纳米材料的制备方法.ppt

喷雾焙烧法 喷雾焙烧装置的示意图 右图所示的是典型的喷雾焙烧装置。呈溶液态的原料用压缩空气供往喷嘴，在喷嘴部位与压缩空气混合并雾化。喷雾后生成的液滴大小随喷嘴而改变。液滴载于向下流动的气流上，在通过外部加热式石英管的同时被热解而成为微粒。硝酸镁和硝酸铝的混合溶液经此法可合成镁、铝尖晶石，溶剂是水与甲醇的混合溶液，粒径大小取决于盐的浓度和溶剂浓度，溶液中盐浓度越低，溶剂中甲醇浓度越高，其粒径就变得越大。用此法制备的粉末，粒径为亚微米级，它们由几十纳米的一次颗粒构成。 水热法 水热(hydrothermal)过程是指在高温、高压下在水、水溶液或蒸气等流体中所进行有关化学反应的总称。水热条件能加速离子反应和促进水解反应。在常温常压下一些从热力学分析看可以进行的反应，往往因反应速度极慢，以至于在实际上没有价值。但在水热条件下却可能使反应得以实现。水热反应有以下几种类型： 1、水热氧化： mM + nH2O → MmOn + H2 2、水热沉淀： KF + MnCl2 → KMnF2 3、水热合成： FeTiO3 + KOH → K2O?nTiO2 4、水热还原： MexOy + yH2 → xMe + yH2O (Me可为Cu、Ag等) 5、水热分解： ZrSiO4 + NaOH → ZrO2 + Na2SiO3 6、水热结晶： Al(OH)3 → Al2O3?H2O 水热法 水热合成法是指在高温、高压下一些氢氧化物在水中的溶解度大于对应的氧化物在水中的溶解度，于是氢氧化物溶入水中同时析出氧化物。如果氧化物在高温高压下溶解度大于相对应的氢氧化物，则无法通过水热法来合成。水热合成法的优点在于可直接生成氧化物，避免了一般液相合成方法需要经过煅烧转化成氧化物这一步骤，从而极大地降低乃至避免了硬团聚的形成。 如：以Ti(OH)4胶体为前躯物，采用? 30mm×? 430mm的管式高压釜，内加贵金属内衬，高压釜作分段加热，以建立适宜的上下温度梯度。在300℃纯水中加热反应8h，用乙酸调至中性，用去离子水充分洗涤，再用乙醇洗涤，在100℃下烘干可得到25nm的TiO2粉体。在水溶液条件下制得的氧化物粉体的晶粒粒度有一个比较确定的下限，而复合氧化物粉体的晶粒粒度一般都比相应的单元氧化物粉体的晶粒粒度大。如在相同条件下，以Ba(OH)2?8H2O和TiO2为前躯物，制得的BaTiO3粉体的晶粒粒度为170nm。 水热法 水热反应的特点 (1) 在水热条件下能改变反应物反应性能，提高反应活性，因而能够将某些高温固相反应改换在低温下进行, 有利于开拓出一系列新的合成方法; (2) 水热的低温(与传统固相反应比较)、等压、均相等条件，有利于生长具有平衡缺陷浓度低、规则取向、晶形完美的晶体材料，如石英单晶、红宝石(Cr:Al2O3)、AlPO4、Y3Fe5O12等； (3) 在水热条件下，易于生成特殊中间态以及特殊物相； (4) 在水热较温和的条件下, 能使低熔点、高蒸汽压且不能在融体中生成的物质、高温分解相晶化或生成； (5) 水热条件下的环境气氛易于调节，有利于低价、中间价态与特殊价态化合物的生成，并能有效、均匀地进行掺杂； 水热法 (6) 水热合成法具有能耗相对较低，原料便宜、实验条件易于调节等优点，除了可制得尺寸较大的单晶，还可制备薄膜(如铁电薄膜BaTiO3)、纤维(如新型纤维K2Ti2O5)，也可制备超微粒子和纳米材料等固体材料； (7) 合成产物纯度高，粉末分散性好、无(少)团聚，同时产物的粒度、形状与大小可控也易于控制。 (8) 水热合成在晶体生长方面有非常广泛的应用和重要发展, 除不断发展的直接法、籽晶法、导向剂法、模板剂法、络合剂法等外，在提高反应温度和压力，以及控制水热合成化学气氛的方法也在不断发展； (9) 水热合成还逐渐渗透到特殊无机配合物和原子簇化合物等无机合成的领域； (10) 在水热合成化学研究中新合成路线与方法的研究占有重要地位； (11) 此外， 水热反应在有机合成、环境污染处理等方面也有重要发展。 溶剂热法 溶剂热(solvothermal)合成法是由水热法发展而来的材料制备方法。它采用非水溶剂，如NH3、C2H5OH、C6H6、THF和en等取代水热反应中的水。溶剂热合成不仅继承了水溶液传热、传压和充当矿化剂的作用，而且非水溶剂的诸多特性使得溶剂热合成技术具有很多独特的特点。 (1) 避免了反应物、产物的水解和氧化—这对于制备易水解、氧化的材料，尤其是非氧化物材料是十分有利的； (2) 在溶剂的近临界状态下，可实现一系列新的反应，并有可能得到以前常规条件下无法得到的亚稳相； (3) 相对温和反应条件有利于高温易分解相的形成，有利于纳米级微晶的形成； (4) 通过有机溶剂的溶剂