胶体与纳米粒子的制备精要.ppt

第五节 纳米粒子的制备 一、纳米粒子的概念 在1~100nm大小范围内的粒子称为纳米粒子，纳米粒子的大小是属于介于原子、分子的微观系统和一般易观察到的宏观系统之间的介观系统。 第五节 纳米粒子的制备 二、纳米粒子的特性 （1）比表面积大 （2）易形成团聚体 （3）熔点低 （4）磁性强 （5）光吸收强 （6）热导性能好 （一）、纳米粒子制备方法分类 三、纳米粒子的制备 纳米粒子的制备方法分为气相法、液相法和固相法 1、气相法 （1）物理气相沉积法(PVD) 用物理手段（如用电弧、高频、等离子体等）使块状物体加热分散成气态再骤冷成纳米粒子，主要用于制备金属、合金及个别金属氧化物的纳米粒子 （2）化学气相沉积法(CVD) 将金属化合物蒸发，在气相中进行化学反应以制备纳米粒子，此法优点是产物纯度高，分散型号，粒度分布窄等。主要用于制备金属氧化物、金属、氮化物和碳化物等纳米粒子 2、液相法 液相法的基本原理：使均相溶液中的某种或几种组分通过物理或化学方法形成小粒子，并能与溶剂分离，得到前驱体粒子，在经适当方法处理得到纳米粒子。主要用于金属氧化物、各种氢氧化物、碳酸盐、氮化物等纳米粒子的制备。 3、固相法 固相法是指将块状固体用机械法粉碎，或通过固-固相间化学反应、热分解等方法形成纳米粉体的方法。一般固相法所得粉体较粗大，难以得到很细的纳米粒子。 如任山等用此法及行星式球磨机制备纳米金 Mg2Ni及FeTi 储氢材料。此法可制得 10nm 以下的微金。 卢柯等发展了机械磨, 研磨法以制备超细金属粉,其基本思想是先制备非晶态金属箔膜, 然后使其变脆, 最后研磨得超细金属粉。此法易于批量生产。 （一）、纳米粒子制备方法举例 三、纳米粒子的制备 1、沉淀法 （1）共沉淀法 在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，使金属离子完全沉淀的方法称为共沉淀法。 （2）均相沉淀法 是使溶液中的构晶离子( 构晶负离子或构晶正离子) 在反应体系中通过某 一化学反应均匀缓慢的释放出来的办法。 在这种方法中, 加入到溶液中的沉淀剂不立刻与被沉淀组分发生反应, 而是沉淀剂通过化学反应在整个溶液中均匀地释放构晶离子, 并使沉淀在整个溶液中缓慢、均匀地析出。 2、金属醇盐水解法 一些金属盐溶液在高温下可水解生成氢氧化物或水合氧化物沉淀，经加热分解后可得到氧化物粉末。 例如：NaAlO2水解可得AL(OH)3沉淀，TiOSO4水解可得TiO2.nH2O沉淀，加热分解后可制得氧化铝和二氧化钛纳米粒子 ZrOCl2.8H2O YCl3 洗涤、脱水、防团聚 ZrOCl2.8H2O+YCl3 NH4OH ZrOCl2 + 2NH4OH + H2 Zr(OH)4 + 2NH4Cl YCl3 + 3NH4OH Y(OH)3 + 2NH4Cl Zr(OH)4 + n Y(OH)3 按比例混合 Zr1-xYxO2 煅烧 1. 原料混合 2. 加沉淀剂 3. 沉淀反应 控PH、浓度搅拌、 促进形核、控生长 4. 洗涤、脱水、防团聚 5. 煅烧 如：稳定氧化锆陶瓷的化学沉淀法制备 （1）溶胶—凝胶法基本原理 在常温或近似常温下把金属醇盐溶液加水分解，同时发生缩聚反应制成溶胶，再进一步反应形成凝胶并进而固化，然后经低温热处理而得到无机材料的方法。由于加热的温度远远低于氧化物的融化温度，所以被称为低温合成法。也由于利用了加水分解、缩聚等化学反应，所以又可叫做玻璃的化学合成法。 3、溶胶－凝胶法 三、纳米粒子的应用 1信息记录上的应用。磁性纳米粒子由于粒径小 具有学磁畴结构 矫顽力很高的特性。用它做磁记录材料可以提高信噪比 改善图像质量。如日本松下电器公司已制成的纳米级微粒录像带 具有图像清晰、信噪比高、失真小的优点。 ( 2) 在传感器方面的应用。纳米粒子由于其巨大的表面和界面 对外界环境如温度、光、湿汽十分敏感 外界环境的变化会迅速引起表面或界面离子价态和电子运输的变化 是用于传感器方面最有前途的材料。 如利用纳米NiO, Fe2O3, CoO- Al2O3 和SiC 载体温度效应引起电阻变化 可制成温度传感器。就将硫化镉量子点作为猝灭剂检测污水中的铜离子。 ( 3) 在催化方面的应用。 纳米粒子表面有效反应中心多 为纳米粒子作催化剂提供了必要的条件。 如用Pt 黑、Ag、Al2O3、 Fe2O3 在高聚物氧化还原及合成中作催化剂可大大提高其反应效率很好地控制反应速度和温度。 ( 4) 在工程方面的应用。 纳米粒子的小尺寸效应和表面效应 使得通常在高温下烧结的材料( 如SiC、 WC、BN 等) 在纳米态下可以在较低的温度下进行烧结 且不用添加剂仍然使其保持良好的性能