1、粉体制备技术详解.ppt

* 4、激光加热法(受激辐射放大 ) 作为一种光学加热方法，激光在许多方面得到应用。激光的利用是纳米微粒制备中的一种很有特点的方法。优点： （1）加压源可以放在系统外，所以不受蒸发室的影响； （2）不论是金属、化合物，还是矿物质都可以用它进行熔融和蒸发； （3）加热源（激光器）不会受到蒸发物质的污染等。 ?注CO2激光束。 * 自发辐射： 受激辐射： 通过受激辐射将会增加性质全同的光子数，从而产生比入射光更强的光波。 （b）受激辐射 受激吸收： * 受激辐射的光放大示意图 * 图2- 62 激光加热法制备纳米微粒的实验装置 当激光照射在物体上时，特别是金属上时，物体能否有效地吸收激光是一个非常重要的问题。 * 二、气相化学反应法 （也叫化学气相沉积法CVD Chemical Vapor Deposition） 利用金属化合物的蒸气，通过化学反应生成所需要的化合物，在保护气体环境下快速冷凝，从而制备各类物质的纳米微粒。 以 （1）挥发性金属卤化物和氢化物； （2）有机金属化合物等蒸气为原料，进行气相热分解和其它化学反应来合成细粉。它是合成高熔点无机化合物超细粉最引人注目的方法。 优点：颗粒均匀、纯度高、粒度小、分散性好、化学反应活性高、工艺可控和过程连续等。 适合于制备各类金属、金属化合物以及非金属化合物纳米微粒。如各种金属、氮化物、碳化物、硼化物等 按体系反应类型：分为气相分解和气相合成。 * （一）、气相化学反应的基本原理 1、单一化合物的热分解（气相分解法） 对待分解的化合物或经前期预处理的中间化合物进行加热、蒸发（物理变化）、分解（化学变化），得到目标物质的纳米微粒。热分解法要求必须具备目标纳米微粒物质的全部所需元素的适当化合物。 气相热分解的原料通常是容易挥发、蒸气压高、反应活性高的有机硅、金属氯化物或其它化合物 * * 2、两种以上物质之间的气相反应（气相合成法） 利用两种以上物质之间的气相化学反应，在高温下合成出相应的化合物，再经过快速冷凝，制备各类物质的微粒。用该法可以进行多种微粒的合成，具有灵活性和互换性。 * 气相化学反应法不仅可以制得氧化物超细粉，而且可以制得碳化物、氮化物、硼化物等非氧化物超细粉。因此，在超细粉制备技术中占有很重要的地位。这种方法制备炭黑、ZnO、TiO2、Sb2O3、AI2O3超细粉已达到工业生产水平。高熔点的碳化物、氮化物、硼化物等非氧化物超细粉体技术已从实验室试验走向批量生产。 * 表2-3 气相反应法生成氮化物和碳化物颗粒的直径和粒子生长过程 * 1-反应气；2-保护气与载气；3-气体阀；4-稳流稳压器；5-压力表；6-质量流量计；7-管式炉；8-反应器；9-预热区；10-热电偶；11-混气区；12-成核生长区；13-冷凝器；14-抽集器；15-绝对捕集区；16-尾气处理器 图2-63 热管炉加热化学反应气相反应合成纳米微粒实验系统 （王世敏，许祖勋，纳米材料制备技术 P32） 热管炉： （1）原料处理； （2）反应操作参量控制； （3）成核及生长控制； （4）冷凝控制 * 图2-64 激光法合成纳米微粒原理图 1-反应气；2-保护器；3-激光束；4-反应区； 5-反应焰；6-冷壁；7-收集室入口。 利用大功率激光器的激光束照射于反应气体，反应气体通过对激光光子的强吸收，气体分子或原子在瞬间得到加热、活化，在极短的时间内反应气体分子或原子获得化学反应所需要的温度后，迅速完成反应、成核、生长等过程，从而制得相应物质的纳米微粒。 据估算，激光加热速率为106-108 oc/s，加热到反应最高温度的时间小于10-4s。 * 问题： 入射激光能否引发化学反应是激光合成纳米微粒的一个关键性问题。气体分子对光能的吸收系数一般与入射光的频率有关。为保证化学反应所需要的能量，需要选择对入射激光具有强吸收的反应气体。如、、对CO2激光光子具有较强的吸收。而某些有机硅化合物和羰基铁一类的物质，它们对CO2激光无明显的吸收，需要在反应体系中加入光敏剂。 光敏剂的作用是：当入射激光照射在体系中时，首先是光敏剂中的分子或原子吸收激光光子能量，再通过碰撞将激光光子能量转移给反应气体分子使反应气体分子被活化、加热，从而相应的化学反应 * 采用激光技术可以制备均匀、高纯、超细、粒度窄分布的各种微粒。 激光合成技术（1）制备纳米的硅、碳化硅和氮化硅粉末； （2）合成粒径为10-30nm的铁、镍、铝、锆、铬、钛、钼、钽等金属粉末和氧化铁(Fe2O3)、氧化镍(NiO)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化铬(Cr2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化钽(T