺｎＯ硇化学制备方法综述
德州第一中学
［摘
王俊勇
要］ｚｎＯｆ是一种新型的宽禁带半导体材料，室温禁带宽度为３．２ｅＶ，六角纤锌矿型晶体结构，属六方晶系，为极性晶体，具有很
高的导电、导热性能和化学稳定性及良好的紫外吸收性能，广泛应用于橡胶、陶瓷、日用化工、涂料等方面，可以用来制造橡胶添加剂、气体传感器、紫外线遮蔽材料、变压器和多种光学装置，并且有望在抗茵、净化空气、污水处理中发挥巨大的作用。化学法是在控制
条件下，从原子或分子的成核，生成或凝聚成具有一定尺寸形状的粒子，常见的化学方法有固相法、液相法和气相法。［关键词】ＺｎＯ化学方法制备纳米反应可以完成某些有机反应或对一些危害人类生存环境的有机废弃物进行处理以及在相对较低的温度下完成某些陶瓷材料的烧结等。ＬｉＷｅｎｉｕｎ［Ｉ等以Ｚｎ（ＣＨ，ＣＯＯ）和氨水为原料，在１５０ — ２５０ｑＣ下利用水热法制备出１５ — ９００ｎｍ左右ＺｎＯ纳米粒子，粒子形貌为棒球状。李本林等１用１．０ｍｏ１／１的Ｚｎ（ＮＯ，）溶液和２．０ｍｏｌ／ｌ的ＫＯＨ溶液，向Ｚｎ（ＮＯ，）溶液中滴加完ＫＯＨ溶液，调节溶液的ｐＨ值为９－１３，然后继续搅拌ｌＯｍｉｎ。在高压不锈钢反应釜内，充入氮气，形成一定初压，升温至１５０ — ２５０ｏＣ，保温反应２ — ６ｈ，然后冷却到室温，所得沉淀物用去离子水洗涤３次，过滤、干燥得最终产物。该实验方法讨论了溶液的ｐＨ值、水热反应温度、水热反应时间和水热反应的初压（与反应系统压力相关联）４个条件对纳米氧化锌质量的影响。并最终得出水热法低成本生产纳米氧化锌的工艺条件为ｐＨ值为ｌ０，水热反应温度为２００ ℃，水热反应时间为４ｈ。产品干燥温度为１１５ ℃，产品干燥时间为２ｈ。刘长友” Ｏｌ等以ｚｎ（ＮＯ，）・６ＨＯ和ＮＨ・Ｈ：Ｏ为原料，采用水热法成功的制备了菜花状结构的ＺｎＯ纳米棒束，纳米棒呈放射状排列。分析认为，ＮＨ・Ｈ０浓度影响了前驱体在体系中的存在形式，导致体系均匀性发生变化，改变了ＺｎＯ晶体的生长环境，从而影响了ＺｎＯ的形貌；碱性条件下，ＮＨ．Ｈ０的还原性影响了ＺｎＯ的成核过程，使制得的ＺｎＯ具有放射状的形貌特征。实验结果及分析表明，控制溶液中的Ｎ：Ｈ・Ｈ：０浓度是合成菜花状纳米棒束的关键。２＿３微乳液法微乳液法是两种互不相溶的溶剂，在表面活性剂作用下形成乳液，在微泡中经成核、凝结、团聚、热处理后得至纳米微粒。与其它化学法相比，微乳液法具有微粒小易聚结、大小可控且分散性好等优点。张海平等用正己醇，环己烷，水溶液（硝酸锌）体系Ｗ／Ｏ微乳液中滴加氨水，采用微乳液法，在不同焙烧温度下制取了ＺｎＯ超细粉末。超细粉末是指尺寸介于分子原子与块状材料之间，一般指粒径小于１００ｎｍ的微小固体粒子，包括金属、非金属、有机Ｘ — Ｒａｙ衍射和透射电镜对ＺｎＯ微粉进行了分析。实验结果表明：乳化温度、表面活性剂与助表面活性剂之比及水相的性质对体系相图有影响；焙烧温度影响粒子的大小（粒径随焙烧温度影响的升高呈增大的趋势）。从而得出生产氧化锌的最佳工艺条件为：乳化温度为３Ｏ ℃，表面活性剂ＴｒｉｔｏｎＸ一１００与助表面活性剂正己醇之比为３：２，水相为０．７５Ｍ的Ｚｎ（ＮＯ，）水溶液。２．４溶胶—凝胶法溶胶—凝胶法［２１是指金属有机或无机化合物经过溶胶、凝胶化和热处理形成氧化物或其它固体化合物的方法。其过程是：用液体化学试剂（或粉状试剂溶于溶剂）或溶胶为反应物，在液相中均匀混合并进行反应，生成稳定且无沉淀的溶胶体系。放置一定时间后转变为凝胶，经脱水处理，在溶胶或凝胶状态下成型为制品，再在略低于传统的温度下烧结。溶胶一凝胶法具有反应易进行且温度低，可制备高纯或超纯氧化物，容易制备掺杂型氧化物，易制备各种膜、纤维或沉积材料等特点。曹建明［１２１采用溶胶一凝胶法，以无水乙醇、醋酸为原料，分别以草酸、柠檬酸和柠檬酸三铵为络合剂制得了平均晶粒尺寸在１７ｎｍ左右的六方晶型纳米ＺｎＯ。由激光散射测试结果得知，ＺｎＯ纳米颗粒在水溶液中存在软团聚，团聚体平均尺寸在２５０ｎｍ左右。由电化学性质测定结果可知：纳米ＺｎＯ微粉压制陶瓷的电阻值比常规ＺｎＯ粉末压制的陶瓷高了近一个数量级，介电常数普遍较大，呈现非线性的伏安特性。兰伟等以二水醋酸锌为原料，使用溶胶——凝胶法在硅衬底上旋转涂敷得到ＺｎＯ薄膜，采用傅立叶变换红外光谱和ｘ射线衍射（ＸＲＤ）分析经Ｎ：、空气、０不同气氛４００％退火ＺｎＯ薄膜的成分和结构差异；使用

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摘要纳米粉末具有特殊性质, 并在各个领域得到广泛应用。

本文详细介绍了制备纳米粉末的方法, 如机械法、物理法和化学法，和这些方法的原理、技术特点、研究进展和局限性。

最后提出目前仍需解决的一些问题并对纳米金属粉末新的制备方法做出展望。

关键词纳米粉末;制备方法;机械法;物理法;化学法一．绪论超细粉末的概念于20世纪60年代提出,粉末的粒度一般要求小0.1um( 100nm),即在1~ 100nm间,故超细粉末又称作纳米粉末。

由于纳米微粒本身的结构与常规材料不同,所以具有许多新奇的特性。

比如纳米金属粉末就具有不同普通材料的光、电、磁、热力学和化学反应等方面的奇异性能, 是一种重要的功能材料,具有广泛的应用前景。

现已在国防、化工、轻工、航天、冶金等领域得到重要应用,因而引起了人们的注意。

80年代以来, 纳米粉末作为一种新型材料,已引起了各国政府及科学家的极大重视,美国、日本、西欧等发达国家都将其列入发展高技术的计划中,投入了相当的人力和物力,例如美国的“星球大战”计划、西欧各国的“尤里卡”计划、日本 1981 年开始实施的“高技术探索研究”计划以及我国的“863”计划,都列入了纳米材料的研究和开发。

目前一些纳米粉末,如钛酸钡、氮化硅、氧化锆等已经实现了商品化。

我国在纳米粉末研究方面起步较晚,80年代后期才开始比较系统的研制开发。

近年来取得一些成效,特别是一些大学和研究所在理论研究和实验室规模中试水平上有了较大的发展。

但总的说来,我国在这一领域与世界先进水平相比, 仍有一定差距。

本文将重点介绍目前已研究的纳米粉末的制备方法。

二．方法综述2.1机械法机械法就是借助于机械力将大块金属破碎成所需粒径粉末的一种加工方法。

按照机械力的不同可将其分为机械冲击式粉碎法、气流磨粉碎法、球磨法和超声波粉碎法等。

目前普遍使用的方法还是球磨法和气流磨粉碎法,其优点是工艺简单、产量大,可以制备一些常规方法难以得到的高熔点金属和合金的超细纳米粉末。

2. 1. 1球磨法球磨法主要分为滚动球法和振动球磨法。

该方法利用了金属颗粒在不同的应变速率下因产生变形而破碎细化的机理。

其优点是对物料的选择性不强,可连续操作,生产效率高,适用于干磨、湿磨,可以进行多种金属及合金的粉末制备。

缺点是在粉末制备过程中分级比较困难。

2. 1. 2气流磨粉碎法气流磨粉碎法是目前制备磁性材料粉末应用最广的方法。

具体的工艺过程为:压缩气体经过特殊设计的喷嘴后,被加速为超音速气流,喷射到研磨机的中心研磨区,从而带动研磨区内的物料互相碰撞,使粉末粉碎变细;气流膨胀后随物料上升进入分级区,由涡轮式分级器分选出达到粒度的物料,其余粗粉返回研磨区继续研磨, 直至达到要求的粒度被分出为止。

整个生产过程可以连续自动运行,并通过分级轮转速的调节来控制粉末粒径大小(平均粒度在3～ 8 μ m)。

气流磨粉碎法适于大批量工业化生产,工艺成熟。

缺点是在金属粉末的生产过程中,必须使用连续不断的惰性气体或氮气作为压缩气源,耗气量较大;只适合脆性金属及合金的破碎制粉。

2.2物理法物理法一般是通过高温、高压将块状金属材料熔化,并破碎成细小的液滴,并在收集器内冷凝而得到超细金属粉末,该过程不发生化学变化。

目前应用的物理法很多,本文主要介绍以下几种。

2.2.1等离子旋转电极法等离子旋转电极法的原理是将金属或合金制成特定规格的棒料,然后装入旋转模腔,再将等离子枪移至棒料前,在等离子束的作用下,棒料端部开始熔化,形成的液体受到离心力和液体表面张力的双重作用,被破碎成液滴飞离电极棒,最终冷凝成球形金属粉末。

该方法根据电极转速和等离子弧电流的大小调节控制粉末粒径。

优点是所得粉末球度好,氧含量低;缺点是超细粉末不易制取,每批次的材料利用率不高。

2.2.2低压气体中蒸发法该法是在低压的惰性气体(比如:氩气,氮气)中加热金属,使其蒸发后形成纳米粉末。

加热源一般有以下几种:(1)电阻加热;(2)等离子喷射;(3)高频感应;(4)电子束;(5)激光; (6) 辉光等等。

电阻加热蒸发法是比较传统的方法, 适用于熔点不太高的金属。

目前有人采用石墨电阻加热器, 在 66．7~533．3Pa的氩气中蒸发了Al、Mg、Zn、Fe、Ni、Ca 等金属, 得到了10nm 左右的纳米粉末。

等离子法根据具体工艺的不同又可以分为熔融蒸发法、粉末蒸发法、活性等离子弧蒸发法。

运用粉末蒸发法可以制备几乎所有的金属纳米粉末。

现在有人用活性等离子弧蒸发法制备了粒径在 8~ 8nm 范围内变化的高纯 TiN 纳米粉末。

清华大学的王加龙等人用直流等离子法,采用5~ 40微米的 Zn 粉作为原料制备了粒径小于50nm 的 ZnO 粉末。

激光加热法首先是由日本人提出的,该法是将连续的高能量密度CO2激光通过窗户照射到金属样品上使其蒸发而制备纳米粉末。

在0．54~ 87kPa 的 He、Ar、 Xe气氛中,用 100W 的CO2激光束,可以制得金属氧化物的纳米粉末。

2.2.3 溅射法该法是用两块金属板分别作为阳极和阴极,阴极为蒸发用的材料,在两极间充入氩。

在一定的电压下, 两极间的辉光放电形成氩离子, 在电场作用下氩离子冲击阴极靶材表面, 使靶材原子从其表面蒸发出来形成纳米粒子。

用这种方法可以制备多种纳米金属, 而且可以通过加大被溅射的阴极表面来提高纳米微粒的获得量。

缺点就是投资比较大。

2.2.4雾化法该法分为普通雾化法和快速凝固雾化法,前者主要用于传统工业中生产一些普通铁钢粉。

而采用快速凝固工艺是由金属熔体直接雾化获得金属粉末的方法可以制备纳米金属粉末。

尤其使用于不锈钢纳米粉末的制备。

该法一般分为三个阶段:(1)先将金属熔融成为液态;(2)使液态金属在雾化室里雾化分散为微小的液滴;(3)将液滴迅速冷凝形成固体粉末。

2.2.5机械合金化机械合金化是美国 Benjamin 等于1969年研制成功的一种制粉技术，通过两种或两种以上的金属或非金属粉体的球磨，在固态下完成固相反应和相变，获得细晶合金粉体。

目前机械合金化广泛用于制备纳米晶、准晶、金属间化合物和非晶合金等亚稳材料。

HililArik 研究了机械合金化工艺参数对Si3N4颗粒对于铝基复合材料力学性能的影响。

MostaanH研究了机械和进化过程中形成 NbAl3金属间化合物的形成机理。

张宏等采用机械合金化制备了Sn-Cu合金超细粉体，粒径为1～3μm。

陈维平采用机械合金化制备了钛基非晶粉末。

何培研究了转速和球磨时间对于氧化物弥散强化合金粉末的微观形貌和结构的影响。

2.3化学法该法是指在粉末的制备过程中要发生化学变化,一般是通过氧化还原、水解等等方式获得纳米粉末。

目前使用该法已经制备出了高纯纳米金属粉末。

但同样要面对收集难的问题。

应用于制备纳米金属粉末的化学法很多,不能一一介绍,主要介绍常用的以下几种。

2.3.1溶胶 -凝胶法溶胶 -凝胶法是20 世纪60年代发展起来的一种制备玻璃、陶瓷等无机材料的新工艺, 近年来许多人用来制备纳米粉末。

其基本原理是: 将金属醇盐或无机盐在一定条件下控制水解, 不产生沉淀而形成溶胶,然后使溶质聚合凝胶化, 再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分, 最后得到金属纳米粉末。

该法的优缺点有:化学均匀性好;纯度高;粉末细;可容纳不溶性组分或不沉淀组分;粉末之间的烧结性差;干燥时收缩大。

2.3.2激光诱导化学气相沉积LICVD制备纳米粉末是近几年来兴起来的制备纳米粉末的一种方法。

以激光为加热热源,诱发气相反应来合成纳米粉末。

主要用于合成一些用常规办法难以获得的化合物纳米粉末,如: SiC, Si3N4,B4C 等。

但也可以用来制备单质金属粉末,如银粉和铜粉等。

激光制备纳米粉的基本原理是利用反应气体分子( 或光敏剂分子)对特定波长激光束的吸收, 引起反应气体分子激光光解( 紫外光解或红外光子光解)、激光热解、激光光敏化和激光诱导化学合成反应,在一定工艺条件下( 激光功率密度、反应池压力、反应气体配比和流速、反应温度等),获得纳米粉末。

该法具有清洁表面、粒子大小可精确控制、无粘结,粒度分布均匀等优点,并容易制备出粒径几纳米至几十微米的非晶态或晶态粉末。

缺点是制备成本高、产率低。

2.3.3水热法(高温水解法)水热法是指在高温高压下,在水( 水溶液) 或水蒸汽等流体中进行有关化学反应来达到制备纳米粉末目的的方法。

用该法制备的超细粉末已经达到数纳米的水平。

根据反应类型的不同可以分为水解氧化、水热沉淀、水热合成、水热还原、水热分解、水热结晶。

该法工艺简单,易于控制且纯度高、粒度细。

近年来备受关注。

目前用它制备纳米粉末的实际例子很多。

陶昌源等报道,用碱式碳酸镍及氢氧化镍水热还原工艺,可以成功的制备出最小粒径为30nm的镍粉。

2.3.4液相化学还原法该法是制备金属纳米粉末常用方法。

它主要通过液相氧化还原反应来制备金属纳米材料。

该法具有制粉成本低、设备要求不高、工艺参数容易控制等优点。

易于实现工业化大生产。

2.3.5电解法电解法在粉末生产中具有重要作用，但耗电较多，成本比还原粉和雾化粉高，因此限制了其应用。

电解制粉可分为：直接沉积电解熔盐电解和液体金属阴极电解，其中用的较多的是水溶液电解和熔盐电解，熔盐电解主要是用来制取一些稀有难熔金属粉末。

电解沉积法所生产的金属或合金粉末纯度高，颗粒呈树枝状。

用电解法可生产 Ni、Fe、Ag、Sn、Pb、Cr 、Mn 及 Cu-Zn、Cu-Ni、Fe-Ni 等多种金属和合金粉末，粉末粒径均匀，颗粒平均大小为80nm。

王旭采用熔盐电解法制备了CaB6，粉末粒度为 2～8μm，颗粒为规则长方体。

2.3.6无机聚合物型溶胶－凝胶法( 醇盐水解法)该法是传统胶体型溶胶凝胶法进一步发展得到的,即金属醇盐水解法,是利用金属醇盐的水解、聚合反应得到无机高分子集合体,其颗粒尺寸约2~ 5nm, 处于溶胶范围内,再经凝胶固化、干燥、煅烧可制得纳米粉末。

该法优点是制得颗粒尺寸小,分布范围窄,团聚轻,烧结活性高等,但缺点是原料昂贵,成本太高,因此只局限于实验室研究用。

2.3.7络合物型溶胶－凝胶法该法是将某种络合剂与金属离子反应生成可溶性络合物,经缓慢蒸发溶剂得到溶胶、凝胶, 再经干燥、煅烧即得纳米粉末。

该法具有传统的溶胶－凝胶法的优点,且粉末成分均匀可控,成本较低,并且可用于制备含碱金属或碱土金属的多组分复合纳米粉末。

王零森等人用 EDTA 络合物性溶胶－凝胶法制备了平均粒径为10nm的ZrO2－8% Y2O3 纳米粉末。

有人用 EDTA 做络合剂, 制得 PZT 纳米粉末。

该方法目前正受到越来越多的重视。

三．结语以上对已公开发表的制造纳米粉末的方法进行了分类和介绍。

尽管目前对纳米粒子的制造方法研究的已经很多,但仍上述的方法中,有的因反应条件苛刻(如高温、高压和设备复杂、成本高等)难以实现工业化生产,现在还只停留于做理论上的探讨;有的方法适合用于制备一些常规方法难以制取的或实际需求量比较少的金属粉末(如气相沉积法、雾化法、气相还原法等)。