纳米粉体材料的制备
纳米粉体的制备
纳米粉体的制备材料的开发与应用在人类社会进步上起了极为关键的作用。
人类文明史上的石器时代、铜器朝代、铁器时代的划分就是以所用材料命名的。
材料与能源、资讯为当代技术的三大支柱，而且资讯与能源技术的发展也离不一材料技术的支援。
纳米材料指的是颗粒尺寸为1～100nm的粒子组成的新型材料。
由于它的尺寸小、比表面大及量子尺寸效应，使之具有常规粗晶材料不具备的特殊性能，在光吸收、敏感、催化及其它功能特性等方面展现出引人注目的应用前景。
早在1861年，随着胶体化学的建立，科学家就开始对直径为1～100nm的粒子的体系进行研究。
真正有意识地研究纳米粒子可追溯到30年代的日本，当时为了军事需要而开展了“沉烟试验”，但受到实验水平和条件限制，虽用真空蒸发法制成世界上第一批超微铅粉，但光吸收性能很不稳定。
直到本世纪60年代人们才开始对分立的纳米粒子进行研究。
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，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。
国际上发达国家对这一新的纳米材料研究领域极为重视，日本的纳米材料的研究经历了二个七年计画，已形成二个纳米材料研究制备中心。
德国也在Auburg建立了纳米材料制备中心，发展纳米复合材料和金属氧化物纳米材料。
1992年，美国将纳米材料列入“先进材料与加工总统计画”，将用于此专案的研究经费增加10％，增加资金1.63亿美元。
美国Illinoi大学和纳米技术公司建立了纳米材料制备基地。
我国近年来在纳米材料的制备、表征、性能及理论研究方面取得了国际水平的创新成果，已形成一些具有物色的研究集体和研究基地，在国际纳米材料研究领域占有一席之地。
在纳米制备科学中纳米粉体的制备由于其显著的应用前景发展得较快。
1.化学制备法1.1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。
纳米磁性粉体材料及其磁流体的制备
中文摘要本文是围绕着磁流体的制备来进行研究的，并根据磁流体的组成将其制备流程分为以下三大环节：纳米级磁性粉体颗粒（粒径在１０ｒｉｍ左右）的制备；磁性粉体颗粒的表面处理；磁流体的制备。
首先，是小粒径的磁性粉体颗粒的制备。
根据大量试验探索，本文找到制备小粒径（～１０ｒｉｍ）磁性粉体材料的较好方法——低温相转化法。
并通过对反应中升温顺序的控制，发现用先升温法在制备１０ｒｉｍ左右的小粒径磁性颗粒材料方面较具有优越性，并用这种方法相继制得了一系列纳米尖晶石型磁性粉体材料。
另外还通过在制各样品的过程中掺杂ｚｎ：＋，使Ｚｎ２＋进入所制备的尖晶石型样品的四面体间隙内，并通过尖晶石结构中离子间的超交换作用，可以使所制样品的磁性能得到很大的提高，从而优选出可以用来制备磁流体的纳米磁性粉体样品。
其次，是用油酸对适合用来制备磁流体的磁性粉体颗粒进行表面处理，以降低粒子的表面能，从而可防止因两个磁性粒子互相接近而引起颗粒在载液中聚凝和沉降。
并用紫外光谱仪对磁性粉体颗粒表面改性效果进行定量评估，探讨了ｐＨ值、温度、时间以及复合表面活性剂对颗粒表面包覆效果的影响，从而确定了磁性粉体颗粒表面改性效果的最佳条件。
最后，是把表面改性效果最佳的磁性粉体颗粒通过过渡液均匀分散于载液中而制得磁流体。
试验中采用ＤＯＰ作载液，这是因为ＤＯＰ的凝固点为．５０℃，沸点为３８４℃，用其作载液不仅能耐一定的低温，而且也能耐高温，具有很宽的温度适用范围。
文中探讨了过渡液、温度对制备磁流体稳定性的影响以及固液比与粘度的关系。
试验表明，在制各磁流体时，温度不宜太高，否则会影响制各的磁流体的稳定性；并且磁流体的粘度随其所包含磁性颗粒量的增加而增大。
本文对磁流体制备过程中的各个环节进行了较为详尽的研究，并进行了相应的表征、分析，取得了一些极为有价值的数据，尤其是在纳米磁性粉体颗粒的制备及其表面处理效果的评估方面作了很有意义的探索。
关键词：尖晶石超顺磁性纳米粒子低温相转化法包覆磁性液体ＡｂｓｔｒａｃｔＩＩｌｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｉｄｓｗａｓｔｈｅｃｅｎｔｅｒｏｆｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｍａｋｅｕｐｏｆｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｉｄｓ，ｆｏｒｗｈｉｃｈｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｖｃａｓｄｏｎｅａｓｆｏｌｌｏｗ，ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｓｗｉｔｈｎａｎｏｓｉｚｅａｂｏｕｔ１０ｎｍ；ｓｅｃｏｎｄ，ｔｈｅｄｉｓｐｏｓａｌｆｏｒｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｓ；ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｉｄｓ．ｗｉｔｈｓｍａｌｌｎａｎｏｓｉｚｅｗｅｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＦｉｒｓｔｌｙ，ｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｓａｂｕｎｄａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ａｂｅｔｔｅｒｍｅｔｈｏｄ，ｐｈａｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｔｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｗａｓｆｏｕｎｄｕｓｉｎｇｆｏｒｔｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｓ、ｖｉｔｌｌｓｍａｌｌｎａｎｏｓｉｚｅａｂｏｕｔｌＯｎｍ．Ｂｙｍｅａｎｓｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｔｈｅｏｒｄｅｒｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｒａｉｓｉｎｇｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ｐｒｅ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ·ｒａｉｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗａｓｏｆｍｏｒｅｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙｉｎｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｓｗｉｔｈｓｍａｌｌｎａｎｏｓｉｚｅａｂｏｕｔｌＯｎｍ．Ａｎｄａｓｅｒｉｅｓｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｓｗｉｔｈｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ￥ｔｎｌｅｔｕｒｅｗａｓｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄ，ａｌｉｔｔｌｅｏｆｍａｔｔｅｒｗｉｔｈＺｎ２＋ｉｏｎｖｃａｓａｄｄｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍａｋｅＺｎ２＋ｉｏｎｓｅｎｔｅｒｔｈｅｉｎｔｅｒｓｐａｃｅｏｆｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎｆｏｒｔｈｅｓａｍｐｌｅｓ、Ⅳｉｔｌｌｓｐｉｎｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｕｐｅｒ－ｅｘｃｈａｎｇｅｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙａｍｏｎｇｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｓｐｉｎｅｌ，ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｐｒｅｐａｒｅｄｃｏｕｌｄｂｅｒａｉｓｅｄｉｎｌａｒｇｅｄｅｇｒｅｅ．Ｓｏｓａｍｐｌｅｓｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｓ稍ｔｌｌｎａｎｏｓｉｚｅａｂｏｕｔｌＯａｍｗｅｒｅｃｈｏｓｅｎｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｆｉｃｆｌｕｉｄ．ｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｓ，ｗｈｉｃｈｍｅｔｔｈｅＳｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｄｉｓｐｏｓａｌｆｏｒｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｉｄｓ，ｖｃａｓｄｏｎｅＳＯ懿ｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｅｎｅｒｇｙｏｆｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ａｎｄｔｈｕｓｔｏｐｒｅｖｅｎｔｔｗｏｍａｇｎｅｔｉｃｐａｒｔｉｃｌｅｓｆｒｏｍａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇｗｈｉｃｈｍｉｇｈｔｌｅａｄｔｏｃｏｎｇｒｅｇａｔｉｏｎａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎｃａｒｒｉｅｄｌｉｑｕｉｄｓ．ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｄｉｓｐｏｓａｌｆｏｒｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｓｗｅｒｅｅｖａｌｕａｔｅｄｂｙＵＶｓｐｅｃｔｒａａｐｐａｒａｔｕｓ，ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇｔｈｅｉｍｐａｃｔｓａｂｏｕｔｖａｌｅｓｏｆｐＨ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｉｍｅａｎｄｃｏｍｐｏｕｎｄｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｄｉｓｐｏｓａｌｆｏｒｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｕｒｆａｃｅ．Ｓｏｔｈｅｂｅｓｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｃｏａｔｉｎｇｆｏｒｐａｒｔｉｃｌｅｓｕｒｆａｃｅｗｅｒｅａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｍａｇｎｅｔｉｃｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｃｏａｔｅｄｂｅｓｔ，ｗｅｒｅｄｉｓｐｅｒｓｅｄｕｎｉｆｏｒｍｌｙｉｎｔｈｅｃａｒｒｉｅｄｌｉｑｕｉｄｓｂｙｍｅａｎｓｏｆｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｌｉｑｕｉｄｓ，ａｎｄｔｈｕｓｍａｇｎｅｔｉｃｌｉｑｕｉｄｓｗｅｒｅｆｏｒｍｅｄ．Ｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｒｉｔ，ＤＯＰｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｃａｒｒｉｅｄｌｉｑｕｉｄｓ．Ｂｅｃａｕｓｅｉｔｓｆｒｅｅｚｉｎｇｐｏｉｎｔａｎｄｂｏｉｌｉｎｇｐｏｉｎｔｗｅｒｅａｔ－５０。
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TiO2粉体制备方法
1.纳米TiO 2粉体制备方法1.1.物理法1.1.1.气相冷凝法:预先处理为气相的样品在液氮的气氛下冷凝成核制得纳米TiO2 粉体,但该法不适于制备沸点较高的半导体氧化物1.1.2.高能球磨法:工艺简单,但制得的粉体形状不规则,颗粒尺寸分布宽,均匀性差1.2.化学法1.2.1.固相法:依靠固体颗粒之间的混合来促进反应,不适合制备微粒1.2.2.液相法:就是将钛的氯化物或醇盐先水解生成氢氧化钛(或羟基氧钛) ,再经煅烧得到TiO2. 研究最广泛。
以四氯化钛为原料,其反应为TiCl4 + 4H2O → Ti (OH) 4 + 4HCl ,Ti (OH) 4 → TiO2 + 2H2O.以醇盐为原料,其反应为Ti (OR) 4 + 4 H2O → Ti (OH) 4 + 4 ROH ,Ti (OH) 4TiO2 + 2 H2O.−−−→煅烧主要包括硫酸法、水解法、溶胶-凝胶(Sol2gel) 法、超声雾化、热解法等。
溶胶- 凝胶法就是将钛醇盐制备成二氧化钛溶胶. 为了得到多孔催化剂,通常采用煅烧等方法将凝胶进行干燥,去除溶剂,制得干凝胶. Dagan 等[25 ]采用超临界干燥法所制得的TiO2气凝胶孔隙率为85 % ,比表面积高达600 m2·g - 1 ,晶粒尺寸为5. 0 nm ;对水杨酸的光催化氧化表明该催化剂具有比Degussa P - 25 TiO2粉末更高的催化活性.1.2.3.气相法:其核心技术是反应气体如何成核的问题. 通过四氯化钛与氧气反应或在氢氧焰中气相水解获得纳米级TiO2 ,目前德国Degussa 公司P-25 粉末光催化剂是通过该法生产的常用的化学制备方法有溶胶-凝胶法、沉淀法、水解法、喷雾热解法、水热法和氧化- 还原法等。
2.纳米TiO2薄膜制备方法：除了与粉体制备相同的制备方法如溶胶-凝胶法、热解法外,还有液相沉积法、化学气相沉积法、磁控溅射法等。
2.1.溶胶-凝胶法(Sol-Gel)：制备的薄膜纯度高,且制备工艺简单,易批量生产;2.2.水热合成法：通过水解钛的醇盐或氯化物前驱体得到无定形沉淀，然后在酸性或碱性溶液中胶溶得到溶胶物质，将溶胶在高压釜中进行水热Ostwald熟化。
制备纳米粉体的方法
制备纳米粉体的方法嘿，咱今儿就来唠唠制备纳米粉体的那些事儿！你可别小瞧这纳米粉体，它的用处那可老大了呢！要说制备纳米粉体，就好像是烹饪一道特别的菜肴。
物理法就像是清蒸，简单直接，把材料直接进行粉碎啥的，就能得到纳米粉体啦。
就好比把一块大肉切成小小的碎末，虽然过程不复杂，但也得掌握好火候和力度不是？化学法呢，就有点像精心调配的秘制酱料。
通过各种化学反应，让物质一点一点变成纳米级别的粉体。
这可需要耐心和技巧哦，得像个化学家一样，精确地控制各种条件，稍有不慎可能就达不到想要的效果啦。
气相法呢，就如同在云端创造奇迹。
让气体在特定的条件下发生反应或者凝聚，从而形成纳米粉体。
这感觉就像是在天空中绘制一幅神奇的画卷，需要对气流、温度等把握得恰到好处。
溶胶-凝胶法呀，就像是在制作一种特别的胶水。
先把材料变成溶胶，再慢慢变成凝胶，最后经过处理就得到纳米粉体啦。
这过程就像一场奇妙的变化之旅，充满了惊喜和挑战。
还有水热法，仿佛是在一个神秘的温泉里培育宝贝。
在高温高压的水中，让物质发生反应和结晶，从而得到纳米粉体。
就好像温泉能滋养出独特的矿物质一样，水热法也能创造出特别的纳米粉体呢。
咱在制备纳米粉体的时候，可不能马虎呀！得像个细心的工匠一样，精心雕琢每一个步骤。
不然，怎么能得到高质量的纳米粉体呢？这可不是随便玩玩就能搞定的事儿呀！想想看，如果不认真对待，那不是浪费了材料和时间嘛，多可惜呀！而且呀，不同的方法都有各自的优缺点呢。
就像人无完人一样，没有一种方法是完美无缺的。
有的可能成本高，有的可能工艺复杂，有的可能对环境有一定要求。
那我们就得根据实际情况来选择合适的方法呀，不能瞎搞一通，对吧？所以说呀，制备纳米粉体可不是一件容易的事儿，但只要我们用心去研究，去尝试，肯定能找到最适合的方法，做出最棒的纳米粉体来！这就好比爬山，虽然过程辛苦，但当你登上山顶，看到那美丽的风景时，一切都值了！不是吗？。
《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。
纳米粉末的制备方法
纳米粉末的制备方法材料研1203 Z1205020 石南起纳米科技是20世纪80年代末90年代初诞生并迅速发展和渗透到各学科领域的一门崭新的高科技。
由于它在21世纪产业革命中具有战略地位，因而受到世界的普遍关注。
有人说，70年代微电子学产生了世界性的信息革命，那么纳米科技将是21世纪信息革命的核心。
纳米技术的飞速发展极大的推动了材料科学的研究和发展，而纳米材料研究的一个重要阶段是纳米粉体的制备。
1.纳米粉体的制备要使纳米材料具有良好的性能，纳米粉末的制备是关键。
纳米粉末的制备方法主要有物理法、化学法和高能球磨法。
1.1物理法物理法中较重要的是气体中蒸发法，在惰性气体中蒸发金属，急冷生成纳米粉体。
如在容器中导入低压的氩或氦等惰性气体，通过发热体使金属熔化、蒸发，蒸发的金属原子和气体分子碰撞，使金属原子凝聚成纳米颗粒。
通过蒸发温度、气体种类和压力控制颗粒大小，一般制得颗粒的粒径为10nm左右。
比较重要的物理法还有溅射法、金属蒸气合成法及流动油上真空蒸发法等。
1.2化学法化学法制备纳米粉可分气相反应法和液相反应法。
1.2.1气相反应法气相反应法是利用化合物蒸气的化学反应的一种方法，其特点是：（1）原料化合物具有挥发性，提纯比较容易，生成物纯度高，不需要粉碎。
（2）气相物质浓度小，生成的粉末凝聚较小。
（3）控制生成条件，容易制得粒径分布窄，粒径小的微粒。
（4）气氛容易控制，除氧化物外，用液相法直接合成困难的金属、碳化物、氮化物均可合成。
气相合成中除了反应原料均为挥发性物外，也可用电弧、等离子体、激光加热固体使其挥发，再与活性气体反应生成化合物纳米粉体。
1.2.2液相反应法液相反应法作为一种制备超细粉体的方法成为各国材料科学家研究的热点，它具有无需高真空等苛刻物理条件、易放大的特点，并且得到的粉体性能比较优越。
常用的液相反应法有共沉淀法、水解法、溶胶凝胶法、微乳液反应法等。
共沉淀法是利用各种在水中溶解的物质，经反应成不溶解的氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐等，再经加热分解生成高纯度的超微粉料。
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
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液晶显示器
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Preparation of nanoparticles
3、溶胶—凝胶法
1）原理：利用成膜物质的水解，在基片上得到薄膜。
2）步骤：溶胶制备→制膜→热处理
3) 优缺点：工艺设备简单；后处理温度低；
对衬底的形状、大小要求低；
涂层组分均匀、易定量掺杂；
易得到纳米尺寸的薄膜；
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。
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Preparation of nanoparticles
二、 制备方法分类
制备方法
化学法
物理法
存在不科学 之处
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Preparation of nanoparticles
形态：非晶、多晶、单晶
功 能：电、磁、力学、光学、催化、超导等
3-2
Preparation of nanoparticles
二、基片
玻璃基片：小于500 OC
石 英 玻 璃— 耐热，耐热冲击 碱石灰玻璃— 易熔化和成形，膨胀系数大 陶瓷基片： 氧化铝— 耐热，高强度，但烧后难加工
碳化硅— 高热导，高电阻；但介电常数大，信号传输慢
AFM – 4#
Hale Waihona Puke 3 - 18Preparation of nanoparticles
AFM - 5#
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Preparation of nanoparticles
第二节
3 - 20
Preparation of nanoparticles
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；
1 机械粉碎法（大→小）
1）球磨：临界尺寸3微米
2）振动磨：可获得小于1微米的粒子；行星磨（20世 纪 70年代） 3）搅拌磨：静止的研磨筒和旋转搅拌器构成 4）胶体磨：剪切、摩擦、冲击作用—粉碎、分散、乳 化、微粒化 5）气流磨：20世纪80年代，德国开发，
TiO2溶胶相关组分三元相图
A区：凝胶形成区
B区：镀膜区
C区：沉淀区
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Preparation of nanoparticles
2、无机途径 过程：氧化物微粒 → 溶剂、分散剂
→ 稳定溶胶液
特点：薄膜不开裂； 附着力较差； 纳米颗粒难分散。
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Preparation of nanoparticles
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4、低温成膜技术
非耐热基材：木材，纸，塑料等 方法：1）粘结剂法（氟树脂，硅溶胶） 2）仿声沉积技术（90年代开始）
五、纳米薄膜的表征方法
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Preparation of nanoparticles
四、薄膜表征方法 XRD：相组成（注意膜层厚度） SEM：微观形貌，膜厚，断面 AFM： 原子尺度形貌，表面粗糙度
Preparation of nanoparticles
第三章 材料制备方法
1、薄膜的制备与表征 2、纳米粉体的制备与表面修饰 3、纳米陶瓷的制备方法
4、复合材料制备简介
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Preparation of nanoparticles
第一节 薄膜制备
一、纳米薄膜
分 类：纳米粒子组成； 纳米粒子镶嵌在另一种基体材料中的复合膜。 材质：金属、半导体、绝缘体、有机高分子、复合物等
（二）制膜方法
提拉法（dipping) 过程：基片浸入—定速提拉（湿膜）—干燥（干膜）—热处理
特点：方法简单，膜厚难控，不适用小面积制膜。
旋覆法（spinning) 过程：基片置于匀胶台—甩膜—干燥—热处理 特点：设备简单，需液体量少，但只适用于小面积薄膜的制备。 喷射法（spraying) 过程：基片移动—喷枪喷到预热的基片上 特点：可以批量生产，但设备复杂，但只适用于平板基材。
1、气相沉积法
PVD制备过程：
产生——真空蒸发、溅射获得超微粒子；
输运——惰性气体作载气 ；
沉积——在基体上凝聚，沉积成膜。
例，美国喷气制造公司：纳米多层膜，陶瓷-有机膜 日本真空冶金公司：制备金属纳米膜
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Preparation of nanoparticles
CVD制备过程：
通过诱导产生化学反应（温度900~2000 OC）获得
但易开裂。
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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
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Preparation of nanoparticles
AFM – 1#
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Preparation of nanoparticles
AFM – 2#
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Preparation of nanoparticles
AFM – 3#
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Preparation of nanoparticles
纳米粒子，直接沉淀在低温基片上。
例 纳米Si膜的制备：
硅烷经辉光放电而分解； 在基片上形成Si-H膜； 500~600℃氢气下退火得到结晶膜。
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Preparation of nanoparticles
2、液相沉积法
原理：从过饱和溶液中自发析出晶体。 优点：操作简单；
基片材料不受限制（形状复杂）。
制备方法的界定
一般地， 化学方法(液相法,气相法) 物理方法(机械粉碎法) 但是，某些气相法在制备超微粒的过程中并没有化学反 应，因此笼统划为化学法是不合适的。 相反，机械粉碎法中的机械合金化在一定情况产可形成 金属间化合物（涉及到化学反应），因此把粉碎法 全归为物理方法也不合适。
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Preparation of nanoparticles
单晶基片：适宜外延膜，但由于各向异性会裂纹 金属基片：适宜功能性薄膜 黑色金属，有色金属，电磁材料，非晶态合金等
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Preparation of nanoparticles
二、薄膜的制备方法
三、薄膜制备方法
1、气相沉积法 2、液相沉积法 3、溶胶—凝胶法 4、低温成膜技术
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