《纳米3》-精选·课件.ppt

1. 纳米粒子的制备1.1化学制备方法 1.1.1化学沉淀法 其特点是简单易行，但纯度低，颗粒半径大。适合制备氧化物。 （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）均匀沉淀法 在溶液中加入某种能缓慢生成沉淀剂的物质，使溶液中的沉淀均匀出现，称为均匀沉淀法。本法克服了由外部向溶液中直接加入沉淀剂而造成沉淀剂的局部不均匀性。 （3）多元醇沉淀法 许多无机化合物可溶于多元醇，由于多元醇具有较高的沸点，可大于100℃，因此可用高温强制水解反应制备纳米颗粒。 （4）沉淀转化法 本法依据化合物之间溶解度的不同，通过改变沉淀转化剂的浓度、转化温度以及表面活性剂来控制颗粒生长和防止颗粒团聚。沉淀转化法工艺流程短，操作简便，但制备的化合物仅局限于少数金属氧化物和氢氧化物。 稳定氧化锆陶瓷的化学沉淀法制备 1.1.2化学还原法 （1）水溶液还原法 采用水合肼、葡萄糖、硼氢化钠(钾)等还原剂，在水溶液中制备超细金属粉末或非晶合金粉末，并利用高分子保护剂PVP (聚乙烯基吡咯烷酮)阻止颗粒团聚及减小晶粒尺寸。其优点是获得的粒子分散性好，颗粒形状基本呈球形，过程可控制。 （2）多元醇还原法 该工艺主要利用金属盐可溶于或悬浮于乙二醇(EG)、一缩二乙二醇(DEG)等醇中，当加热到醇的沸点时，与多元醇发生还原反应，生成金属沉淀物，通过控制反应温度或引入外界成核剂，可得到纳米级粒子。 （3）气相还原法 本法也是制备微粉的常用方法。例如，用15%H2-85%Ar还原金属复合氧化物制备出粒径小于35nm的CuRh，g-Ni0.33Fe0.66等。 （4）碳热还原法 碳热还原法的基本原理是以炭黑、SiO2为原料，在高温炉内氮气保护下，进行碳热还原反应获得微粉，通过控制工艺条件可获得不同产物。目前研究较多的是Si3N4、SiC粉体及SiC-Si3N4复合粉体的制备。 1.1.3溶胶－凝胶法 （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。 （2）溶胶-凝胶法工艺流程 （3）溶胶—凝胶法的应用 溶胶—凝胶法按其反应机理可分为三类，即传统胶体型、无机聚合物型（金属醇盐型）和络合物型。主要应用于如下几个方面：①粉体原材料。②线型材料。③薄膜或涂层材料。④复合材料。⑤体型材料。 （3）溶胶—凝胶法的优缺点 优点： ①操作温度远低于玻璃熔融温度，节约能源，使得材料制备过程易于控制； ②制备的材料各组分间高度均匀、组成范围广且可以大幅度变化； ③工艺简单，易于工业化，成本低，应用灵活； ④可提高生产效率； ⑤可保证最终产品的纯度； ⑥制备的气凝胶是一种结构可控的新型轻质纳米多孔非晶固态材料，具有许多特殊性质，因而蕴藏着广阔的应用前景。 缺点： a.? 烘干后的球形凝胶颗粒自身烧结温度低，凝胶颗粒之间烧结性差， 块体材料烧结性不好； b.??? 干燥时收缩大。 ① 水含量的影响 ② 水解反应温度的影响 ③ 烧结温度的影响 ④ 热处理环境及催化剂等因素的影响 ⑤ 干燥控制化学添加剂的影响 ⑥ 采用现代加热方式以获得无开裂块状玻璃 ⑦ 采用不同的溶剂或者混合溶剂以消除开裂 1.1.4 水热法 设备 1.1.5 溶剂热合成法 （1）溶剂热法的特点 反应条件非常温和，可以稳定压稳物相、制备新物质、发展新的制备路线等； 过程相对简单而且易于控制，并且在密闭体系中可以有效的防止有毒物质的挥发和制备对空气敏感的前驱体； 另外，物相的形成、粒径的大小、形态也能够控制,而且,产物的分散性较好。在溶剂热条件下，溶剂的性质(密度、粘度、分散作用) 相互影响，变化很大，且其性质与通常条件下相差很大，相应的，反应物(通常是固体) 的溶解、分散过程以及化学反应活性大大的提高或增强 （2）溶剂热法分类 (1) 溶剂热结晶 这是一种以氢氧化物为前驱体的常规脱水过程,首先反应物固体溶解于溶剂中, 然后生成物再从溶剂中结晶出来. 这种方法可以制备很多单一的或复合氧化物. ( 2) 溶剂热还原 反应体系中发生氧化还原反应,比如纳米晶InAs 的制备,以二甲苯为溶剂,150 ℃,48h , InCl3和AsCl3 被Zn 同时还原,生成InAs . 其它Ⅲ- Ⅴ族半导体也可通过该方法而得到. (3) 溶剂热液- 固反应 典型的例子是苯体系中GaN 的合成. GaCl3 的苯溶液中,Li3N 粉体与GaCl3 溶剂热280 ℃反应6～16h 生成立方相GaN ,同时有少量岩盐相Ga