第4章 纳米材料的制备方法ppt课件.ppt

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1、第四章纳米材料的制备方法教学目的：讲授纳米微粒的制备方法及其原理重点内容：气相法制备纳米微粒(气体冷凝法，氢电弧等离子体法、化学气相沉积法)液相法制备纳米微粒(沉淀法，水热法，溶胶凝胶法、模板法)难点内容：气相法和液相法合成纳米材料的成核和生长机理。了解内容：溅射法、喷雾法、真空蒸镀法、通电加热法、固相法等主要英文词汇thermalevaporation,arc-plasma,chemicalvapordeposition,precipitation,hydrothermal,sol-gel分离器纳米

2、科技的研究方法自上而下(TopDown)理查德•费曼的技术通过微加工和固态技术，不断在尺寸上将人类创造的功能产品微型化。自下而上(BottomUp)德瑞克斯勒的技术以原子分子为基本单元，根据人们的意愿进行设计和组装，从而构筑成具有特定功能的产品。原子分子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0.5μm左右；多种化学方法（表面活性剂的应用）和物理方法的开

3、发；近十年来各种高技术，如激光技术、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。纳米微粒的制备方法分类：1.根据是否发生化学反应，纳米微粒的制备方法通常分为两大类：物理法和化学法。2.根据制备状态的不同，制备纳米微粒的方法可以分为气相法、液相法和固相法等;3.按反应物状态分为干法和湿法。大部分方法具有粒径均匀，粒度可控，操作简单等优点；有的也存在可生产材料范围较窄，反应条件较苛刻，如高温高压、真空等缺点。纳米粒子制备方法物理法化学法粉碎法构筑法沉

4、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纳米粒子合成方法分类气相反应法液相反应法气相分解法气相合成法气－固反应法纳米粒子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纳米粒子合成方法分类固相法粉碎法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§4.1气相法制备纳米微粒

5、1.定义：气相法指直接利用气体或者通过各种手段将物质变为气体，使之在气体状态下发生物理或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法。2.优势：气相法通过控制可以制备出液相法难以制得的金属碳化物、氮化物、硼化物等非氧化物超微粉。3.加热源通常有以下几种：不同的加热方法制备出的超微粒的量、品种、粒径大小及分布等存在一些差别。电阻加热；高频感应加热；激光加热；电子束加热；微波加热；电弧加热。A电阻加热：(电阻丝)电阻加热法通常使用螺旋纤维或舟状的电阻发热体。加热材料：金属类：如铬镍系，铁铬系，温度

6、可达1300℃;钼，钨，铂，温度可达1800℃;非金属类：SiC(1500℃)，MoSi2(1700℃)，石墨棒(3000℃)。两种情况不能使用这种方法进行加热和蒸发：①发热体与蒸发原料在高温熔融后形成合金。②蒸发原料的蒸发温度高于发热体的软化温度。目前这一方法主要是进行Ag、Al、Cu、Au等低熔点金属的蒸发。电阻发热体是用Al2O3等耐火材料将钨丝进行包覆，熔化了的蒸发材料不与高温发热体直接接触，可以用于熔点较高的金属的蒸发：Fe,Ni等(熔点～1500℃)。由于产量小，该法通常用于研究。B高频感

7、应加热：高频感应加热是利用导体在高频交变电磁场中会产生感应电流(涡流损耗)以及导体内磁场的作用(磁滞损耗)引起导体自身发热进行加热的。类似于变压器的热损耗。高频感应加热优点：不存在加热元件的能量转换过程而无转换效率低的问题；加热电源与工件不接触，因而无传导损耗；加热电源的感应线圈自身发热量极低，不会因过热毁损线圈，工作寿命长；加热温度均匀，加热迅速、工作效率高。采用高频感应加热蒸发法制备纳米粒子的优点：高频感应引起熔体发生由坩埚的中心部分向上、向下以及向边缘部分的流动，温度保持相对均匀恒定，熔体内合金

8、均匀性好。粒子粒径比较均匀、产量大，可以长时间以恒定功率运转，便于工业化生产等。缺点：很难制备高熔点低蒸气压物质的纳米微粒(如：W、Ta、Mo等)。C激光加热：将具有很高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，此高温几乎可以融化掉所有的材料。原理：当激光照射到靶材表面时，一部分入射光反射，一部分入射光被吸收，一旦表面吸收的激光能量超过蒸发温度，靶材就会融化蒸发出大量原子、电子和离子，从而在靶材表面形成一个等离子体。等脉冲激光移走