納米粒子的制備方法

1、l納米材料其實(shí)并不神密和新奇納米材料其實(shí)并不神密和新奇，自然界中廣泛存在著，自然界中廣泛存在著天然形成的納米材料，如蛋白石、隕石碎片、動(dòng)物的天然形成的納米材料，如蛋白石、隕石碎片、動(dòng)物的牙齒、海洋沉積物等就都是由納米微粒構(gòu)成的。牙齒、海洋沉積物等就都是由納米微粒構(gòu)成的。l 人工制備納米材料的實(shí)踐人工制備納米材料的實(shí)踐也已有也已有1000年的歷史，中國古代利用蠟燭年的歷史，中國古代利用蠟燭燃燒之煙霧制成碳黑作為墨的原料燃燒之煙霧制成碳黑作為墨的原料和著色的染料，就是最早的人工納和著色的染料，就是最早的人工納米材料。米材料。l中國古代銅鏡表面的防銹層經(jīng)檢中國古代銅鏡表面的防銹層經(jīng)檢驗(yàn)也已證實(shí)為納米

2、驗(yàn)也已證實(shí)為納米SnO2顆粒構(gòu)成顆粒構(gòu)成的薄膜。的薄膜。l然而，人們自覺地將納米微粒作為研究對(duì)象，而用然而，人們自覺地將納米微粒作為研究對(duì)象，而用人工方法人工方法有意識(shí)地獲得納米粒子有意識(shí)地獲得納米粒子則是在則是在20世紀(jì)世紀(jì)60年代。年代。 l1963年，年，Ryozi Uyeda等人用氣體蒸發(fā)（或等人用氣體蒸發(fā)（或“冷凝冷凝”）法獲得）法獲得了較干凈的超微粒，并對(duì)單個(gè)金屬微粒的形貌和晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)了較干凈的超微粒，并對(duì)單個(gè)金屬微粒的形貌和晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了電鏡和電子衍射研究。行了電鏡和電子衍射研究。l1984年，年，Gleiter等人用同樣的方法制備出了納米相材料等人用同樣的方法制備出了納米相材料

3、TiO2。蒸發(fā)法蒸發(fā)法機(jī)械粉碎法機(jī)械粉碎法物理方法與化學(xué)方法物理方法與化學(xué)方法制備了各種金屬及合金化合物制備了各種金屬及合金化合物等幾乎所有物質(zhì)的納米粒子等幾乎所有物質(zhì)的納米粒子粉碎極限一般為微米級(jí)粉碎極限一般為微米級(jí)高能球磨、振動(dòng)與攪高能球磨、振動(dòng)與攪拌磨及高速氣流磨拌磨及高速氣流磨可以制備金屬氧化物、可以制備金屬氧化物、氮化物、碳化物、超導(dǎo)氮化物、碳化物、超導(dǎo)材料、磁性材料等幾乎材料、磁性材料等幾乎所有物質(zhì)的納米粒子。所有物質(zhì)的納米粒子。粒子的純度、產(chǎn)率、粒徑分布、均勻粒子的純度、產(chǎn)率、粒徑分布、均勻性及粒子的可控制性等問題依然存在性及粒子的可控制性等問題依然存在制備方法的分類：制備方法的

4、分類：將塊狀物質(zhì)將塊狀物質(zhì)粉碎粉碎、細(xì)、細(xì)化，從而得到不同粒化，從而得到不同粒徑范圍的納米粒子。徑范圍的納米粒子。由小極限原子或由小極限原子或分子的集合體人分子的集合體人工工合成合成超微粒子。超微粒子。納米微粒的純度和表面干凈度納米微粒的純度和表面干凈度納米微粒的平均粒徑和粒度分布納米微粒的平均粒徑和粒度分布納米微粒的粒型及晶相穩(wěn)定度納米微粒的粒型及晶相穩(wěn)定度納米粉體是否容易團(tuán)聚納米粉體是否容易團(tuán)聚能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)、容易收集、安定而保存性良好能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)、容易收集、安定而保存性良好生產(chǎn)成本符合商業(yè)化量產(chǎn)生產(chǎn)成本符合商業(yè)化量產(chǎn) 221機(jī)械粉碎法機(jī)械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

5、動(dòng)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)磨是磨碎與沖擊粉碎的組合；雷蒙磨是壓碎、剪碎、磨磨是磨碎與沖擊粉碎的組合；雷蒙磨是壓碎、剪碎、磨碎的組合；氣流磨是沖擊、磨碎與剪碎的組合，等等。碎的組合；氣流磨是沖擊、磨碎與剪碎的組合，等等。 顆粒之間或顆粒與磨球之間互相摩擦顆粒之間或顆粒與磨球之間互相摩擦,使得一定粒度范圍使得一定粒度范圍內(nèi)的顆粒造成表面粉碎內(nèi)的顆粒造成表面粉碎,結(jié)果形成大和小兩種粒度的新顆結(jié)果形成大和小兩種粒度的新顆粒粒,稱為稱為摩擦粉碎或表面粉碎摩擦粉碎或表面粉碎。 由于球?qū)︻w?；蝾w粒對(duì)顆粒的沖擊、碰撞和剪切等作用由于球?qū)︻w?；蝾w粒對(duì)顆粒的沖擊、碰撞和剪切等作用,從顆粒中

6、近似等體積地分割出兩個(gè)小顆粒從顆粒中近似等體積地分割出兩個(gè)小顆粒,稱為稱為沖擊壓縮沖擊壓縮粉碎或體積粉碎。粉碎或體積粉碎。球磨過程中引起粉末粒度發(fā)生變化的機(jī)理有兩種：球磨過程中引起粉末粒度發(fā)生變化的機(jī)理有兩種：粉碎過程的另一現(xiàn)象粉碎過程的另一現(xiàn)象“逆粉碎現(xiàn)象逆粉碎現(xiàn)象”物料在超細(xì)粉碎過程中，隨著粉碎時(shí)間的延長(zhǎng)，顆粒粒度物料在超細(xì)粉碎過程中，隨著粉碎時(shí)間的延長(zhǎng)，顆粒粒度的減小，比表面積的增加，顆粒的表面能增大，顆粒之間的減小，比表面積的增加，顆粒的表面能增大，顆粒之間的相互作用增強(qiáng)，團(tuán)聚現(xiàn)象增加，達(dá)到一定時(shí)間后，的相互作用增強(qiáng)，團(tuán)聚現(xiàn)象增加，達(dá)到一定時(shí)間后，顆粒顆粒的粉碎與團(tuán)聚達(dá)到平衡。的粉碎與

7、團(tuán)聚達(dá)到平衡。 粉碎粉碎 團(tuán)聚團(tuán)聚是各種粉碎存在最低粒度下限的主要原因；是各種粉碎存在最低粒度下限的主要原因；是相似條件下濕法球磨比干法粒度下限低的原因是相似條件下濕法球磨比干法粒度下限低的原因. 2.2.1機(jī)械粉碎法機(jī)械粉碎法例如：例如：A：在干法研磨水泥熟料時(shí)加入乙二醇作為助磨劑，：在干法研磨水泥熟料時(shí)加入乙二醇作為助磨劑，產(chǎn)率可提高產(chǎn)率可提高2550；B： 在濕法球磨鋯英石時(shí)加入在濕法球磨鋯英石時(shí)加入0.2的三乙醇胺，的三乙醇胺，研磨時(shí)間減少研磨時(shí)間減少3/4。打破以上平衡打破以上平衡,可采取的一個(gè)重要方法就是加入可采取的一個(gè)重要方法就是加入助磨劑：助磨劑： 粉碎粉碎 團(tuán)聚團(tuán)聚助磨劑的使

8、用助磨劑的使用定義：在超細(xì)粉碎過程中，能夠顯著提高粉碎效率或降定義：在超細(xì)粉碎過程中，能夠顯著提高粉碎效率或降低能耗的化學(xué)物質(zhì)稱為助磨劑。低能耗的化學(xué)物質(zhì)稱為助磨劑。 在納米粉碎中，隨著粒子粒徑的減小，被粉碎物料的結(jié)在納米粉碎中，隨著粒子粒徑的減小，被粉碎物料的結(jié)晶均勻性增加，粒子強(qiáng)度增大，斷裂能提高，粉碎所需的機(jī)晶均勻性增加，粒子強(qiáng)度增大，斷裂能提高，粉碎所需的機(jī)械應(yīng)力也大大增加。因而粒度越細(xì)，粉碎的難度就越大。械應(yīng)力也大大增加。因而粒度越細(xì)，粉碎的難度就越大。粉粉碎到一定程度后，盡管繼續(xù)施加機(jī)械應(yīng)力，粉體物料的粒度碎到一定程度后，盡管繼續(xù)施加機(jī)械應(yīng)力，粉體物料的粒度不再繼續(xù)減小或減小的速率

9、相當(dāng)緩慢，這就是物料的粉碎極不再繼續(xù)減小或減小的速率相當(dāng)緩慢，這就是物料的粉碎極限。限。采用機(jī)械粉碎法需注意的問題：采用機(jī)械粉碎法需注意的問題：1 1）安全性問題）安全性問題 對(duì)于易燃、易爆物料，其粉碎生產(chǎn)過程中還會(huì)伴隨有燃對(duì)于易燃、易爆物料，其粉碎生產(chǎn)過程中還會(huì)伴隨有燃燒、爆炸的可能性。燒、爆炸的可能性。2 2）納米機(jī)械粉碎極限）納米機(jī)械粉碎極限 球磨機(jī)是目前廣泛球磨機(jī)是目前廣泛采用的納米磨碎設(shè)采用的納米磨碎設(shè)備。備。 它是利用介質(zhì)它是利用介質(zhì)和物料之間的相互和物料之間的相互研磨和沖擊使物料研磨和沖擊使物料粒子粉碎，經(jīng)幾百粒子粉碎，經(jīng)幾百小時(shí)的球磨，可使小時(shí)的球磨，可使小于小于l lm m的

10、粒子達(dá)的粒子達(dá)到到2020。1球磨球磨1）研磨碗自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)）研磨碗自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)比率任意可轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)比率任意可調(diào)。調(diào)。2 ）最終顆粒大?。┳罱K顆粒大小1m。 3）可充入惰性氣體進(jìn)）可充入惰性氣體進(jìn)行機(jī)械合金，機(jī)械復(fù)合，行機(jī)械合金，機(jī)械復(fù)合，納米材料及復(fù)合材料的納米材料及復(fù)合材料的合成。合成。 4）材質(zhì)可選擇瑪瑙，）材質(zhì)可選擇瑪瑙，氮化硅，氧化鋁，氧化氮化硅，氧化鋁，氧化鋯，不銹鋼，普通鋼，鋯，不銹鋼，普通鋼，碳化鎢，包裹塑料的不碳化鎢，包裹塑料的不銹鋼。銹鋼。1）高能球磨制備）高能球磨制備ZnSe納米晶粉體納米晶粉體 車俊車俊 姚熹姚熹 姜海青姜海青 汪敏強(qiáng)汪敏強(qiáng)，西安交通大學(xué)西安交通大

11、學(xué), 稀有金屬材料與工程稀有金屬材料與工程-2006將相同摩爾比的將相同摩爾比的Zn粉和粉和Se粉放在球磨罐粉放在球磨罐(WC)中，選用球石中，選用球石直徑為直徑為10mm，原料：球石，原料：球石1：20，干磨，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，干磨，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，球磨球磨60min即可獲得純立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)，避免了即可獲得純立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)，避免了ZnO相的出相的出現(xiàn)。晶粒的尺寸用現(xiàn)。晶粒的尺寸用Scherrer公式計(jì)算為公式計(jì)算為5nm，用，用TEM直接觀直接觀察的尺寸為察的尺寸為10nm左右。左右。參考文獻(xiàn)：參考文獻(xiàn)： 環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)呼喚電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車的關(guān)鍵之一是環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)呼喚電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車的關(guān)鍵之一是

12、要有大容量充電電池。要有大容量充電電池。 西安交通大學(xué)正在開發(fā)的高能球磨西安交通大學(xué)正在開發(fā)的高能球磨MgNi合金電池負(fù)極合金電池負(fù)極材料，處于國內(nèi)先進(jìn)，可做為大容量充電電池的負(fù)極候選材料，處于國內(nèi)先進(jìn)，可做為大容量充電電池的負(fù)極候選材料，為進(jìn)一步開發(fā)制備大容量合金負(fù)極，進(jìn)而開發(fā)大容材料，為進(jìn)一步開發(fā)制備大容量合金負(fù)極，進(jìn)而開發(fā)大容量充電電池奠定基礎(chǔ)。量充電電池奠定基礎(chǔ)。 3)周勇敏周勇敏. 高能球磨法制備納米鉍粉的研究高能球磨法制備納米鉍粉的研究.潤(rùn)滑與密潤(rùn)滑與密封封,2006.10 南京工業(yè)大學(xué)南京工業(yè)大學(xué)A實(shí)驗(yàn)原料和設(shè)備實(shí)驗(yàn)原料和設(shè)備原料：原料：無水乙醇、無水乙醇、PVP、硬脂酸均為分析

13、純、硬脂酸均為分析純, 鉍粒鉍粒 制備裝置制備裝置：國產(chǎn)高能行星磨：國產(chǎn)高能行星磨, 4個(gè)不銹鋼金屬罐中分別配有個(gè)不銹鋼金屬罐中分別配有2 cm的金屬球的金屬球20枚枚, 1 cm的金屬球的金屬球100枚。枚。B：納米鉍粉的制備：納米鉍粉的制備 在每個(gè)金屬罐中加入無水乙醇在每個(gè)金屬罐中加入無水乙醇100 ml、鉍粒、鉍粒12.54 g、PVP 6.27 g, 調(diào)整轉(zhuǎn)速為調(diào)整轉(zhuǎn)速為400 r /min, 時(shí)間設(shè)置為時(shí)間設(shè)置為4 h, 球磨。結(jié)球磨。結(jié)束后將產(chǎn)物取出封存靜置束后將產(chǎn)物取出封存靜置, 得到黑色膠體溶液得到黑色膠體溶液, 粉體在其中粉體在其中分散均勻而穩(wěn)定分散均勻而穩(wěn)定, 溶液長(zhǎng)久不見

14、澄清。溶液長(zhǎng)久不見澄清。納米鉍粉由于特殊的性能在冶金添加劑、潤(rùn)滑油添加劑、催納米鉍粉由于特殊的性能在冶金添加劑、潤(rùn)滑油添加劑、催化劑、醫(yī)藥、半導(dǎo)體原料等具有廣闊的應(yīng)用前景化劑、醫(yī)藥、半導(dǎo)體原料等具有廣闊的應(yīng)用前景, 但有關(guān)制但有關(guān)制備納米鉍粉的報(bào)道并不多見。備納米鉍粉的報(bào)道并不多見。 該溶液中的粉體采用離心沉降收集很困難該溶液中的粉體采用離心沉降收集很困難, 高速離高速離心也不能使溶液澄清心也不能使溶液澄清, 分離出的粉體也很少分離出的粉體也很少, 將溶劑干燥將溶劑干燥也不能析出納米鉍粉。也不能析出納米鉍粉。 因此鉍粉的收集采用因此鉍粉的收集采用電解質(zhì)聚沉法電解質(zhì)聚沉法, 每每100 ml均相

15、溶均相溶液加入液加入2 g硬脂酸硬脂酸, 用玻璃棒攪拌使其溶解用玻璃棒攪拌使其溶解, 封存靜置封存靜置, 幾幾天后黑色粉體沉降底部天后黑色粉體沉降底部, 黑色溶液全部澄清黑色溶液全部澄清, 無色透明。無色透明。去除上層清液去除上層清液, 加入無水乙醇清洗數(shù)次加入無水乙醇清洗數(shù)次, 真空干燥真空干燥, 得到得到黑色的納米鉍粉。黑色的納米鉍粉。C：納米鉍粉的收集：納米鉍粉的收集4)孔慧孔慧.高能球磨法制備高電位梯度的高能球磨法制備高電位梯度的ZnO 壓敏電阻壓敏電阻.電子電子元件與材料元件與材料.2007,26(1):11-13 華東師范大學(xué)華東師范大學(xué)高能球磨是制備納米級(jí)粉體的一種常見方法，可以

16、提高粉體高能球磨是制備納米級(jí)粉體的一種常見方法，可以提高粉體的活性，從而降低燒結(jié)溫度。的活性，從而降低燒結(jié)溫度。在制備在制備ZnO 壓敏電阻方面，使用高能球磨的報(bào)道較少壓敏電阻方面，使用高能球磨的報(bào)道較少:Fah采用高能球磨法，將粉料細(xì)化至采用高能球磨法，將粉料細(xì)化至17 nm 左右，燒結(jié)溫度降左右，燒結(jié)溫度降至至1 100 ，但溫度仍然較高，其等靜壓成型使成本增加。，但溫度仍然較高，其等靜壓成型使成本增加。高能球磨高能球磨5 h 即可制備純度較高、晶粒尺寸較小的以即可制備純度較高、晶粒尺寸較小的以ZnO 為為主的混合粉體，最佳燒結(jié)溫度主的混合粉體，最佳燒結(jié)溫度1 000比一般的固相法燒結(jié)比一

17、般的固相法燒結(jié)溫度降低了溫度降低了100300 ，大大節(jié)省了生產(chǎn)成本。，大大節(jié)省了生產(chǎn)成本。 ZnO 壓敏電阻在工業(yè)生產(chǎn)中主要用低能球磨攪拌混合、高壓敏電阻在工業(yè)生產(chǎn)中主要用低能球磨攪拌混合、高溫?zé)Y(jié)的方法制備，燒結(jié)溫度一般為溫?zé)Y(jié)的方法制備，燒結(jié)溫度一般為1 1001 350 。 以球或棒為介質(zhì)，以球或棒為介質(zhì)，介質(zhì)在粉碎室內(nèi)振動(dòng)，介質(zhì)在粉碎室內(nèi)振動(dòng)，沖擊物料使其粉碎，可沖擊物料使其粉碎，可獲得小于獲得小于2m的粒子達(dá)的粒子達(dá)90，甚至可獲得，甚至可獲得0.5 m的納米粒子。的納米粒子。 2 2振動(dòng)球磨振動(dòng)球磨采用粒徑為采用粒徑為30nm的的SiC和和100m左右的左右的Al粉顆粒為初粉顆粒

18、為初始原料始原料,通過高能振動(dòng)球磨的方法對(duì)體積分?jǐn)?shù)通過高能振動(dòng)球磨的方法對(duì)體積分?jǐn)?shù)為為5、10、20、30的的SiC/Al復(fù)合粉末進(jìn)行了球磨處理復(fù)合粉末進(jìn)行了球磨處理. 復(fù)合粉體球磨復(fù)合粉體球磨30h后后,可以將鋁粉細(xì)化至可以將鋁粉細(xì)化至70100nm。1） 高能振動(dòng)球磨法制備納米高能振動(dòng)球磨法制備納米SiC/Al復(fù)合材料的研究復(fù)合材料的研究 實(shí)實(shí) 例：例：2 ） 機(jī)械球磨法制取超細(xì)碳化鎢粉的研究機(jī)械球磨法制取超細(xì)碳化鎢粉的研究高科技的迅猛發(fā)展需要性能更加優(yōu)越的新材料高科技的迅猛發(fā)展需要性能更加優(yōu)越的新材料,并對(duì)材并對(duì)材料的硬度、強(qiáng)度及耐磨性提出了更高的要求。碳化鎢基料的硬度、強(qiáng)度及耐磨性提出

19、了更高的要求。碳化鎢基超細(xì)硬質(zhì)合金已顯示出優(yōu)越的機(jī)械性能。超細(xì)硬質(zhì)合金已顯示出優(yōu)越的機(jī)械性能。 以色列以色列G . R. Goren-Muginstein 等人采用粉末粒度為等人采用粉末粒度為0. 6m 的碳化鎢粉的碳化鎢粉,經(jīng)經(jīng)300 h 的球磨后獲得納米碳化鎢粉的球磨后獲得納米碳化鎢粉,且干磨粉末粒度更為均勻且干磨粉末粒度更為均勻(510 nm) ,而濕磨粉末粒度分而濕磨粉末粒度分布較寬布較寬(150 nm)中南大學(xué)粉末冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的吳恩熙等人中南大學(xué)粉末冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的吳恩熙等人的研究發(fā)現(xiàn)：的研究發(fā)現(xiàn)：l采用振動(dòng)球磨對(duì)粗、中、細(xì)碳化鎢粉均有顯著的細(xì)化采用振動(dòng)球磨對(duì)粗、中、細(xì)碳化

20、鎢粉均有顯著的細(xì)化效果。球磨效果。球磨60 h 時(shí)時(shí),粉末粒度均可降至粉末粒度均可降至0. 6m 以下以下,同同時(shí)粉末粒度分布變窄。時(shí)粉末粒度分布變窄。l振動(dòng)球磨制取超細(xì)碳化鎢的最小粒度取決于球磨強(qiáng)度、振動(dòng)球磨制取超細(xì)碳化鎢的最小粒度取決于球磨強(qiáng)度、球磨時(shí)間和球料比球磨時(shí)間和球料比 利用研磨介質(zhì)可以在一定振幅利用研磨介質(zhì)可以在一定振幅振動(dòng)的筒體內(nèi)振動(dòng)的筒體內(nèi)對(duì)物料進(jìn)對(duì)物料進(jìn)行沖擊、摩擦、剪切等作用而使物料粉碎。行沖擊、摩擦、剪切等作用而使物料粉碎。 與球磨機(jī)不同，振動(dòng)磨是通過介質(zhì)與物料一起振動(dòng)將與球磨機(jī)不同，振動(dòng)磨是通過介質(zhì)與物料一起振動(dòng)將物料進(jìn)行粉碎的。物料進(jìn)行粉碎的。按振動(dòng)方式分類：按振動(dòng)

21、方式分類：慣性式和偏旋式；慣性式和偏旋式；按簡(jiǎn)體數(shù)目分類：按簡(jiǎn)體數(shù)目分類：?jiǎn)瓮彩胶投嗤彩?；單筒式和多筒式；按操作方式分類按操作方式分類：間歇式和連續(xù)式。：間歇式和連續(xù)式。 選擇適當(dāng)研磨介質(zhì)，振動(dòng)磨可用于各種硬度物料的納選擇適當(dāng)研磨介質(zhì)，振動(dòng)磨可用于各種硬度物料的納米粉碎，相應(yīng)產(chǎn)品的平均粒徑可達(dá)米粉碎，相應(yīng)產(chǎn)品的平均粒徑可達(dá)1 1m m以下。以下。 3 3振動(dòng)磨振動(dòng)磨 振動(dòng)磨優(yōu)點(diǎn)：振動(dòng)磨優(yōu)點(diǎn)：在高頻下工作，而高頻振動(dòng)易使物料生成在高頻下工作，而高頻振動(dòng)易使物料生成裂縫，且能在裂縫中產(chǎn)生相當(dāng)高的應(yīng)力集中，故它能有效裂縫，且能在裂縫中產(chǎn)生相當(dāng)高的應(yīng)力集中，故它能有效地進(jìn)行超細(xì)磨。地進(jìn)行超細(xì)磨。缺點(diǎn)：

22、缺點(diǎn)：此種機(jī)械的彈簧易于疲勞而破壞，襯板消耗也較此種機(jī)械的彈簧易于疲勞而破壞，襯板消耗也較大，所用的振幅較小，給礦不宜過粗，而且要求均勻加入，大，所用的振幅較小，給礦不宜過粗，而且要求均勻加入，故通常適用于將故通常適用于將12毫米的物料磨至毫米的物料磨至855微米微米(干磨干磨)或或501微米微米(濕磨濕磨)。 在粗磨礦時(shí)，振動(dòng)磨的優(yōu)點(diǎn)并不很顯著，因而至在粗磨礦時(shí)，振動(dòng)磨的優(yōu)點(diǎn)并不很顯著，因而至今在選礦上尚未采用它代替普通球磨，但在化學(xué)工業(yè)今在選礦上尚未采用它代替普通球磨，但在化學(xué)工業(yè)上得到了發(fā)展。上得到了發(fā)展。由一個(gè)靜止的研磨筒和一個(gè)旋轉(zhuǎn)由一個(gè)靜止的研磨筒和一個(gè)旋轉(zhuǎn)攪拌器構(gòu)成。攪拌器構(gòu)成。根

23、據(jù)其結(jié)構(gòu)和研磨方式：根據(jù)其結(jié)構(gòu)和研磨方式：q間歇式間歇式q循環(huán)式循環(huán)式q連續(xù)式連續(xù)式在攪拌磨中，一般使用球形研磨在攪拌磨中，一般使用球形研磨介質(zhì)，其平均直徑小于介質(zhì)，其平均直徑小于6mm。用于納米粉碎時(shí)，一般小于用于納米粉碎時(shí)，一般小于3mm。 4 4攪拌磨攪拌磨 2.2.1 機(jī)械粉碎法機(jī)械粉碎法橫臂均勻分布在不同高度上，并互成一定角度。球磨過程中，橫臂均勻分布在不同高度上，并互成一定角度。球磨過程中，磨球與粉料一起呈螺旋方式上升，到了上端后在中心攪拌棒磨球與粉料一起呈螺旋方式上升，到了上端后在中心攪拌棒周圍產(chǎn)生旋渦，然后沿軸線下降，如此循環(huán)往復(fù)。只要轉(zhuǎn)速周圍產(chǎn)生旋渦，然后沿軸線下降，如此循環(huán)

24、往復(fù)。只要轉(zhuǎn)速和裝球量合適，在任何情況下磨筒底部都不會(huì)出現(xiàn)死角由于和裝球量合適，在任何情況下磨筒底部都不會(huì)出現(xiàn)死角由于磨球的動(dòng)能是由轉(zhuǎn)軸橫臂的攪動(dòng)提供的，研磨時(shí)不會(huì)存在象磨球的動(dòng)能是由轉(zhuǎn)軸橫臂的攪動(dòng)提供的，研磨時(shí)不會(huì)存在象滾筒球磨那樣有臨界轉(zhuǎn)速的限制，因此，磨球的動(dòng)能大大增滾筒球磨那樣有臨界轉(zhuǎn)速的限制，因此，磨球的動(dòng)能大大增加。同時(shí)還可以采用提高攪動(dòng)轉(zhuǎn)速。減小磨球直徑的辦法來加。同時(shí)還可以采用提高攪動(dòng)轉(zhuǎn)速。減小磨球直徑的辦法來提高磨球的總撞擊幾率而不減小研磨球的總動(dòng)能，這樣才符提高磨球的總撞擊幾率而不減小研磨球的總動(dòng)能，這樣才符合了提高機(jī)械球磨效率的兩個(gè)基本準(zhǔn)則。合了提高機(jī)械球磨效率的兩個(gè)基本

25、準(zhǔn)則。 2.2.1 機(jī)械粉碎法機(jī)械粉碎法攪拌磨攪拌磨2用攪拌磨制備超細(xì)粉體的試驗(yàn)研究用攪拌磨制備超細(xì)粉體的試驗(yàn)研究使用介質(zhì)攪拌磨并以使用介質(zhì)攪拌磨并以0.81.4mm氧化鋯陶瓷微珠氧化鋯陶瓷微珠為研磨介質(zhì)對(duì)水鎂石、電氣石、云母為研磨介質(zhì)對(duì)水鎂石、電氣石、云母(包括白云母、金包括白云母、金云母、絹云母云母、絹云母)進(jìn)行了超細(xì)粉碎試驗(yàn)進(jìn)行了超細(xì)粉碎試驗(yàn).選擇適宜的助磨選擇適宜的助磨劑、分散劑、研磨時(shí)間等試驗(yàn)條件劑、分散劑、研磨時(shí)間等試驗(yàn)條件,。1 攪拌磨制備超細(xì)攪拌磨制備超細(xì)SiO2粉的研究粉的研究 2. 2.1 機(jī)械粉碎法機(jī)械粉碎法實(shí)例：實(shí)例：原理：原理：利用一對(duì)固體磨子和利用一對(duì)固體磨子和高速

26、旋轉(zhuǎn)磨體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所高速旋轉(zhuǎn)磨體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的強(qiáng)大剪切、摩擦、沖產(chǎn)生的強(qiáng)大剪切、摩擦、沖擊等作用力來粉碎或分散物擊等作用力來粉碎或分散物料粒子的。料粒子的。 被處理的槳料通過兩磨被處理的槳料通過兩磨體之間的微小間隙，被有效體之間的微小間隙，被有效地粉碎、分散、乳化、微粒地粉碎、分散、乳化、微?；Ｔ诙虝r(shí)間內(nèi)，經(jīng)處理的化。在短時(shí)間內(nèi)，經(jīng)處理的產(chǎn)品粒徑可達(dá)產(chǎn)品粒徑可達(dá)1 1m m。5 5膠體磨膠體磨 2.2.1 機(jī)械粉碎法機(jī)械粉碎法A為空心轉(zhuǎn)軸，與為空心轉(zhuǎn)軸，與C盤相連，向一個(gè)盤相連，向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，方向旋轉(zhuǎn)，B盤向另一方向旋轉(zhuǎn)。分盤向另一方向旋轉(zhuǎn)。分散相、分散介質(zhì)和穩(wěn)定劑從空心軸散相、分散介

27、質(zhì)和穩(wěn)定劑從空心軸A處加入，從處加入，從C盤與盤與B盤的狹縫中飛出，盤的狹縫中飛出，用兩盤之間的切應(yīng)力將固體粉碎用兩盤之間的切應(yīng)力將固體粉碎.原理：原理：利用高速氣流利用高速氣流(300-500m/s)或熱蒸氣或熱蒸氣(300-450)的能量使粒子的能量使粒子相互產(chǎn)生沖擊、碰撞、摩擦而被較相互產(chǎn)生沖擊、碰撞、摩擦而被較快粉碎?？旆鬯?。在粉碎室中，粒子之間碰撞頻率遠(yuǎn)在粉碎室中，粒子之間碰撞頻率遠(yuǎn)高于粒子與器壁之間的碰撞。高于粒子與器壁之間的碰撞。特點(diǎn)：特點(diǎn)：產(chǎn)品的粒徑下限可達(dá)到產(chǎn)品的粒徑下限可達(dá)到0.1m以下。除了產(chǎn)品粒度微細(xì)以以下。除了產(chǎn)品粒度微細(xì)以外，氣流粉碎的產(chǎn)品還具有粒度分外，氣流粉碎的

28、產(chǎn)品還具有粒度分布窄、粒子表面光滑、形狀規(guī)則、布窄、粒子表面光滑、形狀規(guī)則、純度高、活性大、分散性好等優(yōu)點(diǎn)。純度高、活性大、分散性好等優(yōu)點(diǎn)。6 6納米氣流粉碎氣流磨納米氣流粉碎氣流磨 2.2.1 機(jī)械粉碎法機(jī)械粉碎法 通過氣體傳輸粉料的一種研磨方法。與機(jī)械研磨通過氣體傳輸粉料的一種研磨方法。與機(jī)械研磨法不同的是，氣流研磨不需要磨球及其它輔助研磨介法不同的是，氣流研磨不需要磨球及其它輔助研磨介質(zhì)。研磨腔內(nèi)是粉末與氣體的兩相混合物。質(zhì)。研磨腔內(nèi)是粉末與氣體的兩相混合物。 根據(jù)粉料的化學(xué)性質(zhì)，可采用不同的氣源，如陶根據(jù)粉料的化學(xué)性質(zhì)，可采用不同的氣源，如陶瓷粉多采用空氣，而金屬粉末則需要用惰性氣體或

29、還瓷粉多采用空氣，而金屬粉末則需要用惰性氣體或還原性氣體。由于不使用研磨球及研磨介質(zhì)，所以氣流原性氣體。由于不使用研磨球及研磨介質(zhì)，所以氣流研磨粉的化學(xué)純度一般比機(jī)械研磨法的要高。研磨粉的化學(xué)純度一般比機(jī)械研磨法的要高。原理：原理：p壓縮空氣經(jīng)噴嘴加速成超音速氣流壓縮空氣經(jīng)噴嘴加速成超音速氣流后射入粉碎區(qū)使物料呈流化狀態(tài)。后射入粉碎區(qū)使物料呈流化狀態(tài)。p在粉碎區(qū)，被加速的物料在各噴嘴在粉碎區(qū)，被加速的物料在各噴嘴的交匯點(diǎn)高速匯合。在此，顆?；ハ嗟慕粎R點(diǎn)高速匯合。在此，顆?；ハ鄬?duì)撞粉碎。對(duì)撞粉碎。p粉碎后的物料被負(fù)壓上升氣流輸送粉碎后的物料被負(fù)壓上升氣流輸送至分級(jí)區(qū)，由內(nèi)分級(jí)輪篩選出的粒度至分級(jí)

30、區(qū)，由內(nèi)分級(jí)輪篩選出的粒度即為所要求的細(xì)粉，未滿足粒度要求即為所要求的細(xì)粉，未滿足粒度要求的粗粉返回粉碎區(qū)繼續(xù)粉碎（無大顆的粗粉返回粉碎區(qū)繼續(xù)粉碎（無大顆粒產(chǎn)生）。粒產(chǎn)生）。p合格細(xì)粉經(jīng)分級(jí)輪隨氣流進(jìn)入收集合格細(xì)粉經(jīng)分級(jí)輪隨氣流進(jìn)入收集系統(tǒng)進(jìn)行收集，含塵氣體經(jīng)布袋收塵系統(tǒng)進(jìn)行收集，含塵氣體經(jīng)布袋收塵器過濾凈化后排入大氣。器過濾凈化后排入大氣。 2.2.1 機(jī)械粉碎法機(jī)械粉碎法氣流粉碎是用高速氣流來實(shí)現(xiàn)物料超微粉碎，粉末在氣流粉碎是用高速氣流來實(shí)現(xiàn)物料超微粉碎，粉末在高速氣流中相互撞擊而被粉碎，其破碎工作原理如圖高速氣流中相互撞擊而被粉碎，其破碎工作原理如圖1 所示。所示。經(jīng)過凈化、干燥的高壓空

31、氣通過特殊配置的幾經(jīng)過凈化、干燥的高壓空氣通過特殊配置的幾個(gè)超音速噴嘴向同一位置高速噴射，粉末進(jìn)入噴嘴交個(gè)超音速噴嘴向同一位置高速噴射，粉末進(jìn)入噴嘴交匯處反復(fù)被沖擊、碰撞，達(dá)到粉碎細(xì)化匯處反復(fù)被沖擊、碰撞，達(dá)到粉碎細(xì)化由于粉末顆粒的運(yùn)動(dòng)是從流態(tài)氣體中獲得的，因此，提高顆粒的動(dòng)能必須要提高載流氣體的速度。兩種辦法來實(shí)現(xiàn)兩種辦法來實(shí)現(xiàn)提高氣體的入口壓力提高氣體的入口壓力氣體噴嘴的氣體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)氣體噴嘴的氣體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)通過這兩種辦法使噴嘴出口端的氣體流速達(dá)超音速氣流粉碎方法制備超細(xì)氣流粉碎方法制備超細(xì)WC 粉末粉末. 中國鎢業(yè)中國鎢業(yè). 孫亞孫亞麗麗. 2006l（1）氣流粉碎方法可去除）氣流粉碎方

32、法可去除WC 粉末中粗大顆粒，破壞粉末中粗大顆粒，破壞聚集團(tuán)粒，有效細(xì)化聚集團(tuán)粒，有效細(xì)化WC 粉末。粉末。l（2）與分級(jí)設(shè)備聯(lián)合可獲得粒度均勻的）與分級(jí)設(shè)備聯(lián)合可獲得粒度均勻的WC粉末。粉末。l（3）采用氣流粉碎細(xì)化）采用氣流粉碎細(xì)化WC 粉末污染小。粉末污染小。l（4）與球磨工藝相比，氣流粉碎效率高，成本低。）與球磨工藝相比，氣流粉碎效率高，成本低。采用掃描電鏡對(duì)粉末進(jìn)行采用掃描電鏡對(duì)粉末進(jìn)行SEM形貌觀察，結(jié)果如圖形貌觀察，結(jié)果如圖3。從其微觀形貌來看，采用氣流粉碎處理的從其微觀形貌來看，采用氣流粉碎處理的WC粉末更加分散，粉末更加分散，團(tuán)聚的情況更小，并且沒有尺寸很大的顆粒存在，粉末整

33、體團(tuán)聚的情況更小，并且沒有尺寸很大的顆粒存在，粉末整體性能較好性能較好尹邦躍尹邦躍.B4C 粉末的滾動(dòng)球磨、振動(dòng)球磨和氣流粉碎粉末的滾動(dòng)球磨、振動(dòng)球磨和氣流粉碎.粉末冶粉末冶金技術(shù)金技術(shù).2001 ,19(6):360-363B4C是共價(jià)鍵很強(qiáng)的陶瓷材料是共價(jià)鍵很強(qiáng)的陶瓷材料,其燒結(jié)性極差其燒結(jié)性極差;在常壓下于在常壓下于2300 燒結(jié)燒結(jié),其相對(duì)密度僅為其相對(duì)密度僅為70 %左右。提高左右。提高B4C 粉末的粉末的比表面積或減小粉末粒度比表面積或減小粉末粒度,可在一定范圍內(nèi)提高燒結(jié)密度可在一定范圍內(nèi)提高燒結(jié)密度.A:滾動(dòng)球磨和振動(dòng)球磨滾動(dòng)球磨和振動(dòng)球磨可以使原始可以使原始B4C 粗粉顯著細(xì)化

34、粗粉顯著細(xì)化,從而改善燒結(jié)性從而改善燒結(jié)性;然而然而,大量雜質(zhì)大量雜質(zhì)Fe 的引入是一個(gè)麻煩問題的引入是一個(gè)麻煩問題,必須對(duì)球磨后的粉末進(jìn)行多次必須對(duì)球磨后的粉末進(jìn)行多次酸洗處理。酸洗工藝使制粉成本大大提高酸洗處理。酸洗工藝使制粉成本大大提高,且工作環(huán)境惡劣且工作環(huán)境惡劣,故球磨法的故球磨法的應(yīng)用受到一定的限制。應(yīng)用受到一定的限制。B:氣流粉碎氣流粉碎是使顆粒在受到高速氣流是使顆粒在受到高速氣流(300500m/ s) 的加速后產(chǎn)生劇烈的加速后產(chǎn)生劇烈的互相沖擊、碰撞和摩擦的互相沖擊、碰撞和摩擦,從而達(dá)到粉碎目的從而達(dá)到粉碎目的,因此因此,粉碎效率高粉碎效率高,處理量大處理量大,且不易引入雜質(zhì)

35、。且不易引入雜質(zhì)。2.2.2 蒸發(fā)凝聚法蒸發(fā)凝聚法蒸發(fā)法定義：蒸發(fā)法定義：將納米粒子的原料加熱、蒸發(fā)，使之成為原子將納米粒子的原料加熱、蒸發(fā)，使之成為原子或分子；再使許多原子或分子凝聚，生成極微細(xì)的納米粒子。或分子；再使許多原子或分子凝聚，生成極微細(xì)的納米粒子。蒸發(fā)法所得產(chǎn)品粒子一般在蒸發(fā)法所得產(chǎn)品粒子一般在5nm-100nm5nm-100nm之間。之間。按其下限估算，一個(gè)納米粒子凝聚的原子數(shù)約為按其下限估算，一個(gè)納米粒子凝聚的原子數(shù)約為4 410103 3個(gè)；個(gè)；按其上限估算，一個(gè)納米粒子凝聚的原子數(shù)為按其上限估算，一個(gè)納米粒子凝聚的原子數(shù)為3 310107 7個(gè)。個(gè)。 由于制備過程一般不伴

36、有燃燒之類的化學(xué)反應(yīng)，全過程由于制備過程一般不伴有燃燒之類的化學(xué)反應(yīng)，全過程都是物理變化過程，因此蒸發(fā)法制備納米粒子屬于純粹的都是物理變化過程，因此蒸發(fā)法制備納米粒子屬于純粹的物物理制備方法。理制備方法。 2.2 2.2. .2 2 蒸發(fā)凝聚法蒸發(fā)凝聚法用氣體冷凝法制備納米微粒時(shí)粒徑的控制方法：用氣體冷凝法制備納米微粒時(shí)粒徑的控制方法：A：調(diào)節(jié)惰性氣體壓力：調(diào)節(jié)惰性氣體壓力B：蒸發(fā)物質(zhì)的分壓即蒸發(fā)溫度或速率：蒸發(fā)物質(zhì)的分壓即蒸發(fā)溫度或速率 C：惰性氣體的溫度：惰性氣體的溫度l因此，在接近冷卻棒的過程中，因此，在接近冷卻棒的過程中， 原物質(zhì)蒸氣原物質(zhì)蒸氣原子簇原子簇單個(gè)納米微粒單個(gè)納米微粒聚合而

37、長(zhǎng)大，聚合而長(zhǎng)大，最最后在冷卻棒表面上積累起來用聚四氟乙烯刮刀刮下并后在冷卻棒表面上積累起來用聚四氟乙烯刮刀刮下并收集起來獲得納米粉收集起來獲得納米粉 2 2. .2.2 2.2 蒸發(fā)凝聚法蒸發(fā)凝聚法 為了保證物質(zhì)加熱所需要的足夠能量，又要使原料蒸發(fā)為了保證物質(zhì)加熱所需要的足夠能量，又要使原料蒸發(fā)后快速凝結(jié)，就要求后快速凝結(jié)，就要求熱源溫度場(chǎng)分布空間范圍盡量小、熱源熱源溫度場(chǎng)分布空間范圍盡量小、熱源附近的溫度梯度大附近的溫度梯度大，這樣才能制得粒徑小、粒徑分布窄的納，這樣才能制得粒徑小、粒徑分布窄的納米粒子。米粒子。 2.2 2.2. .2 2 蒸發(fā)凝聚法蒸發(fā)凝聚法l等離子體蒸發(fā)等離子體蒸發(fā)l

38、激光束加熱蒸發(fā)激光束加熱蒸發(fā)l電子束加熱蒸發(fā)電子束加熱蒸發(fā)l電弧放電加熱蒸發(fā)電弧放電加熱蒸發(fā)l高頻感應(yīng)電流加熱蒸發(fā)高頻感應(yīng)電流加熱蒸發(fā)l太陽爐加熱蒸發(fā)太陽爐加熱蒸發(fā)工藝過程工藝過程：A：一：一般離子體焰流溫度高達(dá)般離子體焰流溫度高達(dá)2000K以上，存在著大量的高活以上，存在著大量的高活性原子、離子。當(dāng)它們以約性原子、離子。當(dāng)它們以約100500ms的高速到達(dá)金屬或的高速到達(dá)金屬或化合物原料表面時(shí)，可使其熔融并大量迅速地溶解于金屬熔化合物原料表面時(shí)，可使其熔融并大量迅速地溶解于金屬熔體中，在金屬熔體內(nèi)形成體中，在金屬熔體內(nèi)形成溶解溶解的超飽和區(qū)、過飽和區(qū)和飽和的超飽和區(qū)、過飽和區(qū)和飽和區(qū)。區(qū)。B

39、：原子、離子或分子與金屬熔體對(duì)流與擴(kuò)散使金屬：原子、離子或分子與金屬熔體對(duì)流與擴(kuò)散使金屬蒸發(fā)蒸發(fā)。同。同時(shí)，原子或離子又重新結(jié)合成分子從金屬熔體表面溢出。時(shí)，原子或離子又重新結(jié)合成分子從金屬熔體表面溢出。C：蒸發(fā)出的金屬原子經(jīng)急速冷卻后：蒸發(fā)出的金屬原子經(jīng)急速冷卻后收集收集，即得到各類物質(zhì)的，即得到各類物質(zhì)的納米粒子。納米粒子。 1 1) )等離子體加熱法等離子體加熱法原理原理：利用等離子體的高溫而實(shí)現(xiàn)對(duì)原料加熱蒸發(fā)的。：利用等離子體的高溫而實(shí)現(xiàn)對(duì)原料加熱蒸發(fā)的。 2.2 2.2. .2 2 蒸發(fā)凝聚法蒸發(fā)凝聚法 金屬或合金可以直接蒸發(fā)、急冷而形成原物質(zhì)的納米粒子，金屬或合金可以直接蒸發(fā)、急冷

40、而形成原物質(zhì)的納米粒子，制備過程為純粹的物理過程；制備過程為純粹的物理過程；金屬化合物，如氧化物、碳化物、氮化物的制備，一般需金屬化合物，如氧化物、碳化物、氮化物的制備，一般需經(jīng)過金屬蒸發(fā)經(jīng)過金屬蒸發(fā)化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)急冷，最后形成金屬化合物納米急冷，最后形成金屬化合物納米粒子。粒子。 用途用途： 制備金屬、合金或金屬化合物納米粒子制備金屬、合金或金屬化合物納米粒子等離子體噴射的射流容易將金屬熔融物質(zhì)本身吹飛，這是工業(yè)等離子體噴射的射流容易將金屬熔融物質(zhì)本身吹飛，這是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)解決的技術(shù)難點(diǎn)。生產(chǎn)中應(yīng)解決的技術(shù)難點(diǎn)。等離子體加熱法制備納米粒子的優(yōu)點(diǎn)等離子體加熱法制備納米粒子的優(yōu)點(diǎn): :產(chǎn)品收率

41、大，特別適合制備高熔點(diǎn)的各類超微粒子。產(chǎn)品收率大，特別適合制備高熔點(diǎn)的各類超微粒子。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 2 2. .2 2. .2 2 蒸發(fā)凝聚法蒸發(fā)凝聚法Preparation of Nano-ultrafine TiO2 Powders by DC Arc Plasma Jet Method1998年年02期期，王彥平王彥平, 汪浩汪浩 采用直流電弧等離子體法直接制備了晶態(tài)的采用直流電弧等離子體法直接制備了晶態(tài)的TiO2納米超細(xì)納米超細(xì)粉，粉體中的晶粒既有銳鈦礦結(jié)構(gòu)，也有金紅石結(jié)構(gòu)；既粉，粉體中的晶粒既有銳鈦礦結(jié)構(gòu)，也有金紅石結(jié)構(gòu)；既有單晶結(jié)構(gòu)的有單晶結(jié)構(gòu)的TiO2，也有多晶結(jié)構(gòu)的，也有多晶結(jié)構(gòu)

42、的TiO2。 2 2. .2 2. .2 2 蒸發(fā)凝聚法蒸發(fā)凝聚法直流電弧等離子體法制備直流電弧等離子體法制備TiO2納米超細(xì)粉納米超細(xì)粉舉例說明：舉例說明：直流電弧等離子體法制備鎳納米粉，直流電弧等離子體法制備鎳納米粉， 蘭州理工大學(xué)理學(xué)院蘭州理工大學(xué)理學(xué)院直流電弧等離子體法制備超細(xì)直流電弧等離子體法制備超細(xì)Ag粉研究粉研究 ，鑄造技術(shù)鑄造技術(shù) 直流氫電弧等離子體蒸發(fā)法制備直流氫電弧等離子體蒸發(fā)法制備Cu-Ni納米復(fù)合粉體納米復(fù)合粉體 ，鑄造技術(shù)鑄造技術(shù) 直流電弧熱等離子體法制備超細(xì)粉體氮化鋁的研究直流電弧熱等離子體法制備超細(xì)粉體氮化鋁的研究 直流電弧等離子體制備氮化物納米粒子直流電弧等離子

43、體制備氮化物納米粒子 ，中國有色金屬學(xué)報(bào)中國有色金屬學(xué)報(bào)直流電弧等離子體制備直流電弧等離子體制備SnO2納米粉末的研究納米粉末的研究 Research on Preparation of Nanosize SnO2 by DC Arc Plasma 武漢理工大學(xué)學(xué)武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)報(bào)2 2）激光加熱蒸發(fā)法）激光加熱蒸發(fā)法原理：采用大功率激光束直接照射于各種靶材，通過原料對(duì)激原理：采用大功率激光束直接照射于各種靶材，通過原料對(duì)激光能量的有效吸收使物料蒸發(fā)，從而制備各類納米粒子。光能量的有效吸收使物料蒸發(fā)，從而制備各類納米粒子。 2 2. .2 2. .2 2 蒸發(fā)凝聚法蒸發(fā)凝聚法對(duì)于對(duì)于各類高熔點(diǎn)

44、物質(zhì)各類高熔點(diǎn)物質(zhì)，可以使其溶化蒸發(fā)，制得，可以使其溶化蒸發(fā)，制得相應(yīng)的納米粒子。采用相應(yīng)的納米粒子。采用C0C02 2和和YAG(YAG(釔鋁石榴石釔鋁石榴石) )等大等大功率激光器，在惰性氣體中照射各類金屬靶材，可功率激光器，在惰性氣體中照射各類金屬靶材，可以方便地制得以方便地制得FeFe、NiNi、CrCr、TiTi、ZrZr、MoMo、TaTa、W W、AlAl、CuCu以及以及SiSi等納米粒子。等納米粒子。在各種在各種活潑性氣體活潑性氣體中進(jìn)行同樣的激光照射，也可中進(jìn)行同樣的激光照射，也可以制備各種氧化物、碳化物和氮化物等陶瓷納米粒以制備各種氧化物、碳化物和氮化物等陶瓷納米粒子。同

45、樣，調(diào)節(jié)蒸發(fā)區(qū)的氣氛壓力，可以控制納米子。同樣，調(diào)節(jié)蒸發(fā)區(qū)的氣氛壓力，可以控制納米粒子的粒徑。粒子的粒徑。 激光光源可以獨(dú)立地設(shè)置在蒸發(fā)系統(tǒng)激光光源可以獨(dú)立地設(shè)置在蒸發(fā)系統(tǒng)外部，可使激光器不受蒸發(fā)室的影響；外部，可使激光器不受蒸發(fā)室的影響；物料通過對(duì)入射激光能量的吸收，可物料通過對(duì)入射激光能量的吸收，可以迅速被加熱；以迅速被加熱；激光束能量高度集中，周圍環(huán)境溫度激光束能量高度集中，周圍環(huán)境溫度梯度大，有利于納米粒子的快速凝聚，梯度大，有利于納米粒子的快速凝聚，從而制得粒徑小、粒徑分布窄的高品質(zhì)從而制得粒徑小、粒徑分布窄的高品質(zhì)納米粒子。納米粒子。激光加熱法還適合于制備各類高熔點(diǎn)激光加熱法還適合

46、于制備各類高熔點(diǎn)的金屬和化合物的納米粒子。的金屬和化合物的納米粒子。 激光加熱蒸發(fā)法制備納米粒子具有很多優(yōu)點(diǎn)：激光加熱蒸發(fā)法制備納米粒子具有很多優(yōu)點(diǎn)： 2 22 22 2蒸發(fā)凝聚法蒸發(fā)凝聚法3 3）電子束加熱蒸發(fā)法）電子束加熱蒸發(fā)法原理：原理：在加有高速電壓的在加有高速電壓的電子槍與蒸發(fā)室之間產(chǎn)生電子槍與蒸發(fā)室之間產(chǎn)生差壓，使用電子透鏡聚焦差壓，使用電子透鏡聚焦電子束于待蒸發(fā)物質(zhì)表面，電子束于待蒸發(fā)物質(zhì)表面，從而使物質(zhì)被加熱、蒸發(fā)、從而使物質(zhì)被加熱、蒸發(fā)、凝聚為細(xì)小的納米粒子。凝聚為細(xì)小的納米粒子。 2 22 22 2蒸發(fā)凝聚法蒸發(fā)凝聚法l電子束加熱蒸發(fā)法的主要用電子束作為電子束加熱蒸發(fā)法的主

47、要用電子束作為加熱源可以獲得很高的投入能量密度，加熱源可以獲得很高的投入能量密度，特別適合于用來蒸發(fā)特別適合于用來蒸發(fā)W、Ta、Pt等高熔等高熔點(diǎn)金屬，制備出相應(yīng)的金屬、氧化物、點(diǎn)金屬，制備出相應(yīng)的金屬、氧化物、碳化物、氮化物等納米粒子。碳化物、氮化物等納米粒子。 4) 4)電弧放電加熱蒸發(fā)法電弧放電加熱蒸發(fā)法原理：原理：以兩塊塊狀金屬作為電極，使之產(chǎn)生電弧，從而使以兩塊塊狀金屬作為電極，使之產(chǎn)生電弧，從而使兩塊金屬的表面熔融、蒸發(fā)，產(chǎn)生相應(yīng)的納米粒子。兩塊金屬的表面熔融、蒸發(fā)，產(chǎn)生相應(yīng)的納米粒子。 2 22 22 2蒸發(fā)凝聚法蒸發(fā)凝聚法這種方法特別適合于制備這種方法特別適合于制備A1203一

48、類的金屬氧化物納米粒子，一類的金屬氧化物納米粒子，因?yàn)橐驗(yàn)閷⒁欢ū壤难鯕饣煊诙栊詺怏w中更有利于電極之間形將一定比例的氧氣混于惰性氣體中更有利于電極之間形成電弧。成電弧。采用電弧放電法制得的采用電弧放電法制得的A1203納米粒子的實(shí)驗(yàn)表明，粒子的結(jié)納米粒子的實(shí)驗(yàn)表明，粒子的結(jié)晶非常好。即使在晶非常好。即使在13000C的高溫下長(zhǎng)時(shí)間加熱的高溫下長(zhǎng)時(shí)間加熱Al203，其，其粒子形狀也基本不發(fā)生變化。粒子形狀也基本不發(fā)生變化。 2 22 22 2蒸發(fā)凝聚法蒸發(fā)凝聚法原理原理: :利用高頻感應(yīng)的利用高頻感應(yīng)的強(qiáng)電流產(chǎn)生的熱量使金強(qiáng)電流產(chǎn)生的熱量使金屬物料被加熱、熔融，屬物料被加熱、熔融，再蒸發(fā)而得到

49、相應(yīng)的納再蒸發(fā)而得到相應(yīng)的納米粒子。米粒子。 5 5）高頻感應(yīng)加熱蒸發(fā)法）高頻感應(yīng)加熱蒸發(fā)法 2 22 22 2蒸發(fā)凝聚法蒸發(fā)凝聚法l特點(diǎn)：可以制備各種合金納米粒子。在高頻感特點(diǎn)：可以制備各種合金納米粒子。在高頻感應(yīng)加熱過程中，由于電磁波的作用，熔體會(huì)發(fā)應(yīng)加熱過程中，由于電磁波的作用，熔體會(huì)發(fā)生由坩堝的中心部分向上、向下以及向邊緣部生由坩堝的中心部分向上、向下以及向邊緣部分的流動(dòng)，使熔體表面得到連續(xù)地?cái)嚢枳饔?，分的流?dòng)，使熔體表面得到連續(xù)地?cái)嚢枳饔?，這使這使熔體溫度保持相對(duì)均勻熔體溫度保持相對(duì)均勻。l優(yōu)點(diǎn)：生成粒子粒徑比較均勻、產(chǎn)量大、便于優(yōu)點(diǎn)：生成粒子粒徑比較均勻、產(chǎn)量大、便于工業(yè)化生產(chǎn)等。

50、工業(yè)化生產(chǎn)等。 采用太陽爐加熱蒸發(fā)法最大的采用太陽爐加熱蒸發(fā)法最大的優(yōu)勢(shì)就是優(yōu)勢(shì)就是節(jié)能節(jié)能。因此，太陽爐加熱。因此，太陽爐加熱蒸發(fā)法有研究推廣價(jià)值。蒸發(fā)法有研究推廣價(jià)值。 然而，這種方法面臨一個(gè)嚴(yán)峻然而，這種方法面臨一個(gè)嚴(yán)峻的問題，就是的問題，就是如何避免窗口污染問如何避免窗口污染問題題，這個(gè)問題有待于研究解決。，這個(gè)問題有待于研究解決。 6 6）太陽爐加熱蒸發(fā)法）太陽爐加熱蒸發(fā)法原理：原理：利用太陽光，通過大口徑窗口將陽光聚焦于待蒸發(fā)的利用太陽光，通過大口徑窗口將陽光聚焦于待蒸發(fā)的物料表面上而實(shí)現(xiàn)對(duì)物料加熱、蒸發(fā)制備各類納米粒子。物料表面上而實(shí)現(xiàn)對(duì)物料加熱、蒸發(fā)制備各類納米粒子。 2 22

51、 22 2蒸發(fā)凝聚法蒸發(fā)凝聚法solar furnace 利用利用太陽能太陽能的一種的一種加熱爐加熱爐。它由。它由拋物面鏡拋物面鏡反射器、受熱器、支持器、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械及反射器、受熱器、支持器、轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械及調(diào)整裝置組成。調(diào)整裝置組成。物料物料位于反射鏡的位于反射鏡的焦點(diǎn)焦點(diǎn)處，處，太陽太陽光線光線射到拋物面鏡反射器上，射到拋物面鏡反射器上，聚聚焦焦在被在被加熱加熱物料上，使物料加熱。反射鏡可由機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)和調(diào)整裝置物料上，使物料加熱。反射鏡可由機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)和調(diào)整裝置跟蹤跟蹤太陽太陽轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，以便充分接受太陽能。以便充分接受太陽能。溫度溫度可達(dá)可達(dá)3500。可在。可在氧化氧化氣氛和高溫下對(duì)試樣進(jìn)行觀察，氣氛和高

52、溫下對(duì)試樣進(jìn)行觀察，不受不受電場(chǎng)電場(chǎng)、磁場(chǎng)磁場(chǎng)和燃料產(chǎn)物的和燃料產(chǎn)物的干擾干擾。可用于高溫材料的科學(xué)研究?？捎糜诟邷夭牧系目茖W(xué)研究。 2 22 23 3離子濺射法離子濺射法 主要思想是：主要思想是：將兩塊金屬極板平行放置在將兩塊金屬極板平行放置在ArAr氣中氣中( (低壓環(huán)境、低壓環(huán)境、壓力約壓力約4040250Pa)250Pa)，一塊為陽極，另一塊為陰極靶材料。在兩，一塊為陽極，另一塊為陰極靶材料。在兩極之間加上數(shù)百伏的直流電壓，使其產(chǎn)生輝光放電，兩極板間極之間加上數(shù)百伏的直流電壓，使其產(chǎn)生輝光放電，兩極板間輝光放電中的離子撞擊在陰極上，靶材中的原子就會(huì)由其表面輝光放電中的離子撞擊在陰極上，

53、靶材中的原子就會(huì)由其表面蒸發(fā)出來。蒸發(fā)出來。 濺射法制備納米粒子的基本原理如下圖所示。濺射法制備納米粒子的基本原理如下圖所示。調(diào)節(jié)放電電流、電壓以及調(diào)節(jié)放電電流、電壓以及氣體的壓力，都可以實(shí)現(xiàn)氣體的壓力，都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)納米粒子生成各因素的對(duì)納米粒子生成各因素的控制?？刂?。A A：靶材料蒸發(fā)面積大：靶材料蒸發(fā)面積大B B：粒子收率高：粒子收率高C C：制備的粒子均勻、粒度分布窄：制備的粒子均勻、粒度分布窄D D：適合于制備高熔點(diǎn)金屬型納米粒子。：適合于制備高熔點(diǎn)金屬型納米粒子。E E：利用反應(yīng)性氣體的反應(yīng)性濺射，還可以制備出各類復(fù)合材：利用反應(yīng)性氣體的反應(yīng)性濺射，還可以制備出各類復(fù)合材料和化合物的

54、納米粒子。料和化合物的納米粒子。 2 22 23 3離子濺射法離子濺射法 濺射法制備納米粒子具有很多優(yōu)點(diǎn)：濺射法制備納米粒子具有很多優(yōu)點(diǎn)： 2 22 24 4 冷凍干燥法冷凍干燥法 （Freeze drying） 冷凍干燥法的基本原理是：冷凍干燥法的基本原理是：先使干燥的溶液噴霧在冷凍劑中冷先使干燥的溶液噴霧在冷凍劑中冷凍，然后在低溫低壓下真空干燥，將溶劑升華除去，就可以得凍，然后在低溫低壓下真空干燥，將溶劑升華除去，就可以得到相應(yīng)物質(zhì)的納米粒子。如果從水溶液出發(fā)制備納米粒子，凍到相應(yīng)物質(zhì)的納米粒子。如果從水溶液出發(fā)制備納米粒子，凍結(jié)后將冰升華除去，直接可獲得納米粒子。如果從熔融鹽出發(fā)，結(jié)后將

55、冰升華除去，直接可獲得納米粒子。如果從熔融鹽出發(fā)，凍結(jié)后需要進(jìn)行熱分解，最后得到相應(yīng)納米粒子。凍結(jié)后需要進(jìn)行熱分解，最后得到相應(yīng)納米粒子。冷凍干燥法為冷凍干燥法為溶劑揮發(fā)分解法的一種溶劑揮發(fā)分解法的一種 (i) 生產(chǎn)批量大，適用于大型工廠制造超微粒子生產(chǎn)批量大，適用于大型工廠制造超微粒子（）設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低；）設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低；（）粒子成分均勻）粒子成分均勻主要特點(diǎn)是：主要特點(diǎn)是：l凍結(jié)干燥法分凍結(jié)、干燥、焙燒凍結(jié)干燥法分凍結(jié)、干燥、焙燒3個(gè)過程：個(gè)過程：(i)液滴的凍結(jié)。液滴的凍結(jié)。使金屬鹽水溶液快速凍結(jié)用的冷卻劑是不能與使金屬鹽水溶液快速凍結(jié)用的冷卻劑是不能與溶液混合的液體，例如將干冰與丙

56、酮混合作冷卻劑將己烷冷溶液混合的液體，例如將干冰與丙酮混合作冷卻劑將己烷冷卻。卻。除了用己烷作冷凍劑外，也可用液氮作冷凍劑。除了用己烷作冷凍劑外，也可用液氮作冷凍劑。 干冰與丙酮冷卻劑使乙烷處于干冰與丙酮冷卻劑使乙烷處于77，而液氮能直接冷卻到，而液氮能直接冷卻到196，但是，用己烷的效果較，但是，用己烷的效果較好，因?yàn)橛靡旱骼鋬鰟r(shí)、氣好，因?yàn)橛靡旱骼鋬鰟r(shí)、氣相氮會(huì)環(huán)繞在液滴周圍，使液滴相氮會(huì)環(huán)繞在液滴周圍，使液滴的熱量不易傳出來，從而降低了的熱量不易傳出來，從而降低了液滴的冷凍速度，使液滴中的組液滴的冷凍速度，使液滴中的組成鹽分離，成分變得不均勻成鹽分離，成分變得不均勻 將凍結(jié)的液滴

57、將凍結(jié)的液滴(冰滴冰滴)加熱，使水快速升華，加熱，使水快速升華，同時(shí)采用凝結(jié)器捕獲升同時(shí)采用凝結(jié)器捕獲升華的水，使裝置中的水華的水，使裝置中的水蒸氣降低，達(dá)到提高干蒸氣降低，達(dá)到提高干燥效率的目的燥效率的目的（）凍結(jié)液滴的干燥：）凍結(jié)液滴的干燥：圖中采用的凝結(jié)器為液氮捕集器圖中采用的凝結(jié)器為液氮捕集器 2 22 25 5 其它方法其它方法 原理：原理：將電極插入金屬粒子的堆積層，利用電極放電在金屬將電極插入金屬粒子的堆積層，利用電極放電在金屬粒子之間發(fā)生電火花，從而制備出相應(yīng)的微粉。合成過程中，粒子之間發(fā)生電火花，從而制備出相應(yīng)的微粉。合成過程中，反復(fù)進(jìn)行穩(wěn)定的火花放電，就可以連續(xù)不斷地生成金

58、屬納米反復(fù)進(jìn)行穩(wěn)定的火花放電，就可以連續(xù)不斷地生成金屬納米粒子粒子。1 1火花放電法火花放電法定義：金屬電極插入氣體或液體等絕緣體中，不斷提高電壓，定義：金屬電極插入氣體或液體等絕緣體中，不斷提高電壓，會(huì)產(chǎn)生電暈放電與電弧放電現(xiàn)象。從電暈放電到電弧放電的會(huì)產(chǎn)生電暈放電與電弧放電現(xiàn)象。從電暈放電到電弧放電的中間過渡放電稱為電火花放電。中間過渡放電稱為電火花放電。特點(diǎn)：火花放電的持續(xù)時(shí)間很短，一般只有特點(diǎn)：火花放電的持續(xù)時(shí)間很短，一般只有10-710-5s，而，而這期間電壓梯度則很高，通常為這期間電壓梯度則很高，通常為105106Vcm。相應(yīng)的。相應(yīng)的電流密度可達(dá)電流密度可達(dá)106-109A/cm

59、2。因此，。因此，在極短時(shí)間內(nèi)火花放在極短時(shí)間內(nèi)火花放電所釋放的能量極高，在放電瞬間可以產(chǎn)生高溫。電所釋放的能量極高，在放電瞬間可以產(chǎn)生高溫。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：爆炸燒結(jié)是一種獨(dú)具特色的燒結(jié)技術(shù)，利用納米級(jí)非晶態(tài)爆炸燒結(jié)是一種獨(dú)具特色的燒結(jié)技術(shù)，利用納米級(jí)非晶態(tài)的各類陶瓷粉末在爆炸燒結(jié)后可以得到的各類陶瓷粉末在爆炸燒結(jié)后可以得到1m以下的納米粒以下的納米粒子。子。利用爆炸法制得的納米粒子具有較高的密度和硬度，并基利用爆炸法制得的納米粒子具有較高的密度和硬度，并基本保持原始粉末的非晶狀態(tài)，相應(yīng)粒子粒徑尺寸生長(zhǎng)不顯本保持原始粉末的非晶狀態(tài)，相應(yīng)粒子粒徑尺寸生長(zhǎng)不顯著。著。2 2爆炸燒結(jié)法爆炸燒結(jié)法原理：利

60、用炸藥爆炸產(chǎn)生的巨大的能量，以極強(qiáng)的載荷作用原理：利用炸藥爆炸產(chǎn)生的巨大的能量，以極強(qiáng)的載荷作用于金屬套，使得套內(nèi)的粉末得到壓實(shí)燒結(jié)。于金屬套，使得套內(nèi)的粉末得到壓實(shí)燒結(jié)。特點(diǎn)：壓力高，溫度高，加載燒結(jié)、燒結(jié)時(shí)間短，高溫區(qū)冷卻特點(diǎn)：壓力高，溫度高，加載燒結(jié)、燒結(jié)時(shí)間短，高溫區(qū)冷卻速率快。速率快?；罨瘹淙廴诮饘俜磻?yīng)法的主要特征是將氫氣混入等離子體中，活化氫熔融金屬反應(yīng)法的主要特征是將氫氣混入等離子體中，這種混合等離子體再加熱，待加熱物料蒸發(fā)，制得相應(yīng)的納這種混合等離子體再加熱，待加熱物料蒸發(fā)，制得相應(yīng)的納米粒子。米粒子。氫氣的濃度增加會(huì)使納米粒子的生成量增多。氫氣的濃度增加會(huì)使納米粒子的生成量增