納米材料制備-物理方法

1、納米材料制備方法納米材料制備方法納納米米粒粒子子制制備備方方法法物理法物理法化學(xué)法化學(xué)法粉碎法粉碎法構(gòu)筑法構(gòu)筑法沉淀法沉淀法水熱法水熱法溶膠凝膠法溶膠凝膠法氧化還原法氧化還原法凍結(jié)干燥法凍結(jié)干燥法噴霧法噴霧法干式粉碎干式粉碎濕式粉碎濕式粉碎氣體蒸發(fā)法氣體蒸發(fā)法活化氫熔融金屬反應(yīng)法活化氫熔融金屬反應(yīng)法濺射法濺射法真空沉積法真空沉積法加熱蒸發(fā)法加熱蒸發(fā)法混合等離子體法混合等離子體法共沉淀法共沉淀法化合物沉淀法化合物沉淀法水解沉淀法水解沉淀法納納米米粒粒子子制制備備方方法法分分類類氣相反應(yīng)法氣相反應(yīng)法液相反應(yīng)法液相反應(yīng)法氣相分解法氣相分解法氣相合成法氣相合成法氣固反應(yīng)法氣固反應(yīng)法其它方法其它方法納米

2、粒子合成的物理方法納米粒子合成的物理方法粉碎法粉碎法“粉碎粉碎”一詞是指塊體物料粒子由一詞是指塊體物料粒子由大變小過程的總稱，它包括大變小過程的總稱，它包括“破碎破碎”和和“粉磨粉磨”。前者是由大料塊變成。前者是由大料塊變成小料塊的過程，后者是由小料塊變小料塊的過程，后者是由小料塊變成粉末的過程。粉碎過程就是在粉成粉末的過程。粉碎過程就是在粉碎力的作用下固體物料或粒子發(fā)生碎力的作用下固體物料或粒子發(fā)生形變進(jìn)而破裂的過程。當(dāng)粉碎力足形變進(jìn)而破裂的過程。當(dāng)粉碎力足夠大時(shí)，力的作用又很迅猛，物料夠大時(shí)，力的作用又很迅猛，物料塊或粒子之間瞬間產(chǎn)生的引力大大塊或粒子之間瞬間產(chǎn)生的引力大大超過了物料的機(jī)械

3、強(qiáng)度。因而物料超過了物料的機(jī)械強(qiáng)度。因而物料發(fā)生了破碎。粉碎作用力的類型主發(fā)生了破碎。粉碎作用力的類型主要有如右圖所示幾種?？梢娢锪系囊腥缬覉D所示幾種?？梢娢锪系幕痉鬯榉绞绞菈核?、剪碎、沖擊基本粉碎方式是壓碎、剪碎、沖擊粉碎和磨碎。常借助的外力有機(jī)械粉碎和磨碎。常借助的外力有機(jī)械力、流能力、化學(xué)能、聲能、熱能力、流能力、化學(xué)能、聲能、熱能等。主要由濕法粉碎和干法粉碎兩等。主要由濕法粉碎和干法粉碎兩種。種。粉碎作用力的作用形式粉碎作用力的作用形式納米粒子合成的物理方法納米粒子合成的物理方法粉碎法粉碎法一般的粉碎作用力都是幾種力的組合，如球磨機(jī)和振動(dòng)磨是磨碎和沖擊一般的粉碎作用力都是幾種力的組

4、合，如球磨機(jī)和振動(dòng)磨是磨碎和沖擊粉碎的組合；雷蒙磨是壓碎、剪碎和磨碎的組合；氣流磨是沖擊、磨碎粉碎的組合；雷蒙磨是壓碎、剪碎和磨碎的組合；氣流磨是沖擊、磨碎與剪碎的組合，等等。與剪碎的組合，等等。物料被粉碎時(shí)常常會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)結(jié)構(gòu)及表面物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，主要物料被粉碎時(shí)常常會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)結(jié)構(gòu)及表面物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，主要表現(xiàn)在：表現(xiàn)在：1、粒子結(jié)構(gòu)變化，如表面結(jié)構(gòu)自發(fā)的重組，形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)或重結(jié)晶。、粒子結(jié)構(gòu)變化，如表面結(jié)構(gòu)自發(fā)的重組，形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)或重結(jié)晶。2、粒子表面的物理化學(xué)性質(zhì)變化，如電性、吸附、分散與團(tuán)聚等性質(zhì)。、粒子表面的物理化學(xué)性質(zhì)變化，如電性、吸附、分散與團(tuán)聚等性質(zhì)。3、受反復(fù)應(yīng)

5、力使局部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致物料中化學(xué)組成發(fā)生變化。、受反復(fù)應(yīng)力使局部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致物料中化學(xué)組成發(fā)生變化。幾種典型的粉碎技術(shù)：幾種典型的粉碎技術(shù)：球磨、振動(dòng)球磨、振動(dòng)磨、攪拌磨、球磨、振動(dòng)球磨、振動(dòng)磨、攪拌磨、膠體磨、納米氣流粉碎氣流磨膠體磨、納米氣流粉碎氣流磨沖擊粉碎制備納米粒子沖擊粉碎制備納米粒子納米粒子合成的物理方法納米粒子合成的物理方法構(gòu)筑法構(gòu)筑法構(gòu)筑法是由小極限原子或分子的集合體人工合成超微粒子構(gòu)筑法是由小極限原子或分子的集合體人工合成超微粒子塊體材料塊體材料原子分子化原子分子化納米粒子納米粒子如何使塊體材料如何使塊體材料通過物理的方法通過物理的方法原子分子化？原子分子化？如何許

6、多原子或如何許多原子或分子凝聚生成納分子凝聚生成納米粒子？米粒子？蒸發(fā)、蒸發(fā)、 離子濺射、離子濺射、 溶劑分散溶劑分散 惰性氣體中或不活潑氣體中凝聚惰性氣體中或不活潑氣體中凝聚 流動(dòng)的油面上凝聚流動(dòng)的油面上凝聚 冷凍干燥法冷凍干燥法 電阻加熱、等離子體加熱、電阻加熱、等離子體加熱、激光加熱、電子束加熱、激光加熱、電子束加熱、電弧放電加熱、高頻感應(yīng)加熱、電弧放電加熱、高頻感應(yīng)加熱、太陽(yáng)爐加熱太陽(yáng)爐加熱幾種典型的加熱方法幾種典型的加熱方法1、電阻加熱，、電阻加熱，2、高、高頻感應(yīng)加熱，頻感應(yīng)加熱，3、電子、電子束加熱，束加熱，4、等離子體、等離子體加熱，加熱，5、激光加熱、激光加熱1 2 34 5

7、Ag, Al, Cu, Au高熔點(diǎn)物質(zhì)高熔點(diǎn)物質(zhì)溫度均勻溫度均勻金屬煙粒結(jié)晶法金屬煙粒結(jié)晶法金屬煙粒子結(jié)晶法金屬煙粒子結(jié)晶法 一種早期的方法一種早期的方法 真空度：真空度：102103Pa 鎢絲鎢絲 Mg, Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Cd, Sn, Au, Pb, Bi構(gòu)筑法中幾種典型的制備納米粒子的方法構(gòu)筑法中幾種典型的制備納米粒子的方法 在高真空蒸發(fā)的金屬原在高真空蒸發(fā)的金屬原子在流動(dòng)的油面內(nèi)形成子在流動(dòng)的油面內(nèi)形成極超微粒子極超微粒子 過程：原子蒸發(fā)，打開過程：原子蒸發(fā)，打開快門，原子蒸鍍到旋轉(zhuǎn)快門，原子蒸鍍到旋轉(zhuǎn)盤面上，含有油的超微盤面上，

8、含有油的超微粒子甩到容器壁上。粒子甩到容器壁上。 Ag, Au, Pd, Cu, Fe, Ni, Co, Al, In, 粒徑均勻，分布窄粒徑均勻，分布窄 3nm 通過有的黏度，蒸發(fā)速通過有的黏度，蒸發(fā)速度等可以調(diào)節(jié)粒徑的大度等可以調(diào)節(jié)粒徑的大小小流動(dòng)油面上的真空蒸發(fā)沉積法流動(dòng)油面上的真空蒸發(fā)沉積法低壓氣體冷凝法低壓氣體冷凝法 過程：加熱熔化的金屬、過程：加熱熔化的金屬、合金或離子化合物、氧合金或離子化合物、氧化物。產(chǎn)生的蒸汽與惰化物。產(chǎn)生的蒸汽與惰性氣體碰撞損失能量。性氣體碰撞損失能量。局部過飽和導(dǎo)致均相成局部過飽和導(dǎo)致均相成核。在充滿液氮的冷卻核。在充滿液氮的冷卻阱表面形成超微粒子。阱表面

9、形成超微粒子。用聚四氟乙烯刮刀收集。用聚四氟乙烯刮刀收集。濺射法濺射法 過程：用兩塊金屬板分別作為過程：用兩塊金屬板分別作為陽(yáng)極和陰極，陰極為蒸發(fā)材料。陽(yáng)極和陰極，陰極為蒸發(fā)材料。兩電極之間充入兩電極之間充入Ar氣體（氣體（40250Pa），），加電壓加電壓0.5-1.5KV。電極之間輝光放電產(chǎn)生電極之間輝光放電產(chǎn)生Ar正離正離子，向陰極撞擊，將蒸發(fā)材料子，向陰極撞擊，將蒸發(fā)材料變成氣態(tài)，并在收集板除凝集。變成氣態(tài)，并在收集板除凝集。通電加熱蒸發(fā)法通電加熱蒸發(fā)法 通過碳棒與金屬接觸，通電加通過碳棒與金屬接觸，通電加熱使金屬熔化，金屬與高溫碳熱使金屬熔化，金屬與高溫碳反應(yīng)并蒸發(fā)形成碳化物超微粒反應(yīng)并蒸發(fā)形成碳化物超微粒子。子。 過程：在碳棒和硅板之間通交過程：在碳棒和硅板之間通交流電。硅板被下面的加熱器加流電。硅板被下面的加熱器加熱，電阻下降，電路接通。在熱，電阻下降，電路接通。在接觸除產(chǎn)生高溫，當(dāng)溫度高于接觸除產(chǎn)生高溫，當(dāng)溫度高于2370K時(shí)，產(chǎn)生碳化硅煙粒。時(shí)，產(chǎn)生碳化硅煙粒。 用這種方法也可以制備其他金用這種方法也可以制備其他金屬碳化物超微粒子。屬碳化物超微粒子。混合等離子法混合等離子法 石