第二章_纳米结构单元的种类及其制备、性质(纳米颗粒)

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1、第二章纳米颗粒2.1定义及种类2.2制备方法2.3纳米颗粒的特性2.4纳米颗粒的分散与稳定2.1纳米颗粒的种类种类具体例子金属或合金纳米粒子Au、Ag、Cu、Ni、Co、Pt、Fe等；Ag-Cu、Au-Cu等碳化物或氮化物纳米粒子SiC、Si3N4或Cr、Ti、V、Zr、Hf、Mo、Nb、Ta、W等金属碳化物或氮化物氧化物和复合金属氧化物纳米粒子SiO2、TiO2、ZnO、Fe2O3、Al2O3等；BaTiO3、BaSnO3、MnFe2O4、Pb(Ti1-xZrx)O3等无机盐纳米粒子CdS、CdSe、CdTe、AgCl、

2、CaCO3、BaSO4等、有机纳米粒子聚合物、有机染料纳米粒子等定义：纳米尺度的固体粒子（1～100nm）种类：存在状态：粉体(powder)或胶体(colloid)2.1纳米颗粒的种类当分散质在某个方向上的线度介于1～100nm时，这种分散体系称为胶体分散体系。不连续的分散颗粒一种或几种物质以一定分散度分散在另一种物质中形成的体系2.2纳米颗粒的制备方法★气相法气相法制备的主要纳米粒子种类（1）低压气体蒸发法纳米金属、合金或离子化合物、氧化物（2）活性氢－熔融金属反应法纳米金属，纳米氮化物（3）溅射法纳米金属（4）流动液

3、面上真空蒸度法纳米金属（5）通电加热蒸发法纳米碳化物（6）混合等离子法纳米金属（7）激光诱导化学气相沉积纳米Si等（8）爆炸丝法纳米金属、纳米金属氧化物（9）化学气相凝聚法纳米陶瓷粉体(1)低压气体蒸发法（气体冷凝法）在低压的氩、氮等惰性气体中加热金属，使其蒸发后形成纳米颗粒。可通过调节惰性气体压力，蒸发物资的分压(即蒸发温度和速率)，或惰性气体的温度，来控制纳米微粒粒径的大小。可制备的物质包括：金属、CaF2、NaCl、FeF等离子化合物、过渡金属氧化物及易升华的氧化物等(2)活性氢-熔融金属反应法(3)溅射法原理：由于

4、两极间的辉光放电使Ar离子形成，在电场作用下，Ar离子冲击阴极靶材表面，使靶材原子从其表面蒸发出来形成超微粒子，并在附着面上沉积下来。优点：(i)可制备多种纳米金属，包括高熔点和低熔点金属；(ii)能制备多组元的化合物纳米颗粒，如Al52Ti48、Cu19Mn9等；(iii)通过加大被溅射的阴极表面可提高纳米微粒的获得量。(4)流动液面真空蒸度法原理：在高真空中蒸发的金属原子在流动的油面内形成超微粒子优点：(i)可制备Ag、Au、Pd、Cu、Fe、Ni、Co、Al、Zn等纳米微粒，平均粒径3nm，用惰性气体蒸发法难获得这样

5、小的微粒；(ii)粒径均匀，分布窄；(iii)纳米颗粒分散地分布在油中；(iv)粒径尺寸可控。(5)通电加热蒸发法通过碳棒与金属相接触，通电加热使金属熔化，金属与高温碳素反应并蒸发形成碳化物纳米颗粒可制备纳米颗粒包括：SiC,Cr,Ti,V,Zr,Hf,Mo,Nb,Ta和W等碳化物(6)混合等离子法原理：采用RF等离子与DC等离子组合的混合方式来获得纳米颗粒；优点：(i)超微粒的纯度较高；(ii)物质可以充分加热和反应；(iii)可使用惰性气体，除金属微粒外，可制备化合物超微粒，产品多样化。(7)激光诱导化学气相沉积(LI

6、CVD)原理：利用反应气体分子(或光敏剂分子)对特定波长激光束的吸收，引起反应气体分子激光光解(紫外光解或红外多光子光解)、激光热解、激光光敏化和激光诱导化学合成反应，在一定工艺条件下(激光功率密度、反应池压力、反应气体配比和流速、反应温度等)，获得纳米颗粒空间成核和生长优点：清洁表面、粒子大小可精确控制、无粘结、粒度分布均匀。(8)爆炸丝法用途：制备金属纳米微粒，制备金属氧化物纳米粉体时需在惰性气体中通入氧气(9)化学气相凝聚法原理：利用高纯惰性气体作为载气，携带金属有机前驱物（例六甲基二硅烷）进入钼丝炉，炉温为1100

7、~1400℃，气氛压力保持在100～100Pa的低压状态，原料热解成团簇，进而凝聚成纳米粒子，最好附着在内部充满液氮的转动衬底上，经刮刀刮下进入纳米粉收集器用于制备纳米陶瓷粉体下一页★液相法方法制备的主要纳米粒子种类（1）沉淀法纳米氧化物、纳米复合金属氧化物（2）喷雾法纳米氧化物、金属盐（3）水热法纳米氧化物、纳米金属（水热还原)（4）冻结干燥法纳米氧化物（5）溶胶－凝胶法纳米氧化物（6）辐射化学合成法纳米金属★固相法2.2纳米颗粒的制备方法方法制备的主要纳米粒子种类化学合成法纳米F2O3粉碎法金属或合金纳米粉体(1)沉淀

8、法原理：包含一种或多种离子的可溶性盐溶液，当加入沉淀剂(如OH-、C2O42-、CO32-等)后，或于一定温度下使溶液发生水解，形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或盐类从溶液中析出，并将溶剂和溶液中原有的阴离子洗去，经热分解或脱水即得到所需的氧化物粉料共沉淀法：含多种阳离子溶液加入沉淀剂，所有离子完全沉淀