《纳米材料》 课件 4 纳米材料制备与功能化.pptx

第四章纳米材料制备与功能化

第一节固相制备法01

通过固相制备法的学习，掌握各方法的定义，分类，基本原理，熟悉其应用体系。教学目的4.1固相制备法重点内容掌握固相制备法的类型及其原理掌握不同固相制备法的利弊了解不同固相制备法的用途02

03球磨法（Ball-milling），是将颗粒放入球磨罐中，进行长时间球磨的方法。在此过程中，球磨罐内壁，以及颗粒之间会发生碰撞、摩擦、挤压，使颗粒不断细化，最终形成纳米级别的材料。4.1.1固相制备法-球磨法混匀复合改变形状减小尺寸合金化球磨法一般用于合成纳米材料以及合成一些常规条件下难以获得的合金和复合材料

04根据球磨方式不同，球磨法主要有滚动式、搅拌式、震动式、行星式、气流式等。4.1.1固相制备法-球磨法A滚动式，B搅拌式，C震动式，D行星式，E气流式

05球磨法根据球磨的速度不同，可以分为传统的低能球磨法以及高能球磨法。高能球磨法（high-energyball-milling）是一种靠球磨机的转动或振动使介质对粉体进行强烈的撞击、研磨和搅拌，把粉体粉碎成纳米级粒子的方法。其基本原理是机械力化学，即利用机械能来诱发化学反应或诱导材料组织、结构和性能的变化的手段来制备新材料。。4.1.1固相制备法-球磨法颗粒-磨球的碰撞示意图

064.1.1固相制备法-球磨法行星球磨机高能球磨法一般操作步骤为：往球磨罐中加入材料→加入磨球→加入液体介质→抽真空并充入惰性气体→设置参数→开始球磨→取出样品→分散纳米颗粒→过滤。

074.1.1固相制备法-球磨法球磨法根据有无加入液体介质，可以分为湿法球磨和干法球磨。干法球磨是将磨球和材料在空气或者惰性气体的环境下进行球磨。干法球磨在制样的过程中不需要加入其他介质制样，可直接进行装料，操作相对而言比较简便，磨出来的纳米材料尺寸也更细。湿法球磨是将材料分散在合适的溶剂中，克服相邻层的范德华力。湿法球磨得到的纳米材料尺寸更加均匀，但是在球磨的过程中，需要进行干燥，去除液体介质。

084.1.1固相制备法-球磨法高能球磨法以工艺简单，反应条件温和，步骤简便，产量大等优势，被广泛的应用于纳米材料的制备，但也存在一些不足，如产物尺寸不均匀，形貌大小不是高度可控，制备时间长等。高能球磨法目前已成功实现多种纳米材料的制备，主要包括以下三大类：纳米金属晶体材料、纳米合金材料以及纳米复合材料。

094.1.2固相制备法-热分解法热分解法是指利用某些化合物在高温下发生分解反应，制备出金属、氧化物等纳米粉末。一般来说，固体材料的热分解有以下两种情况：固体A→固体B+(一种或多种)气体↑（1）固体A→固体B+固体C（2）第一种情况下气体产物可从体系中排出，从而防止纳米材料的收缩和团聚，容易得到高纯度的产品；第二种情况，会产生两种固体产物，分离、提纯较难。

104.1.2固相制备法-热分解法固体热分解法通常需要先将前驱体研磨使其尺寸变小，而后将固体放入加热装置中高温加热。固体热分解法主要反应仪器是加热装置，可以是管式炉、马弗炉等等。马弗炉实例图（左）和管式炉实例图（右）

114.1.2固相制备法-热分解法?

124.1.3固相制备法-固相反应法广义上，凡是有固相参与的反应可称之为固相反应。狭义上，固体与固体之间发生的化学反应产生新物质的一个过程。固体间的反应通常会经历扩散→反应→成核→生长等几个步骤，扩散过程从固体间界面开始，由于固态之间的物质交换速度通常缓慢，因此固相反应一般反应速度较缓慢。

134.1.3固相制备法-固相反应法为了大致描述晶格的松动程度，泰曼引入温度a，a等于固体温度Ts与其熔化温度Tm（熔点）的比值。后来，为纪念泰曼，a即为泰曼温度。泰曼认为固体间的反应是直接进行的，且固相反应从泰曼温度开始。a=Ts/Tm泰曼还发现，不同固体，a值不一样的。下面是一些常见固体的泰曼温度：金属粉末a≈03~0.4Tm盐类a≈0.57Tm硅酸盐a≈0.8~0.9Tm

144.1.3固相制备法-固相反应法优点：工艺流程简单，价格低廉，实验设备要求不高，适合规模化生产；不使用溶剂，简化加速了多个步骤合成，具有高选择性，生产效率高。缺点：在室温下进行的比较慢，反应速度依赖于原子或离子在固体内或颗粒间的扩散速度，为了提高反应速率，多在高温下进行，时间长、能耗高、生产成本高。影响因素：反应物的化学结构决定反应方向和速率；颗粒尺寸及分布；温度。

第二节气相制备法15

通过气相制备法的学习，掌握各方法的定义，分类，基本原理，熟悉其应用体系。教学目的4.2气相制备法重点内容掌握气相制备法的类型及其原理掌握不同气相制备法的利弊及影响