纳米粉体的制备方法及其研究进展.doc

纳米粉体的制备方法及团聚简介 摘要：本文简要综述了制备纳米粉体的相关方法，物理方法有气体冷凝法、侧射法、高能机械球磨法等，化学方法有固相配位化学法、溶胶-凝胶法、沉淀法、化学气相沉积法等。并且简要的介绍了团聚的原因及如何防止纳米团聚 关键词：纳米粉体；制备方法；团聚 近年来，随着科学技术的发展，世界各地许多科学家都在积极开展新材料尤其是纳米材料的研究。纳米材料包括零维颗粒材料、一维纳米针、二维纳米膜材料以及三维纳米晶体材料。纳米颗粒一般在1～100nm之间，处于微观粒子和宏观物体之间的过渡区域。它具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特性。这些特性使其呈现出一系列奇异的物理、化学性质，目前在国防、电子、化工、轻工、核技术、航空航天、医学和生物工程等领域中具有重要的应用价值。为此，本文简要综述了纳米粉体的相关方法。 1 . 纳米粉体材料的制备方法 1.1 物理法 1.1.1 气体冷凝法[1] 气体冷凝法（IGC），其主要过程是在低压的氩、嗐等惰性气体中加热金属，使其蒸发，产生原子雾，经泠凝后形成纳米颗粒。纳米合金可通过同时蒸发数种金属物质得到；纳米氧化物可在蒸发过程中真空室内通以纯氧使之氧化得到。这种方法是制备清洁界面的纳米粉体的主要方法之一。 1.1.2 侧射法[1] 用两块金属板分别作阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入氩气，在两电极之间施加适当电压，两电极间的辉光放电促使氩离子的形成，在电场作用下，氩离子冲击阴极材料，使靶材原子从其表面沉积下来。而且加大被溅射的阴阳表面可提高纳米微粒的获得量。该方法可有效控制多种高熔点和低熔点的纳米金属；能制备多组元的化合物纳米颗粒。 1.1.3 高能机械球磨法[1] 高能球磨法是近年来发展起来的一种制备纳米粉体材料的方法，该方法尤其是在制备合金粉末方面具有良好的工业应用前景。它是将欲合金化的元素粉末混合起来，在高能球磨机长时间运转，将回转机械能传递给金属粉末，依靠求魔过程中粉末的塑形变形产生复合，并发生扩散和固态反应而形成合金粉末。由于该过程引入大量的粉末颗粒应变、缺陷以及纳米量级的微结构，使合金过程的热力学和动力学不同于普通的固态反应过程，有可能制备出常规液态或气相难以合成的新型合金。此外，通过高能机械球磨中气氛的控制与外部磁场的引入，使这一技术得到了较大的发展。 1.2 化学法 1.2.1 激光法[2] 主要以用激光法合成纳米硅粉为例。激光气相合成硅粉一般选用昂贵的硅烷气体作为反应原料，以一定配比与氩气或氢气混合，在激光的作用下，分解生成硅粉，其反应方程式为： 激光诱导硅烷气相合成反应中Si粒子的形成首先是硅烷气体在激光作用下分解产生饱和的Si蒸气，经气相凝聚均匀形核，其后在Si原子蒸气环境中均匀生长，直至粒子冲出反应区而终止长大，最终形成单晶结构。由由于反应时间短、冷却速率大，会使Si粒子的形成还要经历这些粒子的非弹性碰撞生长阶段，导致粒子团聚并形成多晶，加入氩气则可显著抑制粒子间的碰撞生长。 1.2.2 直接沉淀法[3] 直接沉淀法是在一定的条件下，在包含一种或多种离子的可溶性盐溶液中加入沉淀剂，直接生成沉淀从溶液中析出，将阴离子除去，沉淀物经热分解制的纳米粉体。由于加入的沉淀剂不可能在瞬间分散于整个溶液，导致成核-长大-沉淀的过程难以控制，易发生不均匀成核而使制得的粉体粒度不均匀。 1.2.2 间接沉淀法[3] 间接沉淀法也叫均匀沉淀法，是利用某一化学反应是溶液中的构晶离子从溶液中缓慢地、均匀地释放出来。在反应过程中，加入的沉淀剂不是立刻与被沉淀组分发生反应，而是通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢析出，使得构晶离子在整个溶液中分布均匀，所以沉淀物的颗粒均匀而致密，便于过滤和洗涤，产品粒度小、分散窄、团聚少。 1.2.3 水解沉淀法[3] 水解沉淀法是利用醇盐在水中能快速发生水解，形成氢氧化物沉淀，再经过滤、干燥、焙烧等过程来制备纳米粉体。目前已经开发研制的可水解的金属醇盐已有30多种元素，主要有：BaTiO3、BaZrO3、SrTiO3、Fe3O4、CuO、PbO等。该法的突出优点是反应条件温和，操作简单。但原料成本较高，其应用受到一定限制。 1.2.4 共沉淀法[3] 共沉淀法能将各种离子在溶液中实现原子级的混合，主要用来制备电子陶瓷的复合粉体。其主要思想是使溶液中某些特定的离子沉淀时，共存于溶液中的其他离子液和特定的阳离子一起沉淀。事实上，溶液中的金属离子随pH值的上升，按满足沉淀条件的顺序依次沉淀，形成单一的或几种金属离子构成的混合沉淀物。因此，共沉淀法本质上存在分别沉淀的倾向，可以提高作为沉淀剂的氢氧化钠或氨水溶液，再导入金属盐溶液，从而使溶液中所有的金属离子同时满足沉淀条件。为保证均匀沉淀，应避免对溶液进行激烈搅拌，这可以