纳米材料合成方法课件.ppt

天津理工大学纳米材料与技术研究中心 电解法 电解法包括水溶液电解和熔盐电解两种。该法可制得很多通常方法不能制备或难以制备的金属纳米粉，尤其是电负性很小的金属纳米粉。 通常采用加有机溶剂于电解液中的滚筒阴极电解法制备金属纳米粉。滚筒置于两液相交界处，当滚筒在水溶液中时，金属在其上面析出，而转动到有机液中时，金属析出停止，已析出之金属被有机溶液涂覆。当再转动到水溶液中时，又有金属析出，两次析出之金属间因有机膜阻隔而不能联结在一起。该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。 天津理工大学纳米材料与技术研究中心 通常所制备的纳米材料是相互团聚或缠绕 表 面 包 覆 和 表 面 改 性 表面包覆 表面改性 微乳液法 微乳液通常是有表面活性剂、助表面活性剂、油类组成的透明的、各向同性的热力学稳定体系。微乳液中存在由表面活性剂和助表面活性剂所构成微小的“水池” ，其大小在几至几十个纳米间，这些微小的“水池”彼此分离，就是“微反应器”。 表面活性剂的结构特点：分子中同时有疏水基团（烷烃基）和亲水基团（羧基、氨基）。表面活性剂溶液浓度超过一定值，其分子在溶液中会形成不同类型的分子有序组合体。 表面活性剂在溶液中超过一定浓度时,会从单体（单个离子或分子）缔合成为胶态聚集物，即形成胶团。溶液性质发生突变的浓度，亦即形成胶团的浓度，称为临界胶团浓度。 胶束的形成过程及几种胶束结构示意图 天津理工大学纳米材料与技术研究中心 与其它化学法相比，微乳法制备的粒子不易聚结，大小可控，分散性好，可制备多种材料纳米粒子。 亲油端在内、亲水端在外的“水包油型”胶团，叫“正相胶团” 亲水端在内、亲油端在外的“油包水型”胶团，叫“反相胶团” 正相胶团的直径大约为 5-100nm，反相胶团的直径约为 3-6 nm，而多层囊泡的直径一般为 100-800 nm。 反 相 胶 束 模 板 制 备 纳 米 材 料 机 理 以下面反应为例：A ＋ B → C↓ ＋ D A，B为溶于水的反应物，C为不溶于水的沉淀，D为副产物 机理一：直接加入法-渗透反应机理 A +W/O微乳液 反应物 B B 在反相微乳液扩散并向胶束渗透 A 、B 在胶束中反应、微粒成核和长大 控制过程 如金属烷基化合物加水分解制备氧化物纳米微粒、镉盐与硫化氢制备CdS纳米微粒 微粒的形成一般经历：化学反应、成核和长大阶段 天津理工大学纳米材料与技术研究中心 微乳液法制备Fe2O3示意图 机理二：共混法-融合反应机理 B + W/O微乳液 A 、B两种反相微乳液的胶束相互碰撞、融合、交换、传质 A 、B 在胶束中反应、微粒成核和长大 控制过程 A + W/O微乳液 含有相同的水油比 如硝酸银与氯化钠反应制备氯化银纳米微粒 ?气相合成方法，如化学气相沉积(CVD)等； ?液相合成方法，如电化学沉积等； ?其它合成方法； * 天津理工大学纳米材料与技术研究中心 我国古代用光滑的陶瓷在蜡烛火焰的上方收集烟雾，经冷凝后变成很细的纳米碳粉，用这种超细碳粉做成的墨具有良好的性能，这是一种制备纳米材料的最简单方法。 第三章：纳米材料合成方法概述 纳米材料制备途径 ｛ 从小到大: 原子?团簇?纳米颗粒 从大到小: 固体?微米颗粒?纳米颗粒 通常可通过两大的途径得到纳米材料： 天津理工大学纳米材料与技术研究中心 按有无发生反应 目前纳米材料制备常采用的方法: 天津理工大学纳米材料与技术研究中心 (按物态分类) 气相法 液相法 固相法 蒸发-冷凝法 化学气相反应法 溶胶-凝胶法 沉淀法 喷雾法 非晶晶化法 机械粉碎(高能球磨)法 固态反应法 天津理工大学纳米材料与技术研究中心 主要介绍以下三类纳米结构的制备方法 ?零维纳米材料的制备方法，如纳米颗粒等。 ?一维纳米材料的制备方法，如纳米线等。 ?二维纳米材料的制备方法，如纳米薄膜等。 天津理工大学纳米材料与技术研究中心 零维纳米材料的制备方法 ?固相合成法 ?气相合成法 ?液相合成法 天津理工大学纳米材料与技术研究中心 高能球磨法制备纳米材料 滚动球磨 搅拌球磨 振动球磨 高能球磨法已成功地制备出以下几类纳米晶材料: 纳米晶纯金属、固溶体、纳米金属间化合物及纳米金属-陶瓷粉复合材料。 液态金属 非晶条带 热处理 固相法制备纳米材料 非晶晶化法 该法采用快速凝固法将液态金属制备非晶条带,再将非晶条带经过热处理使其晶化获得纳米晶条带的方法。特点﹕工艺较简单, 化学成分准确。 非晶晶化法制备的纳米材料的塑性对粒径十分敏感，只有粒径很小时，塑性较好．否则材料变得很脆。因此，对于某些成核激活能很小，晶粒长大激活能大的非晶合金采用非晶晶化法，才能获得塑性