无机合成化学纳米粒子与材料的制备化学

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1、§6.3纳米粒子与材料的制备化学零维纳米颗粒(0-Dnanoparticles)一维纳米线(1-Dnanowires)一维纳米带(1-Dnanobelts)一维纳米棒(1-Dnanorods)一维纳米管(1-Dnanotubes)二维纳米片(2-Dnanoflakes)纳米材料的主要形式纳米材料分类纳米粉末：又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料。纳米纤维：指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。包括：纳米管、纳米线、

2、纳米带等纳米膜：纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。纳米块体：是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料。纳米粒子合成概述自然界中的纳米粒子—尘埃、烟；20世纪初人们已开始用蒸发法制备金属及其氧化物的纳米粒子；20世纪中期人们探索机械粉碎法使物质粒子细化（极限为数微米）；近几十年来机械粉碎法可以使微粒小到0.5微米左右，多种化学方法（表面活性剂的应用）和物理方法的开发近十年来各种高技术，如激光技术、

3、等离子体技术等的应用，使得制备粒度均匀、高纯、超细、分散性好的纳米粒子成为可能，但问题是如何规模化？纳米粒子制备方法物理法化学法粉碎法构筑法沉淀法水热法溶胶－凝胶法冷冻干燥法喷雾法干式粉碎湿式粉碎气体冷凝法溅射法氢电弧等离子体法共沉淀法均相沉淀法水解沉淀法气相反应法液相反应法气相分解法气相合成法气－固反应法其它方法(如球磨法)纳米材料制备方法气相法液相法沉淀法水热法溶胶－凝胶法冷冻干燥法喷雾法气体冷凝法氢电弧等离子体法溅射法真空沉积法加热蒸发法混合等离子体法共沉淀法化合物沉淀法水解沉淀法固相法粉碎法

4、干式粉碎湿式粉碎化学气相反应法气相分解法气相合成法气-固反应法物理气相法热分解法其它方法固相反应法纳米粒子合成的物理方法-粉碎法粉碎一词是指块体物料粒子由大变小过程的总称，它包括破碎和粉磨。前者是由大料块变成小料块的过程，后者是由小料块变成粉末的过程。粉碎过程就是在粉碎力的作用下固体物料或粒子发生形变进而破裂的过程。当粉碎力足够大而迅猛时，物料块或粒子之间瞬间产生的引力大大超过了物料的机械强度，致使物料发生破碎。常借助的外力有机械力、流能力、化学能、声能、热能等。粉碎力作用形式物料的基本粉碎方式是压

5、碎、剪碎、冲击粉碎和磨碎。主要有湿法粉碎和干法粉碎两种。粉碎作用力的类型主要有如右图所示几种。一般粉碎作用力都是几种力的组合，如球磨机和振动磨是磨碎和冲击粉碎的组合；雷蒙磨是压碎、剪碎和磨碎的组合；气流磨是冲击、磨碎与剪碎的组合，等等。物料被粉碎时常常会导致物质结构及表面物理化学性质发生变化，主要表现在：1、粒子结构变化，如表面结构自发的重组，形成非晶态结构或重结晶；2、粒子表面的物理化学性质变化，如电性能、吸附、分散与团聚等性质；3、受反复应力使局部发生化学反应，导致物料中化学组成发生变化。纳米粒

6、子合成的物理方法-构筑法构筑法是从原子或分子的集合体人工合成超微粒子。Top-downBottom-up纳米粒子合成的化学方法化学法主要是“自下而上”的方法，即是通过适当的化学反应（化学反应中物质之间的原子必然进行组排，这种过程决定物质的存在状态），包括液相、气相和固相反应，从分子、原子出发制备纳米颗粒物质。化学法包括气相反应法和液相反应法。气相反应法可分为：气相分解法、气相合成法及气-固反应法等；液相反应法可分为：沉淀法、溶剂热法、溶胶-凝胶法、反相胶束法等。纳米粒子的气相反应法合成-气相合成法通

7、常是利用两种以上物质之间的气相化学反应，在高温下合成为相应的化合物，再经过快速冷却，从而制备各类物质的纳米粒子。激光气相合成法液相反应法合成纳米粒子-沉淀法沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合溶液中加入适当的沉淀剂制备纳米粒子的前驱体沉淀物，再将此沉淀物进行干燥或煅烧，从而制得相应的纳米粒子。沉淀法主要分为：直接沉淀法、共沉淀法、均匀沉淀法、水解沉淀法、化合物沉淀法等存在于溶液中的离子A＋和B－,当它们的离子浓度积超过其溶度积[A+]·[B-]时,A＋和B－之间就开始结合，进而形

8、成晶核。由晶核生长和在重力的作用下发生沉降，形成沉淀物。一般而言，当颗粒粒径成为1微米以上时就形成沉淀。沉淀物的粒径取决于核形成与核成长的相对速度。即核形成速度低于核成长，那么生成的颗粒数就少，单个颗粒的粒径就变大。在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂后，所有离子完全沉淀的方法称为共沉淀法。根据沉淀的类型可分为单相共沉淀和混合共沉淀。例如：1.在Ba，Ti的硝酸盐溶液中加入草酸沉淀剂后，形成了单相化合物BaTiO(C2H4)2·4H2O沉淀。经高温分解，可制得BaTiO