九纳米材料的制备.ppt

第九章 纳米材料的制备 什么是纳米？什么是纳米科学？ 纳米材料的提出 1959年提出：“如果我们对微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的已乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。 1965年，获诺贝尔物理奖。 纳米科技之父。 纳米科技包括了各个方面 纳米材料的定义 纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成, 一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。 2. 按形态分类 1. 小尺寸效应 2. 表面与界面效应 3. 量子尺寸效应 4. 介电限域效应 5. 宏观量子隧道效应 1. 小尺寸效应 2. 表面效应 3. 量子尺寸效应 4. 介电限域效应 5.宏观量子隧道效应 1. 制备方法分类 2. 纳米材料制备过程中的问题 （2）纳米粒子的污染。 （3）纳米材料的合成机理。 （4）合成装置。 （5）制备技术。 （6）实用化技术。 3. 物理法 1真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。 2物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 3机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 4. 化学法 （1）化学气相沉积法 （2）水热和溶剂热法 （3）溶胶-凝胶法 （4）沉淀法 （5）化学还原法法 沉淀法 溶液还原法 多醇还原法 碳热还原法 　 微乳液法 　 微乳液通常是由表面活性剂、助表面活性剂(通常为醇类)、油类(通常为碳氢化合物)组成的透明的、各向同性的热力学稳定体系。 微乳液中，微小的“水池”为表面活性剂和助表面活性剂所构成的单分子层包围成的微乳颗粒，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”。它拥有很大的界面，有利于化学反应。这显然是制备纳米材料的又一有效技术。 　　 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。 模板合成法 利用基质材料结构中的空隙作为模板进行合成。结构基质为多孔玻璃、分子筛、大孔离子交换树脂等。 例如将纳米微粒置于分子筛的笼中，可以得到尺寸均匀，在空间具有周期性构型的纳米材料。 Herron等将Na-Y型沸石与Cd(NO3)溶液混合，离子交换后形成Cd-Y型沸石，经干燥后与N2S气体反应，在分子筛八面体沸石笼中生成CdS超微粒子。 电解法 此法包括水溶液电解和熔盐电解两种。用此法可制得很多用通常方法不能制备或难以制备的金属超微粉，尤其是负电性很大的金属粉末。还可制备氧化物超微粉。 采用加有机溶剂于电解液中的滚筒阴极电解法，制备出金属超微粉。滚筒置于两液相交界处，跨于两液相之中。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，而且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，但此次析出之金属与上次析出之金属间因有机膜阻隔而不能联结在一起，仅以超微粉体形式析出。 1. 什么是块体纳米材料？ 高能机械研磨法（MA） MA是美国INCO公司于60年代末发展起来的技术。 粉末冶金法 原理：粉末冶金法是把纳米粉压实成实体，然后放到热压炉中烧结 。 高温、高压法 原理：高温、高压法是将真空电弧炉熔炼的样品置入高压腔体内，加压至数 GPa 后升温，通过高压抑制原子的长程扩散及晶体的生长速率，从而实现晶粒的纳米化 ,然后再从高温下固相淬火以保持高温、高压组织 。 电解沉积法 原理：电解沉积法是指在溶液中带正电的金属离子,吸附到带负电的纳米颗粒表面 ,然后在电动力的作用下移至阴极 ,金属离子还原成原子 ,并与所俘获的纳米颗粒一起占据阴极金属或合金表面的位置 ,而形成涂层 ,逐渐形成薄膜纳米材料 。 非晶晶化法 原理：非晶晶化法是通过控制非晶态固体的晶化动力，来获得块体纳米材料的方法，它包括非晶态固体的获得和晶化两个过程。 大塑性变形法 大塑性变形方法制备块状纳米材料是近年来发展起来的一种独特的制备方法 原理：它是材料在准静态压力作用下自身发生严重塑性变形，从而将材料的晶粒尺寸细化到亚微米级或纳米数量级。 3.存在问题 4.解决方案 1. SiO2微球基本性质 纳米SiO2是无定形白色粉末； 表面存在不饱和的残键及不同键合状态的羟基。 其分子状态呈三维链状结构。 气相法 原理：该法是直接利用气体或者通过各种手段将物质变成气体，使之在气体状态下发生物理变化或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒。 溶胶-凝胶法 原理：溶胶 - 凝胶法指金属醇盐[M(