纳米材料的模板法合成

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1、第五章纳米材料合成方法概述主要内容：V零维纳米材料（纳米粒子）合成方法概述V一维纳米材料（纳米管、纳米线、纳米带等）合成方法概述V二维纳米材料（二维超薄膜）制备方法概述V固体纳米（纳米晶）材料制备方法概述纳米材料的主要形式2nm纳米粒子纳米线纳米带TEM纳米管纳米膜纳米固体材料1纳米材料分类纳米材料大致可分为纳米粉末材料、一维纳米材料、纳米薄膜材料、纳米块体材料等纳米粉末：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

2、料。包括：纳米管、纳米线、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V自然界中的纳米粒子——尘埃、烟V20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V20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）V近几十年来机械粉碎法可以使微粒小到0.5微米左右V多种化学方法（表面活性剂的应用）和物理方法的开发V近十年来各种高技术，如激光技术、等离子体

3、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2干式粉碎粉碎法湿式粉碎纳气体蒸发法物理法米活化氢－熔融金属反应法溅射法粒构筑法真空沉积法纳加热蒸发法子混合等离子体法米合粒气相分解法气相反应法气相合成法成子气－固反应法方制共沉淀法备化学法沉淀法化合物沉淀法法水热法水解沉淀法方溶胶－凝胶法液相反应法分法氧化还原法冻结干燥法类喷雾法其它方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

4、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。当粉碎力足够大时，力的作用又很迅猛，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。因而物料发生了破碎。粉碎作用力的类型主要有如右图所示几种。可见物料的基本粉碎方式是压碎、剪碎、冲击粉碎和磨碎。常借助的外力有机械力、流能力、化学能、声能、热能等。主要由湿法粉碎和干法粉粉碎作用力的作用形式碎两种。3纳米粒子合成的物理方法——粉碎法一般的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

5、，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、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。几种典型的粉碎技术：球磨、振动球磨、振动磨、搅拌磨、胶体磨、纳米气流粉碎气流磨纳米粒子合成的物理方法——构筑法构筑法是由小极限原子或分子的集合体人工合成超微粒子块体材料原子分子化纳米粒子如何使块体材料如何使许多原子通过物理的方法或分子凝聚生成原子分子化？纳米粒子？蒸发、离子溅

6、射、溶剂分散……•惰性气体中或不活泼气体中凝聚•流动的油面上凝聚电阻加热、等离子体加热、•冷冻干燥法激光加热、电子束加热、电弧放电加热、高频感应加•……热、太阳炉加热……4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

7、反应法合成——气相分解法又称单一化合物热分解法。一般是将待分解的化合物或经前期预处理的中间化合物进行加热、蒸发、分解，得到目标物质的纳米粒子。一般的反应形式为：A（气）→B（固）＋C（气）↑气相分解法的原料通常是容易挥发、蒸汽压高、反应性好的有机硅、金属氯化物或其它化合物，如右所示。5纳米粒子的气相反应法合成——气相合成法通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，再经过快速冷凝，从而制备各类物质的纳米粒子。一般的反应形式为：A（气）＋B（气）→C（固）＋D（气）↑激光诱导气相反应液相反应法合成纳米粒子——沉淀法

8、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，从而制得相应得纳米粒子。存在于溶液中的离子A＋和B－,当它