纳米材料的制备及应用

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纳米生物材料的制备和应用技术

纳米生物材料的制备和应用技术

纳米生物材料的制备和应用技术随着科技的不断进步和人们对健康的追求,纳米生物材料在医学和生物领域中的应用变得越发重要。

纳米生物材料的制备和应用技术,成为了科学家们关注的焦点。

本文将介绍纳米生物材料的制备和应用技术,并讨论其在药物传输、组织工程和生物成像等领域的潜在应用。

一、纳米生物材料的制备技术1. 化学合成法化学合成法是最常用的纳米生物材料制备技术之一。

通过合成适合的化学物质并控制反应条件,可以制备出具有特定形状和尺寸的纳米生物材料。

例如,通过聚合反应可以合成聚合物纳米颗粒,通过溶剂蒸发法可以制备纳米凝胶。

2. 生物合成法生物转化是一种利用生物体自身的代谢过程来制备纳米生物材料的方法。

这种方法具有环境友好、资源节约等优点。

例如,利用酵母菌、细菌等微生物,可以制备出金属纳米颗粒,这些颗粒在医学领域中具有广泛应用。

3. 纳米印刷技术纳米印刷技术是一种通过印刷方式来制备纳米结构的方法。

通过调控印刷头的尺寸和形状,可以实现纳米生物材料的制备。

这种方法具有简单、高效、可重复等特点,并且可以在大面积上进行纳米结构的制备。

二、纳米生物材料的应用技术1. 药物传输纳米生物材料在药物传输方面具有广阔的应用前景。

纳米粒子可以用作药物的载体,通过调整其粒径和表面功能化,可以实现药物的控释和靶向输送,提高药物的疗效和减少副作用。

2. 组织工程纳米生物材料在组织工程领域中具有重要作用。

通过利用纳米材料的特殊性质,如可导电、可生物降解等,可以促进细胞的生长和修复。

纳米纤维和纳米颗粒等材料可用于构建大面积的组织工程支架,用于治疗组织缺损和器官损伤等疾病。

3. 生物成像纳米生物材料在生物成像方面具有潜在的应用价值。

纳米颗粒可以通过功能化表面来与生物体内的特定分子或细胞相互作用,并发出特定的信号。

通过利用这些信号,可以实现对生物体的高灵敏度和高分辨率成像,为疾病的早期检测和治疗提供一种新的手段。

结语纳米生物材料的制备和应用技术为医学和生物领域的研究和应用带来了新的机遇和挑战。

纳米材料制备和应用技术研究

纳米材料制备和应用技术研究

纳米材料制备和应用技术研究一、纳米材料制备技术纳米材料是以纳米尺度为特征尺度的物质,具有晶粒级数、尺寸等特殊性质,广泛应用于能源、材料、环境等领域。

纳米材料制备技术的发展极大地推动了纳米材料的应用。

目前,纳米材料的制备方法主要有几种:1. 物理制备法物理制备法主要包括机械法、蒸发凝聚法、纳米微影技术等。

其中,在机械法制备纳米材料的方法中,超声波震荡折叠技术是最常用的方法之一。

这种方法采用超声波高频震荡、牵引力和折叠等多种力学效应作用于金属,使其在有限次折叠后出现纳米晶粒,从而实现纳米材料制备。

2. 化学制备法化学制备法主要包括溶胶凝胶法、水热法、电化学制备法等。

其中水热法是较为常见的一种方法。

该方法通过控制温度、压力、pH值等参数,使单质或化合物在特定环境条件下热液处理,得到具有纳米特征的材料。

此外,还有微乳液法、胶体化学法、聚合物模板法等化学制备法。

二、纳米材料应用技术纳米材料应用技术在各种领域推动了革命性的变化,下面列举几种纳米材料的应用:1. 纳米催化剂技术纳米材料可以作为催化剂,在能源、环保、新材料等领域中发挥至关重要的作用。

利用纳米催化剂可实现对废水、废气的清洁处理,以及延长催化剂的使用寿命等。

2. 纳米材料在能源领域的应用纳米材料应用于能源领域是目前的研究热点,如纳米材料在生物燃料电池领域的应用、纳米太阳能电池等。

纳米材料大小、形态等方面的特性使其在能源领域具有广泛应用前景。

3. 纳米材料在生物医学领域的应用纳米材料在生物医学领域的应用是热点领域之一,如纳米药物在癌症治疗中的应用。

纳米材料通过其特异性的体内和体外分布,可在小剂量下达到较好的疗效。

4. 纳米传感器技术纳米传感器技术是当前应用前景广泛的领域之一。

纳米材料作为传感器材料,可以实现对环境、食品、化学品等多方面的监测,更好地维护人类的健康和环境的安全。

三、纳米材料市场发展前景随着纳米科技的飞速发展,国内外纳米材料技术研究越来越多,纳米材料的应用领域得到了极大的拓展,其市场发展前景也越来越受到关注。

纳米材料的制备技术与应用

纳米材料的制备技术与应用

纳米材料的制备技术与应用一、纳米材料的概念与特性纳米材料是指晶体粒度在1-100纳米之间的材料,通常包括单晶、多晶或者非晶状态的纳米粒子、纳米线、纳米膜和纳米管等。

纳米材料具有比同种普通材料更多的独特属性,如表面积大、量子效应、高比表面活性、独特的物理和化学性能等等。

二、纳米材料的制备技术1.机械制备法机械制备法是最早的纳米制备方法之一,它包括高能球磨、高能压碾、机械合成等。

其中,高能球磨是一种经典的纳米制备方法,通过高能球磨机对原料进行多次撞击和摩擦,最终可以制备出尺寸在纳米级别的颗粒。

2.物理制备法物理制备法包括溅射法、热蒸发法、磁控溅射法等,这些方法通过对材料进行蒸发、溅射等处理,将其转换为纳米材料。

其中,溅射法是比较常用的方法,其原理是将固体材料放置于真空环境中,然后用离子束轰击它们,最终制备出纳米陶瓷、纳米金属等。

3.化学合成法化学合成法是目前最为常见、最为有效的纳米制备方法,它包括溶胶-凝胶法、微乳液法、水热法等。

其中,微乳液法是一种使非极性液体中形成水性液滴的方法,通过控制反应条件,从而控制纳米粒子的尺寸和形态。

4.生物制备法生物制备法是一种环境友好型的制备方法,它是利用微生物、植物或者动物等生物体形成纳米材料。

例如,金属离子可以被一些微生物还原成金属纳米颗粒,从而得到高质量的纳米金属。

三、纳米材料的应用1.生物医学应用纳米材料在生物医学领域具有广泛的应用前景,例如,通过纳米技术可以制备出纳米药物,从而提高药物的生物利用度、降低副作用等。

此外,纳米材料还可以用于肿瘤诊断和治疗,如通过纳米探针可以提高肿瘤检测的灵敏度和准确性。

2.环境保护应用纳米材料在环境保护领域也有广泛的应用前景,例如,纳米材料可以用于污染物的检测和去除,如一些纳米材料可以去除地下水中的有害物质。

此外,纳米材料还可以用于废水处理、空气净化等方面,从而提高环境保护的效果和效率。

3.新能源应用纳米材料在新能源领域也具有广泛的应用前景,例如,一些纳米材料可以用于太阳能电池、燃料电池等方面,从而提高新能源的利用效率和经济性。

纳米材料的制备与应用课件

纳米材料的制备与应用课件
Ag的纳米微粒具有五边形十面体形状。 纳米材料的制备与应用课件
纳米材料的制备与应用课件
纳米材料的制备与应用课件
2. 纳米微粒的物理特性
纳米微粒具有大的比表面积,表 面原子数、表面能和表面张力随粒径 的下降急剧增加,小尺寸效应,表面 效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道 效应等导致纳米微粒的热、磁、光、 敏感特性和表面稳定性等不同于常规 粒子,这就使得它具有广阔的应用前 景。
2.4 表面活性和敏感特性
纳米微粒具有高的表面活性。金属纳米微 粒粒径小于5nm时,使催化性和反应的选 择性呈特异行为。 例如,用Si作载体的Ni纳米微粒作催化剂 时,当粒径小于5nm时,不仅表面活性好, 使催化效应明显,而且对丙醛的氢化反应 中反应选择性急剧上升,即使丙醛到正丙 醛氢化反应优先进行,而使脱羰引起的副 反应受到抑制。
纳米材料的制备与应用课件
美国国家纳米计划2000年和2001 年的部门预算
2000 年预算 2001 年预算 增长率
国家科学基金会 0.97 亿$ 2.17 亿$ 124%
国防部
0.70 亿$ 1.10 亿$ 57%
能源部
0.58 亿$ 0.94 亿$ 66%
航天航空
0.05 亿$ 0.20 亿$ 300%
纳米材料的制备与应用课件
1990年4月IBM 公司的 科学家用35个 氙原子排列 成“IBM”字样, 开创了人类 操纵单个原子 的先河.
纳米材料的制备与应用课件
(3)纳米生物方面:纳米科技可使基因 工程变得更加可控,人们可根据自己的 需要,制造出多种多样的生物“产品”。 (4)纳米微机械和机器人方面:可以利 用纳米微电子学控制形成尺寸比人体红 血球小的纳米机器人,直接打通脑血栓, 清出心脏动脉脂肪沉积物,也可以通过 把多种功能纳米微型机器注入血管内, 进行人体全身检查和治疗。药物也可制 成纳米尺寸,直接注射到病灶部位,提 高医疗效果,减少副作用。

有机纳米材料的制备与应用

有机纳米材料的制备与应用

有机纳米材料的制备与应用随着纳米科技的发展,有机纳米材料在许多领域中得到越来越广泛的应用。

本文将探讨有机纳米材料的制备方法以及在各个领域中的应用情况。

一、有机纳米材料的制备方法有机纳米材料的制备方法多种多样,下面将介绍几种常见的制备方法。

1. 溶剂法溶剂法是比较常用的有机纳米材料制备方法之一。

该方法将有机物溶解在适当的溶剂中,通过控制反应条件,如温度、溶剂选择和搅拌速度等,使有机物发生溶剂沉淀或溶剂挥发,最终得到纳米级有机材料。

2. 水相法水相法通常用于制备水溶性的有机纳米材料。

该方法将有机物溶解在水溶液中,通过控制反应条件,如温度、pH值和溶液浓度等,使有机物聚集形成纳米颗粒,然后通过离心或过滤等技术分离纳米颗粒。

3. 高能球磨法高能球磨法是一种基于机械力学的有机纳米材料制备方法。

该方法通过将有机物与高能球一起放置在球磨罐中,通过高速旋转球磨罐,使球磨剂对有机物进行碰撞、摩擦和压碎,最终得到纳米级有机材料。

二、有机纳米材料的应用领域有机纳米材料由于其特殊的结构和优异的性能,在许多领域中都有重要的应用。

1. 生物医学有机纳米材料在生物医学领域中有着广泛的应用。

例如,纳米级的药物载体可以在体内精确控制药物释放,提高药效和减少副作用;纳米级的生物传感器可以检测和监测生物标志物,实现早期疾病诊断;纳米级的光热治疗剂可以通过光热效应破坏肿瘤细胞。

2. 环境保护有机纳米材料在环境保护领域中也有重要的应用。

例如,纳米级的吸附剂可以用于水质净化,去除有害物质;纳米级的光催化剂可以通过光催化反应降解有机污染物;纳米级的传感器可以监测空气中的有害气体浓度。

3. 能源领域有机纳米材料在能源领域中具有潜在的应用前景。

例如,纳米级的光电转换器可以将太阳能转化为电能;纳米级的储能材料可以提高电池和超级电容器的能量密度和循环寿命;纳米级的催化剂可以提高能源转化过程中的效率。

4. 材料科学有机纳米材料在材料科学领域中也有广泛的应用。

纳米材料的制备与应用

纳米材料的制备与应用

纳米材料的制备与应用纳米材料是指在尺寸范围在1到100纳米之间的材料,与其宏观物质相比,具有特殊的物理、化学和生物学性质。

随着纳米科技的迅猛发展,纳米材料在各个领域的应用逐渐扩大。

本文将介绍纳米材料的制备方法以及在各个领域中的应用。

一、纳米材料的制备方法1.纳米颗粒制备纳米颗粒是最常见的纳米材料形态,其制备方法主要包括物理法、化学法和生物法。

物理法常用的方法有溶剂蒸发法、气相凝聚法和球磨法等;化学法包括溶液法、气相沉积法和电化学法等;生物法则是利用生物体或者生物分子作为模板合成纳米颗粒。

2.纳米薄膜制备纳米薄膜制备的方法有物理气相沉积法、化学气相沉积法、溶液浸渍法和自组装法等。

其中,物理气相沉积法是通过高能粒子束轰击产生薄膜,化学气相沉积法则是在气相中通过化学反应形成纳米薄膜。

3.纳米复合材料制备纳米复合材料的制备方法有机械合成法、溶胶-凝胶法、长期熔融法等。

其中,机械合成法通过物理机械方法将纳米材料和基体材料混合得到复合材料,溶胶-凝胶法则是通过溶胶与凝胶的诱导作用将纳米材料与基体材料结合。

二、纳米材料的应用1.电子领域纳米材料在电子领域中有广泛的应用,如纳米晶体管、纳米电容器和纳米传感器等。

由于纳米材料的尺寸效应和表面效应,可以提高电子器件的性能和功能。

2.医学领域纳米材料在医学领域中有重要的应用,如纳米药物传递系统、纳米生物传感器和纳米生物材料等。

纳米材料具有更好的生物相容性和更高的药物负载能力,可以用于各种疾病的治疗和诊断。

3.能源领域纳米材料在能源领域中的应用涵盖了太阳能电池、燃料电池和超级电容器等。

纳米结构的材料具有更高的能量转换效率和更高的储能密度,可以改善能源的利用效率。

4.环境领域纳米材料在环境领域中的应用主要包括纳米吸附材料和纳米催化剂等。

纳米吸附材料可以高效去除水污染物和空气污染物,纳米催化剂则可以提高环境废气的处理效率。

总结:纳米材料作为一种特殊的材料,在制备方法和应用领域具有独特的优势。

纳米材料制备与应用技术

纳米材料制备与应用技术

纳米材料制备与应用技术随着时代的进步和科技的发展,纳米材料已成为新兴材料中的重要一环,其在各个领域都有着广泛的应用和发展前景。

本文将重点介绍纳米材料制备与应用技术,从多角度探讨其重要性和应用前景。

一、纳米材料制备方法1.溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种制备纳米材料的常用方法。

通过化学反应使得溶液中的化合物形成胶体溶胶,在特定的条件下加热和干燥,得到纳米材料。

这种方法制备出的纳米材料具有纳米级别的粒径和高纯度的特点,广泛应用于化学、电子、光学等领域。

2.热蒸发法热蒸发法是一种通过热蒸发材料的方法,制备出纳米材料的方法。

在高真空下加热材料,将材料蒸发成蒸汽状态,再通过凝固和晶化过程,形成纳米材料。

这种方法制备出的纳米材料具有较高的成本和较小的批量,但在一些应用领域有着良好的表现。

3.溶液法溶液法是一种化学方法制备纳米材料。

将溶解的先驱体加入溶剂中,使用特定的条件和方法,控制化学反应的进行,得到纳米材料。

这种方法制备出的纳米材料具有成本低、操作简单等特点,是制备纳米材料的重要方法之一。

二、纳米材料在能源领域的应用1.太阳能电池纳米材料作为太阳能电池中的重要组成部分,具有重要的应用前景。

通过纳米材料制备和设计,可以提高太阳能电池的光吸收率和转化效率,实现更高效率的能源转化。

2.电池材料纳米材料还可以作为电池材料,应用于锂离子电池、超级电容器等领域。

其高比表面积和较小的颗粒尺寸,可以提高电池的能量密度,延长电池的使用寿命。

三、纳米材料在医疗领域的应用1.药物传递纳米材料可以作为药物传递的载体,有效解决药物在血液中的短寿命、控释、低生物利用度等问题。

其较小的尺寸和高比表面积可以提高药物分子的溶解度和可递送性,实现更精准的治疗和更高效的药效。

2.诊断纳米材料可以作为诊断材料,基于其高灵敏度和高选择性,实现对疾病的早期检测和追踪。

通过纳米材料的标记和探针技术,可以实现对肿瘤、感染等疾病的早期诊断和定位。

四、纳米材料在环境领域的应用1.水处理纳米材料可以通过纳米过滤器、纳米复合膜等技术应用于水处理领域。

纳米材料的制备方法与应用

纳米材料的制备方法与应用

纳米材料的制备方法与应用【前言】
纳米材料因其独特的物理和化学性质在材料科学领域受到越来越广泛的关注。

本文将重点介绍纳米材料的制备方法与应用。

【制备方法】
1.溶剂热法
溶剂热法是将材料和溶剂混合后加热至高温,然后在所需温度下静置一段时间,使得材料能够在比常温更快的速度下形成纳米级粒子。

溶剂热法制备的纳米材料具有单一晶相、尺寸均匀、分散性好等特点,但需注意溶剂的选择和控制反应条件。

2.机械球磨法
机械球磨法是将原料放入球磨罐中随机碰撞,重复球磨,进一步细化颗粒。

该方法制备的纳米材料具有尺寸均匀性好,极小晶粒尺寸等特点,但需注意添加剂的选择和球磨时间等影响因素。

3.气相法
气相法利用气体被激活后生成具有活性中间体的特性,使得原材料在很短的时间内形成纳米粉末。

气相法常用于制备氧化物类和碳类纳米材料,具有同时制备大量粉末的优点。

【应用】
1.能源领域
纳米材料在能源领域中应用广泛,如可用于制备太阳能电池、柔性电池等。

常用的纳米材料包括二氧化钛、氧化铁等。

2.生物医学领域
纳米材料在生物医学领域中具有广泛应用,例如利用纳米材料制备疫苗、药物缓释等。

常用的纳米材料包括纳米碳管、石墨烯等。

3.材料领域
纳米材料在材料领域中应用广泛,包括制备高效催化剂、节能降耗等。

常用的纳米材料包括纳米金属、纳米氮化硅等。

【结语】
纳米材料制备方法多样,应用领域广泛。

在未来的发展中,纳米材料将在更多领域得到应用,如环境治理、信息技术等,其重要性不言而喻。

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本科毕业论文(设计) 题目:纳米材料的制备及应用学院:物理与电子科学学院班级: XX级XX班姓名: XXX指导教师: XXX 职称:完成日期: 20XX 年 X 月 XX 日纳米材料的制备及应用摘要:近几年来,由于纳米材料有众多特殊性质,人们越来越关注纳米材料。

科技的迅猛发展使纳米材料的制备变得更加成熟。

本论文讲述纳米材料的制备,以及纳米技术在将来的应用。

关键词:纳米材料物理方法化学方法应用前景目录引言 (1)1.纳米材料的物理制备方法 (1)1.1物理粉碎法 (1)1.2球磨法 (2)1.3.蒸发—冷凝法 (2)1.3.1.激光加热蒸发法 (2)1.3.2.真空蒸发—冷凝法 (4)1.3.3.电子束照射法 (4)1.3.4.等离子体法 (5)1.3.5.高频感应加热法 (5)1.4.溅射法 (6)2.纳米材料的化学制备方法 (7)2.1化学沉淀法 (8)2.2化学气相沉积法 (8)2.3化学气相冷凝法 (10)2.4溶胶--凝胶法 (10)2.5水热法 (11)3.纳米材料的其他制备方法 (12)3.1分子束外延法 (12)3.2静电纺丝法 (13)4.纳米材料的应用前景 (14)5.总结 (14)参考文献 (15)致谢 (16)引言纳米材料是指任一维空间尺度处于1—100nm之间的材料。

它有着不同寻常的性质,如小尺寸效应可引起物理性质的突变,从而具有独特的性能;量子尺寸效应和表面与界面效应使其具有了一般大颗粒物不具备的性质,如对红外线、紫外线有很强的反射作用,应用到纺织品中有抗紫外线,隔热保温作用。

纳米材料的这些特性使其在化工、物理、生物、医学方面都有非常重要的价值]1[。

多年以来,通过科学家们的潜心研究,使纳米材料在其制备及其应用中得到了很大的发展。

纳米材料将逐渐进入人们的日常生活,并将成为未来新工业革命的必备材料。

1.纳米材料的物理制备方法1.1物理粉碎法物理粉碎法就是用机械粉碎和电火花爆炸等方法得到纳米微粒]2[。

此方法操作简单,成本较低,但得到的纳米微粒纯度不高,分布也不均匀。

图1. 机械粉碎法仪器图1.2球磨法球磨法是将材料放入球磨机内,在球磨机的转动或振动过程中,钢球与原料之间产生剧烈的碰撞,再经过搅拌、研磨,形成纳米微粒。

该方法操作比较简单,效率高,能获得常规方法不易得到的高熔点合金,如金属陶瓷纳米微粒;球磨法此外还可以将相图上本来不互溶的纳米元素制成固溶体,但该方法得到的纳米微粒分布不均匀,而且很容易引入新的杂质,有次得到的纳米微粒纯度不高。

图2. 球磨法示意图1.3.蒸发—冷凝法蒸发-冷凝法也称为物理气相沉积法,即使用激光、电子束照射、真空蒸发、电弧高频反应等方法使原料生成等离子体,再在介质中冷却凝结行成纳米微粒。

这种方法大致又分一下几种:1.3.1.激光加热蒸发法光加热蒸发法:用激光作为加热源,气相反应物可在吸收传递能量之后快速凝结成核、长大、终止]3[。

用该方法可以达到减少杂质的目的,实验过程容易控制,但这种方法电能消耗比较大,生产效率低,成本高,不宜大规模生产。

图3. 激光加热蒸发法制备纳米颗粒实验装置图颗粒图4. 激光加热法制成的TiO21.3.2.真空蒸发—冷凝法真空蒸发—冷凝法:在真空室里通入惰性气体(He、Ar气),然后对物质进行真空加热,使其蒸发形成原子雾,原子雾遇冷凝结形成纳米颗粒]4[。

这种在高温下获得的纳米微粒很小(可小于10nm),在制备过程中无其它杂质污染,反应快,成品纯度高,材料组织好。

但这种方法仅能制备成分单一、熔点低的物质。

在制备金属氧化物、氮化物等高熔点物质的纳米微粒时还存在很大局限性。

而且此方法对设备要求高、成本也比较高,不适合大规模生产。

图5. 真空蒸发—冷凝法制备纳米颗粒示意图1.3.3.电子束照射法电子束照射法:原材料(一般指金属氧化物)在高能电子束的照射下获得能量,金属—氧键断裂,金属原子蒸发后遇冷凝结成核、长大,最终形成纳米微粒。

此方法只可以用来制备金属纳米粉末。

图6. 电子束照射法制备纳米微粒装置图1.3.4.等离子体法等离子体法:原材料在惰性或反应性氛围中,通过直流放电来使气体电离,从而熔融、蒸发、冷凝得到纳米微粒]5[。

用此种方法制得的产品分布均匀、纯度高,适合于金属及金属氧化物、碳化物、氮化物等高熔点物质纳米微粒的制备。

但此方法离子枪短、功率低。

图7. 等离子体法制备纳米微粒实验装置图1.3.5.高频感应加热法高频感应加热法:用高频线圈作为热源,坩埚内的原材料在低压气体(一般为He、Ne等惰性气体)中蒸发,原子蒸发后与惰性气体碰撞凝结行成纳米微粒]6[。

此方法仅限于制备低熔点的物质,并不适合于沸点高的金属盒难熔化物质,且成本加高,一般不采用。

图8. 高频感应加热法制备纳米纳米微粒实验装置图1.4.溅射法溅射法:用两块金属板分别作为阴极和阳极,两极之间充入Ar气,压强在40—250Pa。

由于两极放电使得Ar气体电离且撞击阴极材料表面,阴极材料表面的分子或原子蒸发出来沉积到基片上,形成纳米颗粒]7[。

目前,常用的溅射法有离子束溅射法,阴极溅射法,直流磁控溅射法等。

此方法有镀膜层与基材结合力强、镀膜层致密、均匀等优点。

但产品分布不均匀,产量较低。

图9. 溅射法制备纳米微粒原理图2.纳米材料的化学制备方法纳米材料的化学制备方即通过化学反应,从原子、离子、分子出发,制备纳米微粒。

常用的化学制备法有沉淀法、气相沉积法、等离子体诱导化学气相沉积法、气相冷凝法、溶胶冷凝法、光化学合成法、化学气相反应法、水热法、熔融法、火焰水解法、辐射合成法等。

2.1化学沉淀法化学沉淀法:在金属盐溶液中加入适量的沉淀剂,使其反应生成难溶物或水和氧化物,再经过虑、干燥、分解得到纳米化合物微粒;化学沉淀法又有均匀沉淀法、直接沉淀法、醇盐水解沉淀法、共沉淀法;其中,均匀沉淀法是预沉淀剂在溶液中缓慢反应释放出沉淀剂,沉淀剂与金属离子作用得到沉淀;直接沉淀法就是沉淀剂与金属离子直接反应形成沉淀]8[;醇盐水解沉淀法就是金属醇盐遇水分解成氧化物和醇,或水合沉淀物;共沉淀法即在混合金属盐溶液中加入沉淀剂,获得混合沉淀,再进行热分解或得纳米微粒;此方法是液相化学合成纳米微粒应用最多的方法之一,其中关键是控制粉末成分的均匀,避免形成硬团聚。

这种方法在冷冻干燥过程中,冷冻液体不收缩,形成的纳米微粒表面积较大,可以很好的消除粉末团聚现象]9[。

沉淀法制备纳米微粒时成品的影响因素比较多,如过滤过程,洗涤液的浓度、酸碱度等都会影响纳米微粒的大小;此种方法操作简单,但很容易引入新的杂质,影响产品的纯度。

2.2化学气相沉积法.化学气相沉积法又叫CVD法,就是原材料在气相中发生化学反应得到纳米材料,所用的加热源与物理气相沉积法相同[10]。

普通的化学气相沉积法得到的纳米微粒易团聚烧结,而且比较粗,用等离子体增强化学气相沉积法就可以很好的避免上述情况的发生。

化学气相沉积法得到的纳米微粒分布比较均匀,粒度小,纯度高,化学活性高,而且成本低、生产效率高,是目前制备纳米材料最常用的方法之一。

此外,化学气相沉积法由于制备工艺简单,设备投资少,方便操作,适于大规模生产,工业应用前景较好。

化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属、氮化物、氧化物、碳化物、复合氧化物等膜材料。

随着制备纳米材料的技术逐步完善,化学气相沉积法将会由更广泛的应用[11]。

图10. 化学气相沉积法制备纳米微粒的实验装置图图11. 化学气相沉积法制备纳米微粒的原理图图12. 化学气相沉积法获得的各种形态固体示意图2.3化学气相冷凝法10Pa左右,原材化学气相冷凝法就是在真空室中充入惰性气体,压强在2料和惰性气体先在磁控溅射装置中反应,在经过冷凝得到纳米微粒;此方法最早由Chang W等人在1994年提出的,简称CVC法,目前已经成功应用这种方法获得了二氧化钛、二氧化锆、氮化硅、碳化硅的纳米材料]12[。

2.4溶胶--凝胶法溶胶--凝胶法是以易溶于水的金属化合物为原材料,使其在溶液中与水反应,溶质发生水解生成纳米级的微粒并形成溶胶,溶胶经过蒸发、干燥转变为凝胶(该法在低温下反应,允许掺杂大量的无机物和有机物),再经过干燥、烧结等后处理获得氧化物纳米微粒;这种方法常涉及的反应有聚合反应、水解反应]13[。

目前,溶胶--凝胶法一般又分为两种:胶体化学法和金属醇盐水解法。

其优点是操作简单,在低温环境下就可以获得分布均匀、纯度较高的纳米微粒,而且可以用来获得一般方法难以得到纳米材料。

用溶胶-凝胶法制备的纳米材料有多孔状结构,表面积较大,在气敏、湿敏及催化方面有很大的应用,可以使气敏、湿敏特性和催化率得到较大提高。

此外,这种方法是制备涂层以及薄膜非常有效的方法之一,也特别适合制备非晶态纳米材料。

但这种方法的原材料成本高,制得的膜致密性差,而且很容易收缩、开裂,所以使用范围不广。

图13. 溶胶--凝胶法制备纳米材料的流程图2.5水热法水热法是指在封闭的反应容器中,将水溶液作反应体系,对水溶液加热增大体系压强来制备无机材料,再经过分离、热处理得到纳米微粒;离子反应和水解反应在水热条件下可得到加速、促进,常温下反应很慢的热力学反应,在水热条件下就可以快速反应;在高压下,大部分反应物能部分溶于水中,使得反应在液相或气相中进行]14[。

水热法可以控制微粒的形态、结晶度、组成和大小,使用此法获得的粉体具有较低的表面能,因此粉体一般无团聚或少团聚。

这一特点大幅度提高了粉体的烧结性能,所以此法非常适合于陶瓷的生产;并且,水热法的反应温度低,活性高,为大规模的生产纳米材料提供了非常有利的条件;水热法的低温条件有利于合成熔点较低的化合物;水热法合成的高压和低温条件,便于制成晶型完好、取向规则的晶体材料,而且合成产物的纯度较高。

水热法缺点是一般只能制备氧化物纳米粉体,对晶核的形成过程以及晶体生长过程中的控制影响因素等许多方面还缺乏深入研究。

此外,水热法制备过程中有高温、高压步骤,对生产设备的安全性要求较高。

3.纳米材料的其他制备方法纳米材料的制备方法有很多种,除了上述方法之外还有分子束外延法、静电纺丝法等。

3.1分子束外延法分子束外延法就是在晶体基片上生长高质量的晶体薄膜。

在真空条件下,加热装有各种所需组分的炉子,产生蒸汽,蒸汽通过小孔形成分子束或原子束,直接喷到单晶基片上,同时控制分子束,对衬底扫描,就可以使按晶体排列的分子或原子一层层地生长在基片上形成薄膜]15[。

图14. 分子束外延法原理图分子束外延法生长温度低,能减少不希望的热激活过程,生长速度缓慢,外延层厚度可得到精确控制;生长表面可达到原子级光滑度,可制备极薄的薄膜;生长的薄膜可以保持原来靶材料的化学计量比;把分析测试设备与生长系统结合在一起,实现薄膜生长的原位监测]16[。

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