纳米粉体材料的制备共53页文档
纳米粉体材料的制备
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Preparation of nanoparticles
（一）溶胶制备工艺
1、 有机途径
组成： 母体——醇盐，浓度10~50%；
溶剂——乙醇； 催化剂——盐酸、醋酸等 螯合剂——乙酰丙酮 水——用量一定要控制
特点：水、溶剂挥发，干燥龟裂；
薄膜厚度受限； 但可反复涂覆。
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Preparation of nanoparticles
优缺点
A 样品的晶型结构完整，原料便宜；
B 设备简单、适于批量生产；
C 粉末易团聚，制备较为困难。
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Preparation of nanoparticles
2) 水热法(高温水解法)
定义：指在高温（100~1000℃）高压（10~100Mpa）下，利用
溶液中物质化学反应进行的合成。
水的作用：作为一种组分参与反应（即是溶剂又是矿化
研究进展：己制备出多种单质、无机化合物和复合材料超细微粉
末；目前已进入规模生产阶段，美国的MIT(麻省理工学)于1986 年已建成年产几十吨的装置。
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Preparation of nanoparticles
4 液相法 特点：化学组成可控 → 高纯、均相 成核速度可控 → 合成温度低 形状大小可控 → 纳米颗粒
分类：溶胶凝胶法；沉淀法；水热法等。
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Preparation of nanoparticles
1）沉淀-共沉淀法
定义：含阳离子的溶液中加入沉淀剂后，使离子沉淀的 方法。（以沉淀反应为基础） 分类： 单组分沉淀：溶液只含一种阳离子，得到单组分沉淀。 单相共沉淀：溶液含多种阳离子，沉淀为化合物 （固溶体）。 共沉淀：溶液中含多种阳离子，沉淀产物为混合物。
纳米粉体的制备(气相方法)
§3.1.1 气体冷凝法
• 根据加热源进行分类： 不同的加热方法制备出的超微粒的量、品种、粒径 大小及分布等存在一些差别。 • • • • • • • 1）电阻加热； 2）高频感应加热； 3）阴极溅射加热； 4）激光加热； 5）微波加热； 6）等离子体加热 ……
气体冷凝法根据加热源分类
• (1) 电阻加热：(电阻丝) • 电阻加热法通常使用螺旋纤维或舟状的电阻发 热体。如图
• 采用等离子体加热蒸发法可以制备出金属、合 金或金属化合物纳米粒子的优点： • 等离子体温度高，几乎可以制取任何金属的微 粒。 • 金属或合金可以直接蒸发、急冷而形成原物质 的纳米粒子，为纯粹的物理过程；而金属化合 物，如氧化物、碳化物、氮化物的制备，一般 需经过金属蒸发化学反应急冷，最后形成 金属化合物纳米粒子。 • 缺点：等离子体喷射的射流容易将金属熔融物 质本身吹飞，这是工业中应解决的技术难点。
气体冷凝法根据加热源分类
(3) 溅射法
• 溅射法制备纳米微粒的原理：如图 • 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。 • 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。
• ② 影响因素： • SiC超微粒的获得量随电流的增大而增多。 例如，在400 Pa的Ar气中，当电流为400 A， SiC超微粒的收率为约0.58 g/min。 • 惰性气体种类不同超微粒的大小也不同。 He气中形成的SiC为小球形，Ar气中为大颗粒。 • 用此种方法还可以制备Cr，Ti，V，Zr等结晶 性碳化物纳米微粒，而Mo，Nb，Ta和W等高 熔点金属只能得到非晶态纳米微粒。
材料制备技术纳米粉体材料的合成
6.1 纳米粉体材料的制备
6.1.2 溶液法制备纳米粒子
Fe3+盐乳液
除去水相
沉淀剂 NaOH
水/油微乳液及过量水的混合液
回流
有机相
400℃
Fe2O3有机溶胶
蒸干
Fe2O3纳米粒子
除去表面活性剂
纯Fe2O3纳米粒子
微乳液法制备Fe2O3纳米粉末的流程
6.1 纳米粉体材料的制备
共沉淀法是把沉淀剂加入混合后的金属盐溶液中， 促使各组分均匀混合沉淀，然后加热分解以获得纳 米粒子。
均匀沉淀法是控制沉淀剂的生成速度，来控制粒子的 生长速度，使得生成的超微粒子的团聚现象大大减小。 例如以尿素作为沉淀剂：
6.1 纳米粉体材料的制备
6.1.2 溶液法制备纳米粒子
2. 络合沉淀法 所谓络合沉淀法是在由络合剂存在下，控制晶 核生长制备超细粉体的方法。 加入螫合剂乙二胺四乙酸使CaCO3粒子只能 沿着着某些方向生长，再加入盐类则起到部 分除去螫合剂的作用。
6.1 纳米粉体材料的制备
6.1.1 固态法制备纳米粒子
1. 机械合金法（高能球磨法） 该法于1988年首先由日本京都大学报导，并用此法 制备出纳米Al-Fe合金。 优点：不需要昂贵设备；工艺简单。 基本操作 （以WC为例） 1. 用纯度优于99％的粉状石墨和钨粉，配成原子 比为W50C50的混合粉末；
6.1.2 溶液法制备纳米粒子
3. 冷冻干燥法 冷冻干燥法是先使欲干燥的溶液喷雾冷冻，然后在 低温、低压下真空干燥，将溶剂直接升华除去后得 到纳米粒子。 采用冷冻干燥法时首先选择好起始金属盐溶液，其原 则是：①所需组分能溶于水或其它适当的溶剂，除了 真溶液，也可使用胶体。②不易在过冷状态下形成玻 璃态；．③有利于喷雾；④热分解温度适当。
《纳米粉体制备》课件
纳米粉体制备在材料科学领域的应用
增强材料性能
纳米粉体可以增强材料的 力学、热学、电学等性能 ，如提高金属材料的强度 和韧性，改善塑料的耐热
性和阻隔性。
制备高性能复合材料
通过纳米粉体制备技术， 可以将不同性质的纳米粒 子均匀分散在基体中，制 备出高性能的复合材料。
发展新型功能材料
利用纳米粉体制备技术， 可以开发出新型的功能材 料，如光催化材料、超导
生物法制备纳米粉体的优缺点
• 生物法制备纳米粉体具有环保、高效、可大规模生产等优点， 同时能够制备出结构独特、性能优异的纳米粉体。然而，生物 法制备纳米粉体也存在一些缺点，如生产成本高、产品批次间 稳定性差、反应条件难以控制等。因此，在实际应用中需要根 据具体需求和条件选择合适的制备方法。
05
纳米粉体制备的应用与前景
《纳米粉体制备》PPT课件
CONTENTS
• 纳米粉体制备概述 • 物理法制备纳米粉体 • 化学法制备纳米粉体 • 生物法制备纳米粉体 • 纳米粉体制备的应用与前景
01
纳米粉体制备概述
纳米粉体的定义与特性
纳米粉体定义
纳米粉体是一种粒径在纳米级别 （1-100纳米）的粉末材料，具 有独特的物理、化学和机械性能 。
机械研磨法
总结词
通过球磨或振动研磨的方式，使原料在 机械力的作用下破碎成纳米级颗粒，通 常需要与其他方法结合使用，如热处理 或化学处理。
VS
详细描述
机械研磨法是一种制备纳米粉体的方法， 其中原料在球磨或振动研磨的作用下被破 碎成纳米级颗粒。该方法通常需要与其他 方法结合使用，如热处理或化学处理，以 进一步优化纳米粉体的性能。机械研磨法 具有设备简单、操作方便、成本低等优点 ，但制备的纳米粉体粒径分布较宽。
ZnO纳米粉体材料的制备
实 验 2 ZnO 纳米粉体材料的制备（一）实验类型：综合性（二）实验类别：设计性实验（三）实验学时数：16（四）实验目的（1）掌握沉淀法制备纳米粉体的工作原理。
（2）了解X-射线粉末衍射仪鉴定物相的原理。
（五）实验原理纳米ZnO 是一种新型高功能精细无机材料, 其粒径介于1～ 100 nm 之间，又称为超微细ZnO 。
由于颗粒尺寸的细微化，使得纳米ZnO 产生了其本体块状材料所不具备的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等，因而使得纳米ZnO 在磁、光、电、敏感等方面具有一些特殊的性能, 主要用来制造气体传感器、荧光体、紫外线遮蔽材料、变阻器、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。
合成纳米ZnO 的方法有多种，沉淀法工艺简单,成本低, 便于实现工业化生产。
合成纳米ZnO 的方法有多种，本实验采用化学沉淀法是在可溶性锌盐溶液中加入沉淀剂后，于一定条件下生成沉淀从溶液中析出，将阴离子洗去，经分离、干燥、热处理后，得到纳米氧化锌。
该方法操作简单，对设备和技术要求不太苛刻，产品纯度高，不易引入杂质，成本低。
X-射线粉末衍射仪是分析材料晶体结构的重要工具。
晶体的Ｘ射线衍射图象实质上是晶体微观结构形象的一种精细复杂的变换。
由于每一种结晶物质，都有其特定的结构参数，包括点阵类型、晶胞大小、单胞中原子(离子或分子)数目及位置等，而晶体物质的这些特定参数，反映在衍射图上机表现出衍射线条的数目、位置及相对强度各不相同。
因此，每种晶态物质与其Ｘ射线衍射图之间有着一一对应的关系。
任何一种晶态物质都有自己独立的Ｘ射线衍射图，不会因为他种物质混聚在一起而产生变化。
这就是Ｘ射线衍射物相定性分析的方法的依据。
根据粉体X-射线衍射图得到的相关数据，利用谢乐公式（如下），可以计算纳米粒子的晶粒尺寸。
0.89cos D λβθ=（λ为X 射线的波长，β为最强峰的半峰宽，θ 为衍射角）（六）实验内容1. 制备以Zn(NO 3)2·6H 2O 与NH 4HCO 3为原料，聚乙二醇（PEG 600）为模板剂，采用直接沉淀法将制得的沉淀，洗涤后经煅烧制备纳米ZnO 。
纳米粉体制备方法总结文档(最新版)
纳米粉体制备方法总结文档(最新版)Summary document on preparation methods of nano powder (latest edition)汇报人：JinTai College纳米粉体制备方法总结文档(最新版)前言：本文档根据题材书写内容要求展开，具有实践指导意义，适用于组织或个人。
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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。
第八章 溶胶-凝胶法制备纳米粉体
• 5 陈化时间的影响 凝胶在陈化的过程中， 凝胶在陈化的过程中，由于粒子接触时的曲率半径不 导致它们的溶解度产生区别。另外， 同，导致它们的溶解度产生区别。另外，在陈化过程中凝 胶还会发生Ostward熟化，即大小粒子因溶解度的不同而 熟化， 胶还会发生 熟化 造成的平均粒径的增加。陈化时间过短， 造成的平均粒径的增加。陈化时间过短，颗粒尺寸分布不 均匀；时间过长，粒子长大、团聚，不易形成超细结构， 均匀；时间过长，粒子长大、团聚，不易形成超细结构， 因此陈化时间的选择对粉体的微观结构非常重要。 因此陈化时间的选择对粉体的微观结构非常重要。随陈化 时间的增加，在一段时间以内，粒子缓慢生长， 时间的增加，在一段时间以内，粒子缓慢生长，随陈化时 间的延长，粉体的粒径显著增大。 间的延长，粉体的粒径显著增大。 • 6 凝胶干燥条件的影响 凝胶经过干燥才能够得到所需的颗粒粉体。 凝胶经过干燥才能够得到所需的颗粒粉体。与普通粉 体干燥有所不同的是Gel干燥阶段体积收缩会导致组织结 体干燥有所不同的是 干燥阶段体积收缩会导致组织结 构损坏并影响超细颗粒的性能。 构损坏并影响超细颗粒的性能。
粉体名称 SiO2， Al2O3 TiO2， ZrO2 BaTiO3， LiNbO3， SnO2 α-Fe2O3 ZnO SiC 羟基磷灰石(HAP) 羟基磷灰石 YBa2Cu3O7-δ LaCoO3 3A12O3·2SiO2 La0 .8 Sr0 .2 FeO3 ZnS， CdS ， (Pb，La) (Zr，Ti)O3 ， ， 主要用途 光纤、陶瓷、玻璃、 光纤、陶瓷、玻璃、催化剂载体等 陶瓷、光纤、 陶瓷、光纤、催化剂等 电容器、 电容器、铁电材料等 气敏材料 磁粉 导电材料、 导电材料、发光材料 耐火材料， 耐火材料，磨具等 陶瓷粉体， 陶瓷粉体，生物活性材料 高临界温度超导材料 气敏材料， 气敏材料，催化剂 耐火材料， 耐火材料，添加剂 气敏材料 半导体 光敏阀门， 光敏阀门，光电显示器
第三章3 纳米粉体制备
反应类型划分： 按体系反应类型可将此方法分为气相分解 和气相合成两类； 按反应前物料状态划分，又可分为气-气反 应法、气-固反应法和气-液反应法。 要使化学反应发生还必须活化反应系的分 子。 通常活化方式有：电阻炉加热、化学火焰 加热、等离子体加热、激光诱导、γ射线辐 射等多种方法。
单相共沉淀:沉淀物为单一化合物或单相固溶体，也称 化合物沉淀法，特点是沉淀物具有在原子尺度上的组 成均匀性。如在Ba、Ti的硝酸盐溶液中加入草酸沉淀 剂后，形成了单相化合物BaTiO(C2O4)24H2O沉淀， 对进而生成BaTiO3微粉具有重要意义。 形成单一化合物可以使中间沉淀物具有低温反应活性 混合物共沉淀：沉淀过程中，溶液中不同种类的金属 阳离子不能同时沉淀，各种离子沉淀的先后与溶液的 pH密切相关，从而形成了各自的混合沉淀物。如Y稳 定氧化锆纳米微粒的制取。 均相沉淀法：一般的沉淀过程是不平衡的，但如果控制溶 液中的沉淀剂浓度，使之缓慢地增加，则使溶液中的沉淀 处于平衡状态，且沉淀能在整个溶液中均匀地出现。该法 通常是通过溶液中化学反应使沉淀剂慢慢地生成，如尿素 （NH2)2CO的分解.
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（~10-6 Pa），通入惰性气体，压力保 持~102 Pa，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 。 1987年，Siegles等采用该法又成功地制备了纳米级TiO2陶瓷材料 。