第三章 纳米粒子的常见制备方法
纳米粒子的合成方法
纳米粒子的合成方法纳米粒子是一种具有特殊尺寸和形态的微小颗粒，其尺寸通常在1到100纳米之间。
由于其独特的性质和广泛的应用前景，纳米粒子的合成方法成为了研究的热点之一。
下面将介绍几种常见的纳米粒子合成方法。
1. 化学合成法化学合成法是最常见也是最广泛使用的纳米粒子合成方法之一。
通过化学反应，在溶液中合成纳米粒子。
常见的化学合成方法包括溶胶-凝胶法、微乳液法、共沉淀法等。
其中，溶胶-凝胶法是通过溶胶和凝胶相互转化来合成纳米粒子，微乳液法是利用微乳液作为反应介质来合成纳米粒子，共沉淀法是通过共沉淀反应来合成纳米粒子。
2. 热分解法热分解法是一种通过高温热解反应来合成纳米粒子的方法。
通常是将金属有机化合物或金属盐在高温条件下分解，生成纳米粒子。
这种方法合成的纳米粒子尺寸均一、形态良好，常用于制备金属纳米粒子。
3. 水热合成法水热合成法是一种在高温高压水环境下合成纳米粒子的方法。
通过调控反应温度、压力和反应时间等条件，可以得到不同尺寸和形态的纳米粒子。
这种方法合成的纳米粒子具有较高的结晶度和较好的分散性，广泛应用于金属氧化物、碳纳米管等的合成。
4. 气相合成法气相合成法是一种通过气相反应来合成纳米粒子的方法。
通常是将金属有机化合物或金属气体在高温条件下分解或氧化，生成纳米粒子。
这种方法合成的纳米粒子具有较高的纯度和较好的控制性，常用于制备金属、合金、半导体等纳米粒子。
5. 生物合成法生物合成法是一种利用生物体或其代谢产物来合成纳米粒子的方法。
这种方法的优势在于可以利用生物体的特殊性质和调控机制来合成纳米粒子，如利用细菌的代谢产物来合成金属纳米粒子、利用植物的提取物来合成金属氧化物纳米粒子等。
生物合成法不仅环境友好，而且合成的纳米粒子具有生物相容性和生物活性，具有广泛的应用前景。
总结起来，纳米粒子的合成方法多种多样，选择合适的合成方法可以得到不同尺寸、形态和性质的纳米粒子。
不同的合成方法适用于不同的纳米材料，需要根据具体需求和研究目的选择合适的方法。
纳米粒子的制备方法
纳米粒子的制备方法1 物理方法物理方法是制备纳米粒子的典型方法，其中蒸发凝聚法和机械粉碎发是两种较早期及常用的方法。
1.1 蒸发凝聚法蒸发凝聚法是一种早期的制备纳米粒子的物理方法。
它是在高真空条件下，将金属原料加热、蒸发，使之成为原子或分子，再凝聚生成纳米粒子。
蒸发凝聚过程一般不伴有燃烧之类的化学反应，是纯粹的物理过程。
其原料的蒸发方式包括等离子体蒸发、激光束加热蒸发、电阻蒸发、电弧放电加热蒸发、电子束加热蒸发、高频感应电流加热蒸发、太阳炉加热蒸发等。
蒸发法所得产品的粒径一般为5～100nm，再经过真空蒸馏、浓缩，可以在短时间内制得平均粒径为3nm的粒子。
蒸发凝聚法的主要特点是制备的纳米粒子纯度高、粒度分布窄、结晶性好、表面清洁、粒度易于控制等。
1.2 机械粉碎法机械粉碎是指在粉碎力的作用下，固体料块或粒子发生变形进而破裂，产生更微细的颗粒。
常见的基本粉碎方式包括剪碎、压碎、冲击粉碎和磨碎。
一般的粉碎作用力都是几种粉碎力的组合。
理论上，固体粉碎的最小粒径可达10～50 nm。
然而目前的机械粉碎设备与制作工艺很难达到这一理想值。
粉碎极限受物料种类、粉碎方法、粉碎工艺条件、机械应力施加方式、粉碎环境等因素的影响。
机械粉碎也用于纳米粒子制备过程，比较典型的纳米粉碎技术有：气流磨、搅拌磨、振动磨、球磨和胶体磨等。
其中，气流磨是利用高速气流或热蒸气的能量使粒子相互冲击、碰撞、摩擦从而被较快的粉碎。
气流磨的技术发展较为迅速，20世纪80年代德国Alpine公司开发的流化床逆向气流磨可将较高硬度的物料粒子粉碎，产品粒度达到了1～5 μm。
降低入磨物的粒度后，可以得到平均粒度1μm的产品，也就是说，产品的粒径下限可达到100 nm以下。
除了产品粒度微细以外，气流粉碎的产品还具有粒度分布窄、粒子表面光滑、形状规则、纯度高、活性大、分散性好等优点。
因此，气流磨引起了人们的普遍重视，其在陶瓷、磁性材料、医药、化工颜料等领域具有广阔的应用前景[2-4]。
物理实验技术的纳米粒子制备方法
物理实验技术的纳米粒子制备方法纳米科技是当今科技领域中备受关注的热点之一。
纳米材料由于其特殊的物理、化学和生物学性质，展示出与其宏观物体截然不同的特性，被广泛应用于能源、环境、医学等多个领域。
在纳米科技的研究中，纳米粒子制备是一个关键步骤，而物理实验技术则成为纳米粒子制备的有效手段。
一、溶胶凝胶法溶胶凝胶法是纳米粒子制备中常用的一种方法。
这种方法主要通过溶胶的凝胶过程来制备纳米粒子。
在溶胶凝胶法中，首先需要选择合适的溶胶，如金属盐溶胶、金属氧化物溶胶等。
然后，在适当的条件下，通过调节溶胶中的物理和化学参数，使溶胶凝胶成粒子，并进行后续的处理和表征。
溶胶凝胶法制备纳米粒子的优势在于可以制备多种材料的纳米粒子，并且具有制备过程简单、操作灵活的特点。
例如，可以通过控制溶胶中金属离子的浓度、pH 值、温度等参数，来调控制备纳米粒子的尺寸、形貌和分散性。
二、热雾化法热雾化法是一种通过物理方法将材料转化为纳米粒子的技术。
这种方法通过将固体材料加热至熔点或沸点，并利用热膨胀效应，迅速将材料转变为微小颗粒。
热雾化法主要有热气胶凝法和电弧法两种。
在热气胶凝法中，首先将材料加热至高温区域，使其瞬间转化为气态，然后通过快速冷却将气态材料凝固为纳米粒子。
而电弧法则是利用高温电弧将金属材料蒸发，并在气相中形成纳米粒子。
热雾化法制备纳米粒子的优点是得到的纳米粒子尺寸均一、分散性好、纯度高，并且可以制备大量的纳米粒子。
缺点是制备过程中需要高温，可能会对材料的性质产生一定影响。
三、溅射法溅射法是一种将固态材料薄膜沉积到基底上并制备纳米粒子的方法。
在溅射法中，先将固体材料制备成靶材，然后使用高能粒子轰击靶材，通过溅射的方式将材料沉积到基底上形成薄膜。
接着，经过后续处理，将薄膜转变为纳米粒子。
溅射法制备纳米粒子的特点在于制备过程可控性强，可以通过调节工艺参数如靶材的成分、粒度、功率密度等来控制纳米粒子的尺寸和形貌。
此外，溅射法还具有制备材料纯度高、结晶性好等优点。
纳米粒子的制备
三、老化
沉淀产品在母液中静置 , 由于Gibbs- Thomson效 应 , 将发生小粒子溶解消失和大粒子长大现象 , 即Ostwald熟化。另外, 在反应沉淀过程中 , 首先 析出的常是介稳的固体相态, 尔后介稳相才转化 为更稳定的固体相态, 发生二次相转化, 如由一种 晶型转化为另一晶型, 由一种水化物转化为另一 种水化物 , 或由无定形沉淀物转化为晶型产品等。
聚结生长：微小晶粒形成后 , 液相体系成为两相 混合系统, 固相将向表面能最小的方向发展, 发生 聚结( aggregation)生长 , 属于扩散控制生长机理, 特点为生长基元 ( 0. 01—0. 1μ m)远大于单个原子 或分子。包括三个步骤 [ 7 ] : 由于 Brownian 运动 和流体剪切, 粒子间发生碰撞;通过弱作用力 ( Van derWarrs力 、 溶剂化力等)相互粘附 ;通过晶体 生长产生化学键而固化。纳米粒子之间 , 通常溶 剂化力等短程作用力占据主导地位。
一、成核
过程特征
成核热力学：根据经典成核理论，在均相成核过 程中存在临界晶核，只有半径r大于临界晶核r*的 晶胚，才能继续生长，以降低自由能，并最终形 成稳定晶核；而r<r*的晶胚，则将溶解。 r*=2βaσV/(3βvkBTlnS) 式中βv为晶核体积因子；βa为晶核面积因子； V为晶胚分子体积；σ为比表面自由能；kB为 Boltamann常数；S为饱和度比。 可见，提高饱和度比和降低表面自由能，均 能使r*减小，有利于制得纳米粒子。
谢谢
2017/2/28
二、生长Байду номын сангаас
界面生长：晶体界面生长，是生长基元不断从流 体相通过界面进入晶格位置的过程, 也是晶体和 流体界面不断向流体中推移的过程 。界面的微观 结构决定了晶体的生长机制, 而晶体的生长机制 又决定了其遵循的动力学规律。
纳米粒子合成及制备方法详解
纳米粒子合成及制备方法详解引言：纳米科学与技术作为近年来迅速发展的一门跨学科前沿科技，已经在能源、信息、材料等诸多领域展示出巨大潜力和广阔前景。
纳米粒子作为纳米科学的基本研究对象和应用载体，在纳米技术的发展中发挥着重要的作用。
本文将详细介绍纳米粒子的合成及制备方法，希望能对相关领域的研究者和科技工作者有所帮助。
一、纳米粒子的概念和应用纳米粒子是指其尺寸在纳米尺度范围内的微观颗粒，一般指的是直径小于100纳米的粒子。
由于纳米颗粒具有较大的比表面积和特殊的物理、化学性质，因此在材料科学、生物医学、环境科学等领域具有广泛的应用潜力。
例如，纳米金属颗粒可用于催化、传感、光学等领域；纳米二氧化硅颗粒可应用于材料增强剂、药物传递等领域。
因此，精确控制纳米粒子的合成具有重要意义。
二、纳米粒子的合成方法纳米粒子的合成方法包括物理法、化学法和生物法三种。
下面将详细介绍各种方法的原理和应用。
1. 物理法物理法合成纳米粒子主要包括溅射、热蒸发、气相法等。
其中，溅射法是通过高能束流轰击目标材料，使其产生离子、激发原子等，然后粒子重新沉积到基底上形成纳米粒子。
热蒸发则是将目标材料加热蒸发，蒸发产生的蒸汽凝结成纳米粒子。
气相法是通过控制气体中原子或分子的浓度等条件，使其发生聚集形成纳米粒子。
2. 化学法化学法合成纳米粒子常用的方法有溶胶-凝胶法、沉积法、还原法等。
溶胶-凝胶法是将溶胶中的金属离子或化合物在合适的条件下凝胶成固体，然后通过烧结或后处理得到纳米粒子。
沉积法是通过在基底上沉积材料薄膜后，利用溶剂或气体处理得到纳米粒子。
还原法是通过还原剂将金属离子还原为金属纳米粒子的方法。
3. 生物法生物法合成纳米粒子是利用生物体内的生物酶、微生物、植物等作为催化剂，通过调控生物体内的酶活性和环境条件，合成纳米粒子。
生物法合成纳米粒子具有绿色、环保的特点，并且操作简便、成本低廉。
三、纳米粒子的制备方法纳米粒子的制备方法主要包括溶剂法、凝胶法、气相法等。
制备纳米粒子的化学方法
制备纳米粒子的化学方法随着科技的不断发展，纳米技术已经成为了当今社会的一个热门话题。
在这一领域中，制备纳米粒子是最为基础和常见的操作之一。
本文将为大家介绍一些常用的制备纳米粒子的化学方法，以及其原理和应用。
1. 化学还原法化学还原法是制备纳米粒子的一种常见方法。
其原理是通过还原剂将金属离子还原成金属粒子。
其制备步骤如下：首先，将金属离子溶解在溶液中，加入适量的还原剂；其次，加热反应体系，这样可以加快反应速率；最后，洗涤、分离及干燥得到所需的纳米金属粉末。
化学还原法的优点是制备简单、工艺流程短，稳定性好。
另外，该方法适用于大部分金属离子，因此在制备纳米金属粉末时，可根据需求选择不同的金属离子。
2. 氧化物热分解法氧化物热分解法是利用金属氧化物在高温条件下分解生成金属粒子的方法。
通常将金属盐在空气中热处理。
其制备步骤如下：首先，将金属盐加入反应瓶中，调节反应体系的pH值；其次，在制备过程中，将盐加热至一定温度使其分解，气体产物通过冷凝管冷却后得到水，而生成的金属粉末在瓶底沉淀；最后，去除水，将金属粉末用洗涤剂和乙醇洗涤，使其纯化，获得所需的纳米金属粉末。
氧化物热分解法的优点是制备的纳米颗粒单分散性好。
此外，该方法应用与多种金属离子，且不需使用昂贵的还原剂，因此其成本较低。
3. 沉淀法沉淀法是将溶液中的金属阳离子通过定量沉淀生成金属粒子。
其步骤如下：首先将金属盐用水或有机溶剂溶解在溶液中，然后加入络合剂，将金属阳离子络合成配合物；其次，加入氢氧化钠等碱性沉淀剂，使配合物沉淀，生成纳米金属粉末；最后，沉淀后用水洗涤，将金属粉末纯化干燥，得到所需的纳米金属粉末。
沉淀法的优点是制备简单，并且适用于多种金属离子，但沉淀法存在着分散性差的问题，因此其分散效果并不理想。
结论通过本文的介绍，我们不难发现制备纳米粒子是一个较为复杂的过程，需要熟知各种方法的原理和应用。
在制备过程中，我们需要注意各种反应条件的调节，以达到最好的制备效果。
纳米材料的制备方法及原理 (整理)
7、等离子体加热蒸发法
等离子体的概念及其形成
物质各态变化： 固体→液体→气体→等离子体→反物质（负）+物质（正） （正负电相反，质量相同） 只要使气体中每个粒子的能量超过原子的电离能，电子将 会脱离原子的束缚而成为自由电子，而原子因失去电子成 为带正电的离子（热电子轰击）。这个过程称为电离。当 足够的原子电离后转变另一物态---等离子态。
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1、气相法制备纳米微粒的生长机理
• 2) 高频感应加热： 电磁感应现象产生的热来加热。 类似于变压器的热损耗。 高频感应加热是利用金属和磁 性材料在高频交变电磁场中存 在涡流损耗和磁滞损耗，因而 实现对金属和铁磁性性材料工 件内部直接加热。
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1、气相法制备纳米微粒的生长机理
• 3) 激光加热： 将具有很高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千
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3、非晶晶化法
原理：先将原料用急冷技术制成非晶薄带或薄膜， 就是把某些金属元素按一定比例高温熔化，然后 将熔化了的合金液体适量连续滴漏到高速转动的 飞轮表面，这些合金液体沿着飞轮表面的切线方 向被甩了出去同时急遽地冷却，成为非晶薄带或 薄膜。然后控制退火条件，如退火时间和退火温 度，使非晶全部或部分晶化，生成的晶粒尺寸可 维持在纳米级。
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4、机械破碎法
是采用高能球磨、超声波或气流粉碎等机械方法，以粉 碎与研磨为主体来实现粉末的纳米化。 其机理主要是产生大量缺陷，位错，发展成交错的位错 墙，将大晶粒切割成纳米晶。 球磨工艺的目的是减小微粒尺寸、固态合金化、混合以 及改变微粒的形状。球磨的动能是它的动能和速度的函 数，致密的材料使用陶瓷球，在连续严重塑性形变中， 位错密度增加，在一定的临界密度下松弛为小角度亚晶 晶格畸变减小，粉末颗粒的内部结构连续地细化到纳米 尺寸
纳米技术中的纳米粒子
纳米技术中的纳米粒子纳米技术是一种跨学科的技术，可应用于医学、材料科学、计算机科学、能源等领域。
纳米粒子作为纳米技术的重要组成部分，具有其独特的优势和应用。
一、纳米粒子的定义和性质纳米粒子是一种直径在1到100纳米之间的粒子，其直径小于一百分之一的毫米。
纳米粒子比其它大分子更易溶解和稳定，具有高比表面积和特殊的物理和化学性质。
与大颗粒相比，纳米粒子具有更高的反应速率、更高的催化活性和更强的光学特性，因此具有非常广泛的应用前景。
二、纳米粒子的制备方法纳米粒子的制备方法包括物理法、化学法和生物法三种。
物理法主要通过高能球磨、蒸发凝结、溅射和激光等方法制备纳米材料；化学法主要通过共沉淀、溶胶-凝胶、沉淀、还原等方法制备纳米材料；生物法则利用生物学原理获得纳米材料。
三、纳米粒子的应用1. 医学应用纳米粒子可以用于制备新型的药物递送系统，用于传递药物以达到更好的治疗效果。
同时，纳米粒子还可以应用于基因治疗、细胞成像、生物传感等方面。
2. 环境治理纳米粒子可以用于污染物的检测和净化，也可以用于修复环境污染。
比如，利用TiO2 纳米粒子可以提高污水的净化速度，利用Fe3O4 纳米粒子可以去除水中的重金属等有害物质。
3. 材料科学纳米粒子可以用于改善材料的性能，制备出更为优越的材料。
比如纳米金属材料具有良好的导电特性和光学特性，能够用于制作太阳能电池和化学传感器等领域。
4. 能源纳米粒子可以用于提高电池和储能器的性能，同时也可以用于制备高性能的光电转换材料。
在可再生能源方面，利用纳米粒子可以有效的提高太阳能电池的转化效率。
四、纳米粒子的安全性纳米粒子的安全性一直是人们关注的一个问题。
作为一种新型材料，目前对纳米粒子的毒性研究还没有太多的数据支持，但是近年来对其安全性的研究和探索已经逐渐开展，需要进一步深入的研究。
五、结语纳米粒子作为一种重要的纳米技术应用材料，具有许多优势和应用前景。
随着纳米技术的深入研究和应用，我们相信纳米粒子一定会在更多领域发挥其重要的作用。
(完整版)纳米颗粒制备方法
优 点： 制备的纳米粉纯度高、粒度分布 窄、结晶性好、表面清洁、粒度易于控 制、原则上适用于任何被蒸发的元素以 及化合物 。
• 蒸发法所得产品的粒径一般5~100nm, 但如果将物质在真空中连续的蒸发到流 动着的油面上，然后把含有纳米粒子的 油会受到储存器内，再经过真空蒸馏、 浓缩，可以在短时间内制得平均粒径为 3nm的Ag、Au、Cu、Pb等粒子。 这就是 流动油面蒸发凝聚法。
• 我们在这里无意对如何进行纳米粒子 制备方法的科学分类进行评价，而着重 针对纳米粒子生成机理与制备过程非常 粗略的将制备方法分成 ：
• 物 理 方 法；
• 化学 方 法；
• 物 理 化 学 方 法。
二、制备纳米粒子的物理方法
• 机械粉碎法 • 蒸发凝聚法
机械粉碎法
• 纳米机械粉碎法是在传统的机械粉碎 技术技术中发展起来的，以粉碎与研磨 为主体来实现粉末的纳米化，可以制备 纳米纯金属粉和合金粉 。
纳米粒子采用的方法是蒸发法。如20 世纪30年
代日本为了军事需要而开展了“沉烟试验”，
用蒸发冷凝法制成了世界上第一批超微铅粉；
• 1963年，Uyeda用气体蒸发冷凝法制得金 属纳米微粒，对其形貌和晶体结构进行 了电镜和电子衍射研究。1984年，德国 的H. Gleiter等人将气体蒸发冷凝获得的 纳米铁粒子[1]，在真空下原位压制成纳 米固体材料，使纳米材料研究成为材料 科学中的热点。
化学制备方法
• 1 化学沉淀法 • 2 化学还原法 • 3 溶胶凝胶法 • 4 水热法 • 5 溶剂热合成法 • 6 热分解法 • 7 微乳液法 • 8 高温燃烧合成法 • 9 模板合成法 • 10 电解法
化学沉淀法
• 在溶液状态下将不同成分的物质 混合，在混合溶液中加入适当的沉 淀剂制备纳米粒子的前驱体沉淀物， 再将此沉淀物进行干燥或煅烧，从 而制得相应的纳米粒子。
pt纳米粒子的制备
pt纳米粒子的制备一、引言Pt纳米粒子是一种重要的纳米材料，具有广泛的应用前景。
其制备方法也得到了广泛研究。
本文将从Pt纳米粒子的制备方法、影响制备的因素以及应用等方面进行详细介绍。
二、Pt纳米粒子的制备方法1. 化学还原法化学还原法是制备Pt纳米粒子最常用的方法之一。
该方法主要包括两步反应：首先将铵氢四氟硼酸(NH4BF4)加入含有氯铂酸(H2PtCl6)的水溶液中，生成[Pt(NH3)4]2+；然后加入还原剂(如乙二醇、甲醇等)，使[Pt(NH3)4]2+被还原成金属Pt。
该方法具有简单、易于控制反应条件和产量高等优点，但也存在着控制粒径大小和分散度较难等问题。
2. 微乳液法微乳液法是利用微乳液中存在的界面活性剂和表面活性剂来控制反应体系中金属离子的聚集行为，从而实现金属纳米晶体的合成。
在微乳液法中，界面活性剂和表面活性剂的组合可以形成一种稳定的胶束结构，在这种结构中，Pt离子可以在胶束的水相区域中聚集并还原成Pt 纳米粒子。
该方法的优点是可以控制粒径大小和分散度，但需要对反应条件进行较为严格的控制。
3. 水热法水热法是利用高温高压下水分子的特殊性质来控制反应体系中金属离子的聚集行为，从而实现金属纳米晶体的合成。
在水热法中，Pt离子可以在高温高压下与还原剂(如乙二醇)反应生成Pt纳米粒子。
该方法具有简单、易于控制反应条件等优点，但也存在着产率低、粒径分布不均匀等问题。
三、影响制备Pt纳米粒子的因素1. 反应物浓度反应物浓度是影响Pt纳米粒子制备过程中最重要的因素之一。
当反应物浓度过低时，会导致产率低；当反应物浓度过高时，则会导致粒径增大或者形成聚集体。
2. 还原剂种类和浓度还原剂种类和浓度也是影响Pt纳米粒子制备过程中重要的因素之一。
不同种类的还原剂对Pt离子的还原速率和产率都有不同的影响。
此外，还原剂浓度过低会导致反应速率较慢，而过高则会导致Pt纳米粒子聚集。
3. 温度和反应时间温度和反应时间也是影响Pt纳米粒子制备过程中重要的因素之一。
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缺点：
• a. 烘干后的球形凝胶颗粒自身烧结温 度低，凝胶颗粒之间烧结性差， • 块体材料烧结性不好； • b. 干燥时收缩大。
• （4）溶胶—凝胶法制备无开裂块状材料的防开裂研究 • • • • ① 水含量的影响 ② 水解反应温度的影响 ③ 烧结温度的影响 ④ 热处理环境及催化剂 等因素的影响 • ⑤ 干燥控制化学添加剂 的影响 • ⑥ 采用现代加热方式以 获得无开裂块状玻璃 • ⑦ 采用不同的溶剂或者 混合溶剂以消除开裂
2.气相还原法 • 本法也是制备微粉的常用方法。例如， 用 15%H2-85%Ar 还原金属复合氧化物制备出粒 径小于35nm的CuRh，g-Ni0.33Fe0.66等。 3.碳热还原法 • 碳热还原法的基本原理是以炭黑、SiO2为 原料，在高温炉内氮气保护下，进行碳热还 原反应获得微粉，通过控制工艺条件可获得 不同产物。目前研究较多的是Si3N4、SiC粉体 及SiC-Si3N4复合粉体的制备。
• 3.1.3溶胶－凝胶法
• （1）溶胶—凝胶法基本原理 • 溶胶－凝胶法就是用含高化学活性组分的 化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混 合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形 成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓 慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶 网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。 凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米 亚结构的材料。
促进形核、控生长
YCl3
4. 洗涤、脱水、防团聚
5. 煅烧
洗涤、脱水、防团聚
Zr(OH)4 + n Y(OH)3 煅烧 Zr1-xYxO2
• 3.1.2化学还原法
• 1.溶液还原法 • 利用还原剂与金属盐溶液发生氧化还原反应，而制得金属 或非晶合金。 • （1）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，并利用高分子保护剂 PVP (聚乙烯基吡咯烷酮)阻止颗粒团聚及减小晶粒尺寸。其优 点是获得的粒子分散性好，颗粒形状基本呈球形，过程可控制。 • （2）多元醇还原法 • 该工艺主要利用金属盐可溶于或悬浮于乙二醇(EG)、一缩 二乙二醇 (DEG) 等醇中，当加热到醇的沸点时，与多元醇发生 还原反应，生成金属沉淀物，通过控制反应温度或引入外界成 核剂，可得到纳米级粒子。
3.1.6 热分解法
• 在间硝基苯甲酸稀土配合物的热分解 中，由于含有-NO2，其分解反应极为 迅速，使产物粒子来不及长大，得到 纳米微粉在低于200℃的情况下，硝酸 盐分解制备 10nm 的 Fe2O3，碳酸盐分 解制备14nm的ZrO2。
3.1.7 微乳液法
• 两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液， 在“微泡”中经成核、聚结、团聚、热处理后得到纳 米粒子。微乳液通常是由表面活性剂、助表面活性剂 (通常为醇类)、油类(通常为碳氢化合物)组成的透明、 各向同性的热力学稳定体系。微乳液 ＝ 表面活性剂 ＋ 水 ＋油 • 常用的油-水体系有:柴油/水、煤油/水、汽油/水、甲 苯的醇溶液/水等等。 • 常用的表面活性剂有:琥铂酸二异辛脂磺酸钠(AOT) 、 十二烷基硫酸钠(SDS)等等。 • 特点：微乳液法具有原料便宜、实验装置简单、操作 容易、反应条件温和、粒子尺寸可控。而广泛用于纳 米材料的制备。
3.1.4 水热法
• 水热法是在高压釜里的高温、高压反应环境中，采用水作 为反应介质，使得通常难溶或不溶的物质溶解，反应还可进行 重结晶。水热技术具有两个特点，一是其相对低的温度，二是 在封闭容器中进行，避免了组分挥发。1982年开始用水热反应 制备纳米粉末。水热条件下粉体的制备有： •水热结晶法 例如 Al(OH)3 Al203· H2O •水热合成法 例如 FeTiO3+K0H K2O.nTiO2 •水热分解法 例如 ZrSiO4+NaOH ZrO2+Na2SiO3 •水热脱水法 水热氧化法 例如： mM十nH2O MmOn+H2
第三章 纳米粒子的常见制备方法
纳米材料是纳米科技的基础，而纳米粒子的制备 及其表征工作是纳米材料研究领域中的最基本、最重 要的研究工作。目前，纳米粒子的制备方法很多，根 据不同的分类标准，可以有多种分类方法。根据反应 环境可分为液相法、气相法和固相法；根据反应性质 可分为化学制备法、化学物理制备法和物理制备法。 不同的制备方法可导致纳米粒子的性能以及粒径各不 相同。
其中M可为铬、铁及合金等
水热还原法 •水热沉淀法
例如 例如
MexOy+yH2 KF+MnCl2
xMe+yH2O KMnF2
其中Me可为铜、银等
设备
3.1.5 溶剂热合成法
用有机溶剂（如：苯、醚）代替水作介质， 采用类似水热合成的原理制备纳米微粉。非水 溶剂代替水，不仅扩大了水热技术的应用范围， 而且能够实现通常条件下无法实现的反应，包 括制备具有亚稳态结构的材料。
（3）溶剂热法常用溶剂
• 溶剂热反应中常用的溶剂有:乙二胺、甲醇、乙 醇、二乙胺、三乙胺、吡啶、苯、甲苯、二甲 苯、1. 2 - 二甲氧基乙烷、苯酚、氨水、四氯化 碳、甲酸等. • 在溶剂热反应过程中溶剂作为一种化学组分参 与反应,既是溶剂,又是矿化的促进剂,同时还是 压力的传递媒介. • 溶剂热反应路线主要是由钱逸泰先生领导的课 题组研究并广泛应用的. 其中应用最多的溶剂 是乙二胺,在乙二胺体系中,乙二胺除了作溶剂 外,还可作为配位剂或螯合剂。
(4)溶剂热法制备的特殊形貌纳米材料
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SEM image of the fractal cluster morphology of [Zr(OH)2F3][enH]
ห้องสมุดไป่ตู้
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(a) SEM images of conical tubes of Sb2S3 at low magnification,indicating their high yield, and (b) high-magnification SEM images of conical tubes of Sb2S3, revealing their twisted surface with stepped relief.
（2）溶胶-凝胶法工艺流程
• （3）溶胶—凝胶法的应用 • 溶胶 —凝胶法按其反应机理可分为三类，即 传统胶体型、无机聚合物型（金属醇盐型） 和络合物型。主要应用于如下几个方面：① 粉体原材料。②线型材料。③薄膜或涂层材 料。④复合材料。⑤体型材料。
• （3）溶胶—凝胶法的优缺点
• 优点：
• （1）由于溶胶－凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂 中而形成低粘度的溶液，因此，就可以在很短的时间内获 得分子水平的均匀性，在形成凝胶时，反应物之间很可能 是在分子水平上被均匀地混合。 （2）由于经过溶液反应步骤，那么就很容易均匀定量地 掺入一些微量元素，实现分子水平上的均匀掺杂。 （3）与固相反应相比，化学反应将容易进行，而且仅需 要较低的合成温度，一般认为溶胶一凝胶体系中组分的扩 散在纳米范围内，而固相反应时组分扩散是在微米范围内， 因此反应容易进行，温度较低。 （4）选择合适的条件可以制备各种新型材料。
1. 纳米粒子的制备
3.1化学制备方法
• 3.1.1化学沉淀法 • 其特点是简单易行，但纯度低，颗粒半径大。适 合制备氧化物。
• （1）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。该法可避免引入 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。
微乳液法制备纳米材料的过程
反应物A
微 乳 液 混合 碰撞或凝结 反应 反应产物 加还原剂 加氢气 金属纳米粉末沉淀
反应物B
氧化物纳米粉末沉淀
例如：ZrO2纳米粉末制备
加反应气体
氧氯化锆 (ZrOCl2)
H2O
水 溶 液
六次甲基四 胺(CH2)6N4
搅 拌 、 加 热
沉 淀 、 过 滤
丙 酮 洗 涤
3.1.9模板合成法
• 利用基质材料结构中的空隙作为模板进 行合成。结构基质为多孔玻璃、分子筛、 大孔离子交换树脂等。例如将纳米微粒 置于分子筛的笼中，可以得到尺寸均匀， 在空间具有周期性构型的纳米材料。
3.1.10电解法
• 电解包括水溶液电解和熔盐电解两种。 用此法可制得很多用通常方法不能制备 或难以制备的金属超微粉，尤其是电负 性较大的金属粉末。还可制备氧化物超 微粉。用这种方法得到的粉末纯度高， 粒径细，而且成本低，适于扩大和工业 生产。
(4)溶剂热法制备的特殊形貌纳米材料
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SEM and TEM photos of PbTe nanoboxes
Low-magnification TEM images of the as-prepared NH4NdF4 nanobelts • TEM images of CuO nanobelts
稳定氧化锆陶瓷的化学沉淀法制备
1. 原料混合 ZrOCl2.8H2O 按比例混合 ZrOCl2.8H2O+YCl3 2. 加沉淀剂 NH4OH 3. 沉淀反应 ZrOCl2 + 2NH4OH + H2 Zr(OH)4 + 2NH4Cl 控PH、浓度搅拌、 YCl + 3NH OH Y(OH)3 + 2NH4Cl 3 4
• （2）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沉淀剂的局 部不均匀性。 • （3）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 ℃，因此可用高温强制水解 反应制备纳米颗粒。 • （4）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。沉淀转化法工艺流程短，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。