62液相法制备纳米微粒定义.PPT

第六章 纳米材料的制备方法 6.1 气相法制备纳米微粒 定义：气相法指直接利用气体或者通过各种手段将物质变为气体，使之在气体状态下发生物理或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法 优点：颗粒细、团聚少,可以制备出液相法难以制得的金属碳化物、氮化物、硼化物等非氧化物超微粉 缺点：设备要求高 气相法的加热源 1. 电阻加热：主要是进行低熔点金属（ Ag、Al、Cu、Au等）的蒸发，产量小，常用于研究 2. 高频感应加热：粒子粒径均匀、产量大，高熔点低蒸气压物质的纳米微粒(W、Ta、Mo等)难制备 3. 激光加热：不受蒸发物质的污染，适于制备高熔点的金属纳米粒子以及各种氧化物、碳化物和氮化物等 4. 电子束加热：可制备高熔点金属以及相应的氧化物、碳化物、氮化物等纳米粒子，通常在高真空中使用 5. 微波加热：加热速度快且均匀，节能高效，易于控制，但不适用于金属材料 6. 电弧加热：有气中电弧和真空电弧两种 6.1.1 物理气相沉淀法(PVD) 定义：在整个纳米材料形成过程中没有发生化学反应，主要是利用各种热源促使金属等块体材料蒸发气化，然后冷却沉积而得到纳米材料。主要用于制备金属纳米微粒 分类： 1. 气体冷凝法:设备相对简单,得到的纳米颗粒表面清洁，粒度容易控制,适于低熔点金属纳米粒子的合成 2.氢电弧等离子体法：微粒的生成量随等离子气体中的氢气浓度增加而上升，已制备出三十多种纳米金属（等离子体温度高）和合金，也有部分氧化物，但是要克服等离子体喷射的射流将金属熔融物质本身吹飞的技术难题 3.溅射法：不需要坩锅，靶材料蒸发面积大，可制备多种金属纳米微粒及多组元的化合物纳米微粒 4.通电加热蒸发法 ：通过碳棒与金属相接触，通电加热使金属熔化，金属与高温碳素反应并蒸发形成碳化物超微粒子，但是高熔点金属只能得到非晶态纳米微粒(熔点比碳棒高) 5.流动液面上真空蒸度法 ：制备Ag，Au，Pd，Fe，Ni，In等超微粒子，粒径小（约3 nm）可控 6.1.2 化学气相沉积法（CVD） 定义：在气态下，通过化学反应，使反应产物蒸气形成很高的过饱和蒸气压，自动凝聚形成大量的晶核，这些晶核不断长大，聚集成纳米颗粒的过程 特点：保形性，生成物质单一，沉淀后即得晶体或细粉状物质 常用加热方法： 1. 电炉直接加热:主要有电阻丝、等离子体加热等 2. 激光诱导：利用反应气体分子(或光敏分子)对特定波长激光束的吸收，引起反应气体分子光解、热解、光敏化反应和激光诱导化学合成反应 分类： 由原料蒸发方式的不同,可分为等离子增强化学气相沉积法(PECVD法)和激光诱导化学气相沉积法(LICVD法)等； 由反应类型不同分为热解化学气相沉积、化学合成气相沉积、化学输运反应 1.热解化学气相沉积：条件是分解原料通常容易挥发，蒸气压、反应活性高。一般的反应形式为： A（气） → B（固）＋ C（气）↑ 2. 化学合成气相沉积：高温下发生（激光诱导）气相反应。一般的反应形式为： A（气）＋ B（气） → C（固）＋ D（气）↑ 3. 化学输运反应：把所需要的物质当做源物质，借助于适当的气体介质与之反应而形成一种气态化合物，这种气态化合物经化学迁移或物理载带(用载气)输运到与源区温度不同的沉淀区，再发生逆向反应，使得源物质重新沉淀出来，这样的过程称为化学输运反应。上述气体介质叫做输运剂 6.2 液相法制备纳米微粒 定义：将均相溶液通过各种途径使溶质和溶剂分离，溶质形成一定形状和大小的颗粒，得到所需粉末的前驱体，热解后得到纳米微粒 特点：设备简单、原料容易获得、纯度高、均匀性好、化学组成控制准确等优点，主要用于氧化物系超微粉的制备 6.2.1 沉淀法 定义：包含一种或多种阳离子的可溶性盐溶液，当加入沉淀剂（如OH-、CO32-等）后，或于一定温度下使溶液发生水解或直接沉淀，形成不溶性氢氧化物、氧化物或无机盐类，直接或经热分解得到所需的纳米微粒。 分类： 1.共沉淀：含多种(两种或两种以上)阳离子的溶液中加入沉淀剂后，所有离子完全沉淀的方法制备纳米微粒的方法，它又可分成单相共沉淀法和混合物共沉淀法 为了获得沉淀的均匀性，通常采用反滴法；对粒径进行有效控制、防止颗粒间的絮凝团聚，通常是利用高聚物作为分散剂防止团聚 2.均相沉淀法：利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢均匀的释放出来，通过控制溶液中沉淀剂浓度，使溶液中的沉淀处于平衡状态，且沉淀能在整个溶液中均匀地出现 例如，随尿素水溶液的温度逐渐升高至70℃附近，尿素会发生分解，即 (NH2)2CO + 3H2O ? 2NH4·OH + CO2 生成的沉淀剂NH4·OH在金属盐的溶液中分布均