激光法制备纳米粉体的原理
制备纳米粉体的方法
制备纳米粉体的方法纳米粉体是一种颗粒尺寸在纳米级别的粉末，其具有较大比表面积和较高的活性，可应用于许多领域，如材料科学、能源储存、生物医学等。
以下是一些制备纳米粉体的常用方法。
1. 喷雾干燥法：喷雾干燥法是一种将溶液喷雾成细小液滴，然后利用热空气使液滴快速蒸发，形成纳米颗粒的方法。
该方法具有制备速度快、操作简单的特点，适用于大批量均匀制备纳米粉体。
2. 气溶胶法：气溶胶法是指通过气态前驱物生成纳米粉体。
通常将气体和溶解物混合形成气溶胶，然后通过热、化学反应或电解作用生成纳米颗粒。
该方法能制备高纯度、均匀分散的纳米粉体。
3. 溶胶凝胶法：溶胶凝胶法是利用溶胶和凝胶两个阶段的转变来制备纳米粉体。
通常将溶解物溶解在溶剂中形成溶胶，然后通过调节pH值或控制溶剂的挥发，使溶胶逐渐凝胶化，形成纳米粉体。
4. 水热合成法：水热合成法是将溶液放入密闭反应器中，在高温高压条件下反应生成纳米粉体。
由于水的高溶解度和高扩散性，水热合成法能制备高纯度、高晶度的纳米粉体。
5. 物理气相沉积法：物理气相沉积法是通过溅射、热蒸发或激光烧结等方法将金属或化合物转化为蒸发物，并在惰性气氛中沉积到固体基底上生成纳米粉体。
该方法具有操作简单、粒径可控的优点。
6. 激光燃烧法：激光燃烧法是将金属、合金或化合物的颗粒通过高能激光束作用下产生的瞬间高温、高压浓缩区，使其发生快速燃烧反应来制备纳米粉体。
该方法制备纳米粉体速度快且可规模化。
7. 球磨法：球磨法是将粉末原料在球磨机中与高能球体一起运动和碰撞，使原料不断研磨、破碎，最终形成纳米粉体。
该方法适用于制备高能机械合金和非晶态材料的纳米粉体。
总的来说，制备纳米粉体的方法多种多样，可根据不同需要选择适合的方法。
这些方法具有制备速度快、操作简单、控制粒径可调等特点，为纳米科技应用提供了可靠的技术支持。
激光制备纳米材料的研究及应用
激光制备纳米材料的研究及应用随着科技的发展，纳米材料在许多领域得到广泛的应用，如生物医学、光电子学、催化剂等。
激光制备纳米材料因其高精度、可控性、快速性等优势在纳米材料制备中得到广泛关注。
本文将介绍激光制备纳米材料的相关概念、方法、研究进展及应用现状。
一、概念纳米材料是指在至少一个维度上长度小于100纳米的材料，因其尺寸效应（如量子效应、表面效应等），表现出与宏观材料迥然不同的物理、化学和生物学特性。
激光制备是指利用激光源产生的能量对材料进行加工和改性的过程。
激光制备纳米材料是指利用激光对材料进行处理，使其形成纳米级别的材料。
二、方法激光制备纳米材料的常用方法有：激光烧蚀法、激光溅射法、激光还原法、激光光化学合成法、激光分光技术等。
（一）激光烧蚀法激光烧蚀法是指将激光束直接照射到材料表面，将所需去除的原材料蒸发或扩散出来，形成纳米尺度的粒子。
这种方法适用于金属、半导体等材料的制备，制备出的粒子尺寸可在1-100 nm之间。
（二）激光溅射法激光溅射法是指将激光束聚焦到金属或其它材料的靶材上，靶材表面受到高能激光的照射，表面原子发生振动和失去电子的现象，从而在大气中形成一定浓度的蒸汽，随后由惯性、弥散等力制成纳米粒子。
这种方法适用于制备非金属纳米材料，制备出的粒子尺寸可在10-100 nm之间。
（三）激光还原法激光还原法是指将激光直接照射到金属离子溶液中的金属离子，激光的能量促使金属离子还原成金属纳米粒子。
这种方法适用于制备金属纳米粒子的制备，制备出的粒子尺寸可在1-20 nm之间。
（四）激光光化学合成法激光光化学合成法是指将适当的材料和化学试剂溶解在溶剂中，用激光照射诱导化学反应，生成纳米材料。
这种方法适用于制备复杂结构的非金属材料，制备出的纳米材料可呈不同形状和尺寸。
（五）激光分光技术激光分光技术是指利用激光束直接对分子进行激发，由于激光的单色性和方向性，可以将分子分离，制备出不同分子量的纳米材料。
纳米粉体材料的制备
3-8
Preparation of nanoparticles
（一）溶胶制备工艺
1、 有机途径
组成： 母体——醇盐，浓度10~50%；
溶剂——乙醇； 催化剂——盐酸、醋酸等 螯合剂——乙酰丙酮 水——用量一定要控制
特点：水、溶剂挥发，干燥龟裂；
薄膜厚度受限； 但可反复涂覆。
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Preparation of nanoparticles
优缺点
A 样品的晶型结构完整，原料便宜；
B 设备简单、适于批量生产；
C 粉末易团聚，制备较为困难。
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Preparation of nanoparticles
2) 水热法(高温水解法)
定义：指在高温（100~1000℃）高压（10~100Mpa）下，利用
溶液中物质化学反应进行的合成。
水的作用：作为一种组分参与反应（即是溶剂又是矿化
研究进展：己制备出多种单质、无机化合物和复合材料超细微粉
末；目前已进入规模生产阶段，美国的MIT(麻省理工学)于1986 年已建成年产几十吨的装置。
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Preparation of nanoparticles
4 液相法 特点：化学组成可控 → 高纯、均相 成核速度可控 → 合成温度低 形状大小可控 → 纳米颗粒
分类：溶胶凝胶法；沉淀法；水热法等。
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Preparation of nanoparticles
1）沉淀-共沉淀法
定义：含阳离子的溶液中加入沉淀剂后，使离子沉淀的 方法。（以沉淀反应为基础） 分类： 单组分沉淀：溶液只含一种阳离子，得到单组分沉淀。 单相共沉淀：溶液含多种阳离子，沉淀为化合物 （固溶体）。 共沉淀：溶液中含多种阳离子，沉淀产物为混合物。
激光诱导合成纳米粉
四、工艺特点
激光法与普通加热法制备纳米微粒有极大不同，这主要表现为： 1、冷的反应器壁，无潜在污染。 2、原料气体分子直接或间接吸收光子能量后迅速进行反应。 3、反应具有选择性。 3、反应区条件可以被精确的控制。 4、激光能量高度集中，反应区与周围环境之间温度梯度大，有利于生成核 粒子快速凝结。
五、技术要点
二、工作原理
激光诱导化学气相反应法是利用激光来引发、活化反应物系，从而合 成高品位纳米材料的一种方法。 基本原理是：利用大功率激光器的激光束照射于反应气体，反应气体 通过对激光光子的强吸收，气体分子或原子在瞬间得到加热、活化，在极 短时间内反应气体分子或原子获得化学反应所需要的温度，迅速完成反应、 成核与凝聚、生长等过程，从而制得相应物质的纳米微粒。 因此，简单的说，激光法就是利用激光光子能量加热反应体系，从而 制得纳米微粒的一种方法。
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激光诱导化学气相合成纳米材料
宋文国 15255137200 ahhnswg@
目录
一、概述 二、工作原理 三、设备与流程
四、工艺特点
五、技术要点
一、概述
纳米技术作为一种最具有市场应用潜力的新兴科学技术，其潜在 的重要性毋庸置疑，一些发达国家都投入大量的资金进行研究工作。 如美国最早成立了纳米研究中心，日本文教科部把纳米技术，列为材 料科学的四大重点研究开发项目之一。在德国，以汉堡大学和美因茨 大学为纳米技术研究中心，政府每年出资6500万美元支持微系统的研 究。在国内，许多科研院所、高等院校也组织科研力量，开展纳米技 术的研究工作，并取得了一定的研究成果。 激光诱导化学气相合成技术（LICVD）制备的纳米微粉具有粉体 表面无污染、成分纯度高、粒形规则、粒径小而均匀、粒度分布窄、 粒子间粘结团聚差、易分散、无器壁效应、产量高可连续化生产等一 系列优点，是制备高质量纳米微粉的有效方法。
微纳米材料的激光制备技术
微纳米材料的激光制备技术激光技术作为一种高精密的制备技术，被广泛应用于微纳米材料的制备与加工中。
这种技术通过利用激光的聚焦与高能量密度，可以实现对微纳米材料的高效制备和控制。
一、激光光刻技术激光光刻技术是一种利用激光光束将图形或图案转移到半导体材料上的制备方法。
通过使用激光光刻机，可以在微纳米尺度上对半导体材料进行精确的制备。
这种技术在微电子产业中得到了广泛应用，为芯片制造提供了重要的技术支持。
二、激光蚀刻技术激光蚀刻技术是一种利用激光束对材料进行化学反应，从而实现材料去除或刻蚀的制备方法。
该技术可以控制激光功率和照射时间，从而实现对微纳米材料的精确刻蚀。
激光蚀刻技术在微纳米器件的制备中起着至关重要的作用，它能够实现对微观结构的精确控制，并对材料的性能产生重要影响。
三、激光沉积技术激光沉积技术是一种利用激光束对材料进行定向沉积的制备方法。
通过对金属或陶瓷材料进行熔融，可以实现微纳米尺度上的材料沉积。
激光沉积技术具有高能量密度、高温度和高速度等优势，可以实现对微纳米材料的高速精密制备。
四、激光热处理技术激光热处理技术是一种利用激光束对材料进行局部加热的制备方法。
通过控制激光功率和照射时间，可以实现对微纳米材料的局部加热和组织改变。
激光热处理技术可以改善材料的性能，提高微观组织的均匀性和致密性。
五、激光表面改性技术激光表面改性技术是一种利用激光束对材料表面进行改性的制备方法。
通过控制激光功率和扫描速度，可以实现对微纳米材料表面的精确改性。
激光表面改性技术可以增加材料的硬度、耐磨性和防腐蚀性，提高材料的表面质量和使用寿命。
六、激光纳米粒子制备技术激光纳米粒子制备技术是一种利用激光束对材料进行定向熔融，并通过控制冷却速率实现纳米粒子制备的方法。
该技术可以精确控制纳米粒子的形状、尺寸和结构，具有重要的应用价值。
激光纳米粒子制备技术在材料科学和生物医学领域得到了广泛应用，为研究纳米材料的性质和应用提供了重要的手段。
激光制备纳米材料的技术研究
激光制备纳米材料的技术研究近年来，随着纳米材料的广泛应用和对其品质的要求越来越高，利用激光技术制备纳米材料日益受到研究者的重视。
激光制备纳米材料的技术具有精度高、可控性强、制备速度快等优点，因此已成为纳米材料制备领域的重要技术。
1. 激光制备纳米材料的原理激光制备纳米材料的原理是利用激光束与材料的相互作用，通过瞬时加热、熔化和蒸发等过程，将微米或纳米级的原料转化为纳米颗粒。
这种制备方法不仅可以控制颗粒的粒径分布和形状，还可以通过选择不同激光波长和功率，控制纳米材料的化学组成。
2. 激光制备纳米粒子的方法激光制备纳米粒子的方法主要有五种：激光气相合成法、激光热分解法、激光溶胶法、激光还原法和激光剥离法。
其中，激光气相合成法是最常用的一种方法，它通过光解反应，将气态原料转化为 solid 的颗粒；激光热分解法则利用激光束加热，将化学反应物质分解成所需的纳米颗粒；溶胶法是将溶胶制备于铝箔上的方法，铝箔受热后，瞬间传递热量给溶胶；还原法则将前驱体还原成金属或氧化物，通过激光聚焦形成纳米颗粒，而剥离法则在基板上形成一层纳米金属膜，并保持在光学场中以剥离过程形成纳米粒子。
3. 激光制备纳米材料的优点与其他制备方法相比，激光制备纳米材料的优点主要有以下几方面：（1）可控性强：通过选择不同的激光波长和功率，可以控制纳米材料的大小、形状和化学组成。
（2）精度高：激光束在纳米材料的制备过程中可以控制粒径分布和形状，从而精确控制纳米材料的品质。
（3）制备速度快：与其他方法相比，激光制备纳米材料的速度更快，能够在短时间内得到大批量的纳米材料。
（4）成本低：激光制备纳米材料的成本相对较低，且由于其可控性强，不需要额外的制备流程和设备。
4. 激光制备纳米材料的应用激光制备纳米材料具有广泛的应用前景，主要涉及到以下几个领域：（1）催化: 近年来，激光制备出的催化剂广泛用于催化反应领域，如化学吸附、催化剂载体以及生化反应等领域。
纳米粉体制备方法
纳米粉体制备方法纳米粉体制备办法纳米技术是当今世界各国争先进展的热点技术，纳米技术和材料的生产及其应用在中国已起步，可以产业化的惟独为数不多的几个品种，纳米二氧化钛（ＴｉＯ2）、纳米氧化锌（ＺｎＯ）、纳米碳酸钙（ＣａＣＯ3）便是其中较具代表性的几个品种。
纳米粉体的制备办法无数，可分为物理办法和化学办法。
以下是对各种办法的分离阐述并举例。
1. 物理办法(1)真空冷凝法用真空蒸发、加热、高频感应等办法使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。
其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。
1。
金属烟粒子结晶法是早期讨论的一种试验室办法。
将金属原料置于真空室电极处，真空室抽空（真空度1P a）导入102到103 P a 压力的氩气或不活泼性气体，然后像通常的真空蒸发那样，用钨丝蓝蒸发金属。
在气体中，通过蒸发、凝结产生的金属蒸气形成金属烟粒子，像煤烟粒子一样沉积于真空室内壁上。
在钨丝篮上方或下方位置可以预先放置格网收集金属烟粒子样品，以备各类测试所用。
2。
流淌油面上的真空蒸发沉积法（VEROS），VEROS法是将物质在真空中延续的蒸发到流淌着的油面上，然后把含有纳米粒子的油回收到储藏器内，再经过真空蒸馏、浓缩，从而实现在短时光制备大量纳米粉体。
(2)物理粉碎法通过机械粉碎、电火花爆炸等办法得到纳米粒子。
其特点操作容易、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不匀称。
例，有一种制备纳米粉体材料新办法，最适用于碳化物、氮化物及部分金属粉体的制备。
第1页/共4页其办法是先对反应器抽真空，然后充入庇护气体或反应气体，在反应器中设置石墨电极，在石墨电极与反应器坩埚中的金属之间通电，使之产生高温碳电弧，由高温电弧产生金属蒸汽。
采纳庇护气体可以生产出由石墨原子包覆的纳米镍粉、铜粉、铝粉等不易团圆的金属纳米粉末；采纳反应气体可以生产碳化物、氮化物纳米粉末。
与现有技术相比，生产的纳米粉末不易团圆，具有成本低，电弧功率大，可以实现规模化生产，具有广泛的有用性。
纳米粉体的制备方法及其研究进展
纳米粉体的制备方法及团聚简介摘要：本文简要综述了制备纳米粉体的相关方法，物理方法有气体冷凝法、侧射法、高能机械球磨法等，化学方法有固相配位化学法、溶胶-凝胶法、沉淀法、化学气相沉积法等。
并且简要的介绍了团聚的原因及如何防止纳米团聚关键词：纳米粉体；制备方法；团聚近年来，随着科学技术的发展，世界各地许多科学家都在积极开展新材料尤其是纳米材料的研究。
纳米材料包括零维颗粒材料、一维纳米针、二维纳米膜材料以及三维纳米晶体材料。
纳米颗粒一般在1～100nm之间，处于微观粒子和宏观物体之间的过渡区域。
它具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特性。
这些特性使其呈现出一系列奇异的物理、化学性质，目前在国防、电子、化工、轻工、核技术、航空航天、医学和生物工程等领域中具有重要的应用价值。
为此，本文简要综述了纳米粉体的相关方法。
1 . 纳米粉体材料的制备方法1.1 物理法1.1.1 气体冷凝法[1]气体冷凝法（IGC），其主要过程是在低压的氩、嗐等惰性气体中加热金属，使其蒸发，产生原子雾，经泠凝后形成纳米颗粒。
纳米合金可通过同时蒸发数种金属物质得到；纳米氧化物可在蒸发过程中真空室内通以纯氧使之氧化得到。
这种方法是制备清洁界面的纳米粉体的主要方法之一。
1.1.2 侧射法[1]用两块金属板分别作阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入氩气，在两电极之间施加适当电压，两电极间的辉光放电促使氩离子的形成，在电场作用下，氩离子冲击阴极材料，使靶材原子从其表面沉积下来。
而且加大被溅射的阴阳表面可提高纳米微粒的获得量。
该方法可有效控制多种高熔点和低熔点的纳米金属；能制备多组元的化合物纳米颗粒。
1.1.3 高能机械球磨法[1]高能球磨法是近年来发展起来的一种制备纳米粉体材料的方法，该方法尤其是在制备合金粉末方面具有良好的工业应用前景。
它是将欲合金化的元素粉末混合起来，在高能球磨机长时间运转，将回转机械能传递给金属粉末，依靠求魔过程中粉末的塑形变形产生复合，并发生扩散和固态反应而形成合金粉末。
激光制备技术中纳米粒子的合成与应用研究
激光制备技术中纳米粒子的合成与应用研究近年来，随着人们对材料学和纳米技术的研究不断深入，激光制备技术作为一种前沿的合成方法也受到了越来越多的关注。
激光制备技术通过激光辐射的作用，可实现对材料的高效、精确、可控合成，其中纳米粒子合成是其重要应用之一。
本文将主要探讨激光制备技术中纳米粒子的合成与应用研究现状以及未来发展趋势。
一、激光制备技术中纳米粒子的合成方法激光制备纳米粒子的方法有很多，如光蚀刻法、激光剥蚀法、激光气相沉积法等。
其中，最为常用的方法是激光烧蚀法。
这种方法利用激光在物体表面产生高温和高压来剥离物体表层，从而形成微粒状的纳米粒子。
激光烧蚀法的原理是利用激光在物体表面形成等离子体，产生高温和高压，使物体表面受到激烈撞击，形成微粒状的纳米粒子。
该法具有制备快速、精度高、合成单一等优点。
但是，激光烧蚀法发生的等离子体温度较高，制备的纳米粒子往往会出现晶体缺陷、表面氧化等问题。
因此，为了提高激光制备纳米粒子的质量，我们需要对其制备过程进行进一步研究和改进。
二、激光制备技术中纳米粒子的应用在实际应用中，激光合成纳米粒子主要应用于纳米材料制备、生物医学、光电子器件等领域。
例如，激光制备纳米银粒子可用于光亮化材料、抗菌材料和生物传感器等领域；激光合成纳米氧化物可用于光学玻璃、催化剂和传感器等领域。
同时，激光制备的纳米粒子也被广泛应用于纳米药物制备、肿瘤治疗等生物医学领域。
三、激光制备技术中纳米粒子合成与应用现状目前，国内外对激光制备纳米粒子的研究越来越深入。
在制备方法上，国内外科研人员采用了不同的制备方法，如雾化法、化学还原法、电化学法等，并不断针对其制备过程进行改进。
例如，研究人员在制备银纳米粒子时，开发了一种利用激光与微波相结合的方法，制备出了具有优良生物相容性的银纳米粒子。
在应用研究方面，激光制备纳米粒子的应用涉及到多个领域。
如在生物医学领域，蒋飞等人利用激光制备的纳米银粒子制备出了具有优异抗菌能力和生物相容性的纳米材料。
制备纳米粒子的方法
制备纳米粒子的物理方法1 机械粉碎法机械粉碎就是在粉碎力的作用下,固体料块或粒子发生变形进而破裂,产生更微细的颗粒。
物料的基本粉碎方式是压碎、剪碎、冲击粉碎和磨碎。
一般的粉碎作用力都是这几种力的组合,如球磨机和振动磨是磨碎与冲击粉碎的组合;气流磨是冲击、磨碎与剪碎的组合,等等。
理论上,固体粉碎的最小粒径可达0101～0105μm。
然而,用目前的机械粉碎设备与工艺很难达到这一理想值。
粉碎极限取决于物料种类、机械应力施加方式、粉碎方法、粉碎工艺条件、粉碎环境等因素。
比较典型的纳米粉碎技术有:球磨、振动磨、搅拌磨、气流磨和胶体磨等。
其中,气流磨是利用高速气流(300～500 m/ s)或热蒸气(300～450 ℃)的能量使粒子相互产生冲击、碰撞、摩擦而被较快粉碎。
气流磨技术发展较快,20世纪80年代德国Alpine 公司开发的流化床逆向气流磨可粉碎较高硬度的物料粒子,产品粒度达到了1～5μm。
降低入磨物粒度后,可得平均粒度1μm的产品,也就是说,产品的粒径下限可达到011μm以下。
除了产品粒度微细以外,气流粉碎的产品还具有粒度分布窄、粒子表面光滑、形状规则、纯度高、活性大、分散性好等优点。
因此,气流磨引起了人们的普遍重视,其在陶瓷、磁性材料、医药、化工颜料等领域有广阔的应用前景。
2 蒸发凝聚法蒸发凝聚法是将纳米粒子的原料加热、蒸发,使之成为原子或分子;再使许多原子或分子凝聚,生成极微细的纳米粒子。
利用这种方法得到的粒子一般在5～100 nm之间。
蒸发法制备纳米粒子大体上可分为:金属烟粒子结晶法、真空蒸发法、气体蒸发法等几类。
而按原料加热技术手段不同,又可分为电极蒸发、高频感应蒸发、电子束蒸发、等离子体蒸发、激光束蒸发等几类。
3离子溅射法用两块金属板分别作为阴极和阳极,阴极为蒸发用材料,在两电极间充入Ar (40～250Pa) ,两极间施加的电压范围为013～115 kV。
由于两极间的辉光放电使Ar粒子形成,在电场作用下Ar离子冲击阳极靶材表面,使靶材原子从其表面蒸发出来形成超微粒子,并在附着面上沉积下来。
激光制备纳米材料的特性研究
激光制备纳米材料的特性研究随着科技的不断进步，人类对材料的需求也越来越高。
在材料的研究领域，纳米材料是近年来备受关注并迅速发展的领域之一。
纳米材料的特殊性质和优越性能在许多领域都有应用，如微电子学、生物医学、能源储存等。
而如何高效、精准地制备纳米材料则成为了学术界和产业界关注的热点。
激光制备纳米材料是一种较为新颖的方法，其独特的反应方式和优异的制备效果吸引了众多科研人员的关注。
在此展开对激光制备纳米材料的特性研究，目的是深入了解激光制备纳米材料的机理和性质特征，进一步拓宽其应用领域。
一、激光制备纳米材料的基本原理激光制备纳米材料是通过激光诱导反应来完成的。
一般情况下，激光穿透到某种物质的内部，使物质发生光学加热，从而引起热学反应和化学反应，形成所需的纳米材料。
激光制备纳米材料与传统手段相比具有其独特的优势。
一方面，激光加热具有极高的精准度和能量密度，能够在非常短的时间内快速实现局部加热，有助于制备纳米材料。
另一方面，由于光学加热的方式，激光制备纳米材料可以实现在高温、高压、无法容忍物质接触等极端环境下进行，有助于制备特殊性质的纳米材料，如半导体量子点等。
二、激光制备纳米材料的性质特征激光制备纳米材料通常表现出较好的形貌控制和晶体质量，具备纳米级别的尺寸、表面性质等特点。
通过调整实验条件，如激光功率、溶液浓度、溶液pH值、反应温度等，可以实现对纳米材料形貌和结构的控制。
由于纳米材料的尺寸往往处于纳米级别，与其周围环境的作用力比传统微米材料更加显著。
因此，纳米材料的表面性质成为研究的重点。
激光制备纳米材料的表面能量极高，因此，纳米材料表面往往会形成自组装的有序结构，有助于提高材料的表面活性和化学反应效率。
此外，激光制备纳米材料的表面也非常光滑，有助于提高纳米材料的电子传输速率和光学性质，有益于将其应用于微电子学和光学器件等领域。
三、激光制备纳米材料的应用前景随着科技的进步和人类对材料性能需求的不断提高，纳米材料已然成为了现代材料领域的一个重要分支。
激光制备纳米材料及其性能研究
激光制备纳米材料及其性能研究第一章绪论纳米材料是一种特殊的材料，其尺寸小于100纳米。
由于其与原材料相比拥有独特的物理、化学和生物学特性，因此被广泛应用于电子、光学、医学和材料科学等领域。
激光制备纳米材料的技术应运而生，具有高效、高质量、易控制等优点，因此备受研究者的青睐。
本文将对激光制备纳米材料及其性能进行研究。
第二章纳米材料的制备方法目前，纳米材料的制备方法包括物理法、化学法和生物法。
其中，物理法包括激光制备、磁控溅射、分子束外延等；化学法包括溶胶凝胶法、水热法、溶液凝胶法等；生物法包括生物法和分子自组装法。
本文主要关注激光制备纳米材料的方法。
激光制备纳米材料是一种直接将原材料通过激光极化、加热、气化、凝固等过程制备成纳米材料的方法。
激光制备纳米材料具有高制备效率、高纯度、低污染度等特点，因此在制备纳米材料中应用广泛。
第三章激光制备纳米材料的机理激光制备纳米材料的机理主要包括三大类：极化机理、晶格热应力机理和溅射机制。
极化机理指的是高能脉冲激光束通过调整材料局部电场，在单位时间内将材料置于高极化电场中，使其电子云被极化，产生高度非线性极化效应，随着激光的穿过，材料表面分子受到强电场，电子云忙碌地震荡，形成一系列极化波状俯冲孤子，并向着横向方向不断传播，最终会形成纳米尺度的有序结构。
晶格热应力机理则是通过吸收激光能量使材料在极短的时间内达到高温状态，由于瞬时高温和加热层与冷却层之间的急剧温度差，使得材料体积瞬间地产生了热应力。
当材料的热应力达到木材的强度极限时，材料就会发生断裂，从而产生出许多均匀、细小的纳米颗粒。
溅射机制则是通过激光束的能量对材料表面产生冲击，使其表面温度瞬间升高、蒸发、喷射、再冷却等一系列过程。
溅射物质形成纳米颗粒簇，之后再通过分散技术制备纳米材料粉末。
第四章激光制备纳米材料的性能研究激光制备纳米材料的性能很大程度上取决于不同的材料成分、制备方法、控制参数等因素。
以下是常见的激光制备纳米材料的性能研究。
激光法制备粉体纳米材料
装置中的气路系统由气源、流量控制阀、流量计、压
力计和导气管等组成。反应气体经喷嘴喷入反应室
后, 周围设有同轴保护气体, 保护气体在反应过程中
起束流、压 缩反应区、输 送并冷却反应 生成物的作
用。在入射窗镜片同时设有保护气路防止反应气体
或生成物沉积到镜片上造成镜片污染, 阻碍激光束
透入造成镜片损坏。反应室是一个密闭容器, 设有
激光入射窗口、气路窗口等各种窗口, 激光光束与反 应气流一般为正交。反应前, 反应室需要真空系统 预抽真空[ 6, 11] 。
为了提高激光的利用率, 该反应装置可改装为
双室装置, 在原装置的基础上将剩余的激光透过一 个透镜进入另一个反应室, 从而使激光达到二次利
第 26 卷 第 6 期
王佃刚 激光在纳米粉体制备中 的应用
3 激光法制备Leabharlann 米粉体的装置激光诱导气相沉 积法装置一般包括激光发生
器、激光传播的光学系统、供应反应原料和保护气体
的气路系统、提供反应场所的真空反应室、收集纳米 粉体 的收 集 装置 和 真空 系 统等 几 部 分组 成[ 5, 6] ,
如图 1 所示。激
光束 经 过光 路 上
各种装置后, 由入
射窗进入反应室,
米粉体, 将原材料置于耐热坩埚中, 先用高频感应电
流将原料加热, 加热到一定温度后再引入激光, 原材 料在激光作用下蒸发、分解合成、冷凝形成纳 米粉
体[ 10] 。
4 影响纳米粉体制备及其性能的因素
因实验条件的不同, 目前对于激光法制备纳米 粉体的影响因素尚没有统一的认识。工艺参数的不 同会严重影响纳米粉体的制备及其质量。一般认为 影响激光法制备纳米粉体及其特性的因素主要有激 光功率密度、反应气体浓度、配比、保护气体种类、流 速、反应温度、压力和反应室的真空度等[ 13, 14] 。
激光法制备纳米粉体的原理
激光法制备纳米粉体的原理激光制备纳米粉体的基本方法有激光诱导化学气相沉积法(LICVD)和激光烧蚀法(LAD)。
激光诱导制备纳米粉体并不是仅仅以激光为加热源，而是利用激光的诱导作用和作用物质对特定激光波长的共振吸收制备出所要求的纳米粉体J。
LICVD制备纳米粒子的基本原理是利用反应气体分子(或光敏分子)对特定波长激光的共振吸收，诱导反应气体分子的激光热解、激光离解(如紫外光解、红外多光子离解)、激光光敏化等化学反应，在一定工艺条件下(激光功率密度、反应池压力、反应气体配比、流速和反应温度等)反应生成物成核和生长，通过控制成核与生长过程，即可获得纳米粒子[ 。
将反应气体混合后，经喷嘴喷入反应室形成高速稳定的气体射流，为防止射流分散并保护光学透镜，通常在喷嘴外加设同轴保护气体。
如反应物的红外吸收带与激光振荡波波长相匹配，反应物将有效吸收激光光子能量，产生能量共振，温度迅速升高，形成高温、明亮的反应火焰，反应物在瞬间发生分解化合，形核长大。
它们在气流惯性和同轴保护气体的作用下，离开反应区后，便快速冷却并停止生长，最后将获得的纳米粉体收集于收集器中]。
激光烧蚀法是一个蒸发、分解合成、冷凝的过程，其基本原理是：将作为原料的耙材置于真空或充满氩等保护气体的反应室中，耙材表面经激光照射后，与入射的激光束相作用。
耙材吸收高能量激光束后迅速升温、蒸发形成气态。
气态物质可直接冷凝沉积形成纳米微粒，气态物质也可在激光作用下分解后再形成纳米微粒。
若反应室中有反应气体，则蒸发物可与反应气体发生化学反应，经过形核生长、冷凝后得到复合化合物的纳米粉体。
激光烧蚀法同激光诱导化学气相法相比，其生产率更高，使用范围更广，并可合成更为细小的纳米粉体。
由于激光的特殊作用，激光烧蚀法可制得在平衡态下不能得到的新相]。
激光烧蚀法中，激光主要作用于固体一真空(气体)界面，随着对材料性能的新的要求，人们开始尝试激光烧蚀液一固界面。
激光诱导液一固界面反应法与诱导固体一真空(气体)界面原理相似，只是反应或保护环境由真空或气体变为液体。
激光诱导化学气相沉积法(LCVD)
三、激光化学气相沉积的应用与发展
应用实例：LICVD法制备纳米硅
激光辐照硅烷气体 分子(SiH4)时．硅烷分子很容易热解
热解生成的气构硅Si(g)在一定温度和压力条件下开始成核和生长， 形成纳米微粒。
特点:
该法具有清洁表面、粒子大小可精确控制、无粘结、粒度分布均匀等优点， 并容易制备出几纳米至几十纳米的非晶态或晶态纳米微粒。
licvd法合成纳米粉末的实验原理利用大功率激光器的激光束照射于反应气体反应气体通过对入射激光光子的强吸收利用大功率激光器的激光束照射于反应气体反应气体通过对入射激光光子的强吸收气体分子或原子在瞬间得到加热活化在极短的时间内反应气体分子或原子获得化学反应所需要的温度后迅速完成反应成核凝聚生长等过程从而制得相应物质的纳米粒子
四、分析评价
◆合成纳米粒子过程：包括原料处理、原料蒸发、反应气配制、成 核与生长、捕集等过程。 ◆特点：无污染、反应快 、选择性好，易精确控制；激光能量高度 集中，温度梯度大，有利于成核粒子快速固化；可以制得高纯，超 细、均匀的纳米粒子。
◆应用：Si, Si3N4, SiC, Fe/C/Si,以及金属氧化物等纳米粒子。
二、激光化学气相沉积（LICVD）原理
LICVD反应原理： LICVD是利用反应气体分子或催化分子对特定波长的激光共 振吸收，反应气体分子受到激光加热引起反应物发生激光光解、 激光热解、激光光敏化和激光诱导等离解化学反应，在合适的 制备工艺参数如激光功率、反应室压力与气氛的比例、气体流量 以及反应区温度等条件下获得超细粒子空间成核和生长，形成纳 米颗粒。
3、介质膜
LICVD技术还可以在沉积包括绝缘膜、保护膜、SIM制造、抗损膜、 增透膜等介质膜的生长中。如用激光化学气相沉积法合成SiC和Si3N4 复合纳米颗粒。 SiC和Si3N4是重要的高温陶瓷材料， SiC也是重要的 介电材料和半导体材料。据文献.报道，目前研究的重点是SiC和Si3N4 复合化以及组织上的纳米化，从而提高强度和韧性。进一步的研究发 现，纳米化后的纯SiC和纯Si3N4颗粒难以进行均匀的复合化，LICVD是 一种有效的纳米材料合成方法，通过改变反应气体的流量比也可以改 变成分，有望同时实现复合化和纳米化。LICVD法制备纳米微粉具有 成分纯度高，粒形规则，粒径小而均匀，粒度分布窄、无表面污染， 粒子间粘结团聚差、易分散等一系列独特优点，其不足是反应原料必 须是气体或强挥发性的化合物，并要与激光波长相对应的红外吸收带， 因而限制了产品的种类，增加了成本。
激光诱导化学气相沉积法制备纳米氮化硅及粉体光谱特性研究
收稿日期:2002-12-31第一作者简介:王锐(1976-),男,博士研究生。
激光诱导化学气相沉积法制备纳米氮化硅及粉体光谱特性研究王 锐1,2,李道火1,2,黄永攀1,2,罗丽明1,浦 坦1(11中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥 230031;21山东道钬纳米技术研究院,山东济南 250100)摘 要:研究了激光诱导化学气相沉积法制备纳米氮化硅的工作原理,提出了减少游离硅的措施,利用双光束激发制备得到了超微的、非晶纳米氮化硅粉体。
实验证明,纳米氮化硅粉体具有很多奇异物理性能和光谱特性。
关键词:激光诱导化学气相沉积法;氮化硅;纳米粉体;红外吸收光谱;拉曼光谱中图分类号:TB383 文献标识码:A 文章编号:1008-5548(2003)04-0035-04Research on Preparation of Silicon Nitride Nano 2powders with Laser Induced Chemical Vapor Deposition and Optical Characteristics of PowdersWANG Rui1,2,LI Dao 2huo1,2,H UANG Y ong 2pan1,2,L UO Li 2ming 1,P U Ta n1(11Anhui Institute of Optics and Fi ne M echanics,Chinese Academy of Sciences,Hefei,230031;2.Shandong Daohuo Nano 2technology Academy,Ji nan,250100,China)Abstr act:The general pr inciples of LICVD(laser induced chemi 2cal vapor deposition)are investigated and t he measures to reduc 2ing dissociated Si are put forwar d.By applying double beam op 2tical stimulation,the ultrafine and amorphous Si 3N 4nano 2pow 2ders which possesses many peculiar physical chrarcteristics as well as opt ical features are obtained.Key wor ds:laser induced chemical vapor deposit ion;silicon ni 2tr ide;nano 2powders;infr ar ed absorpt ion spectra;Raman spectra氮化硅有陶瓷材料中的/全能冠军0之称,它既是优良的高温结构材料,又是新型的功能材料,在陶瓷发动机、微电子学、空间科学和核动力工程等领域具有广阔的应用前景。
激光直写光刻纳米晶体
激光直写光刻纳米晶体激光直写光刻纳米晶体是一种先进的纳米制造技术，它利用激光束直接在材料表面进行纳米级的加工和刻写。
该技术具有高精度、高分辨率和高效率的特点，已经在纳米科技领域得到广泛应用。
激光直写光刻纳米晶体的原理是利用激光的高能量和高聚焦度，在材料表面产生微小的点状或线状的刻痕。
通过控制激光的位置和强度，可以实现对材料的精确刻写和加工。
激光直写光刻纳米晶体技术可以制造出各种形状和尺寸的纳米结构，如纳米线、纳米点阵和纳米孔洞等，具有广泛的应用前景。
激光直写光刻纳米晶体技术在纳米电子器件、纳米光子学、纳米生物医学和纳米传感器等领域具有重要的应用价值。
在纳米电子器件中，激光直写光刻纳米晶体可以用于制造纳米电路和纳米电极，提高电子器件的性能和功能。
在纳米光子学中，激光直写光刻纳米晶体可以制造出具有特殊光学性质的纳米结构，用于光学器件和光学传感器的制造。
在纳米生物医学中，激光直写光刻纳米晶体可以制造出纳米药物传递系统和纳米生物传感器，用于生物分子的检测和治疗。
在纳米传感器中，激光直写光刻纳米晶体可以制造出高灵敏度和高选择性的传感器，用于环境监测和生物检测等应用。
激光直写光刻纳米晶体技术的优势在于其高精度和高效率。
传统的纳米加工技术通常需要复杂的工艺流程和昂贵的设备，而激光直写光刻纳米晶体技术可以通过调整激光的参数来实现不同形状和尺寸的纳米结构制造，具有更高的灵活性和可控性。
此外，激光直写光刻纳米晶体技术还可以实现高通量的纳米结构制造，大大提高了生产效率。
然而，激光直写光刻纳米晶体技术也存在一些挑战和限制。
首先，激光直写光刻纳米晶体技术对材料的要求较高，只有具有一定的光敏性和机械性能的材料才能进行纳米刻写。
其次，激光直写光刻纳米晶体技术在大面积和高速加工方面仍然存在一定的困难。
此外，激光直写光刻纳米晶体技术的设备和操作成本较高，限制了其在工业化生产中的应用。
激光直写光刻纳米晶体技术是一种具有广泛应用前景的纳米制造技术。
纳米金属粉末制备方法综述
摘要纳米粉末具有特殊性质, 并在各个领域得到广泛应用。
本文详细介绍了制备纳米粉末的方法, 如机械法、物理法和化学法，和这些方法的原理、技术特点、研究进展和局限性。
最后提出目前仍需解决的一些问题并对纳米金属粉末新的制备方法做出展望。
关键词纳米粉末;制备方法;机械法;物理法;化学法一．绪论超细粉末的概念于20世纪60年代提出,粉末的粒度一般要求小0.1um( 100nm),即在1~ 100nm间,故超细粉末又称作纳米粉末。
由于纳米微粒本身的结构与常规材料不同,所以具有许多新奇的特性。
比如纳米金属粉末就具有不同普通材料的光、电、磁、热力学和化学反应等方面的奇异性能, 是一种重要的功能材料,具有广泛的应用前景。
现已在国防、化工、轻工、航天、冶金等领域得到重要应用,因而引起了人们的注意。
80年代以来, 纳米粉末作为一种新型材料,已引起了各国政府及科学家的极大重视,美国、日本、西欧等发达国家都将其列入发展高技术的计划中,投入了相当的人力和物力,例如美国的“星球大战”计划、西欧各国的“尤里卡”计划、日本 1981 年开始实施的“高技术探索研究”计划以及我国的“863”计划,都列入了纳米材料的研究和开发。
目前一些纳米粉末,如钛酸钡、氮化硅、氧化锆等已经实现了商品化。
我国在纳米粉末研究方面起步较晚,80年代后期才开始比较系统的研制开发。
近年来取得一些成效,特别是一些大学和研究所在理论研究和实验室规模中试水平上有了较大的发展。
但总的说来,我国在这一领域与世界先进水平相比, 仍有一定差距。
本文将重点介绍目前已研究的纳米粉末的制备方法。
二．方法综述2.1机械法机械法就是借助于机械力将大块金属破碎成所需粒径粉末的一种加工方法。
按照机械力的不同可将其分为机械冲击式粉碎法、气流磨粉碎法、球磨法和超声波粉碎法等。
目前普遍使用的方法还是球磨法和气流磨粉碎法,其优点是工艺简单、产量大,可以制备一些常规方法难以得到的高熔点金属和合金的超细纳米粉末。
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纳米粉体物理制备方法简介
纳米粉体制备方法有化学法和物理法两大类。
在
纳米银粉高清照片
1. 蒸发冷凝法
蒸发冷凝法是指在高真空的条件下，金属试样经蒸发后冷凝试样蒸发方式包括电弧放电，产生高能电脉冲或高频感应等以产生高温等离子体，使金属蒸发。
当金属蒸发后，金属粒子被周围气体分子碰撞，凝聚在冷凝管上成10nm左右的纳米颗粒，其尺寸可以通过调节蒸发温度场、气体压力进行控制，最小的可以制备出粒径为2nm的颗粒蒸发冷凝法制备的超微颗粒具有如下特征：(1)高纯度(2)粒径分布窄(3)良好结晶和清洁表面(4)粒度易于控制等。
这种方法可制得平均粒径为3nm的Ag、Au、Cu、Pb等粒子。
2. 激光聚集原子沉积法
用激光控制原子束在纳米尺度下的移动，使原子平行沉积以实现纳米材料的有目的的构造激光作用于原子束通过两个途径，即瞬时力和偶合力在接近共振的条件下，原子束在沉积过程中被激光驻波作用而聚集，逐步沉积在硅衬底上，形成指定形状如线形。
3. 非晶晶化法
通过晶化过程的控制，将非晶材料转变为纳米材料例如，将Ni80P20非晶合金条带在不同温度下进行等温热处理，使其产生纳米尺寸的合金晶粒纳米晶粒的长大与其中的晶界类型有关。
这种方法在制作纳米永磁体研究中发挥了积极作用。
4. 机械球磨法。
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激光法制备纳米粉体的原理
激光制备纳米粉体的基本方法有激光诱导化学气相沉积法(LICVD)和激光烧蚀法(LAD)。
激光诱导制备纳米粉体并不是仅仅以激光为加热源，而是利用激光的诱导作用和作用物质对特定激光波长的共振吸收制备出所要求的纳米粉体J。
LICVD制备纳米粒子的基本原理是利用反应气体分子(或光敏分子)对特定波长激光的共振吸收，诱导反应气体分子的激光热解、激光离解(如紫外光解、红外多光子离解)、激光光敏化等化学反应，在一定工艺条件下(激光功率密度、反应池压力、反应气体配比、流速和反应温度等)反应生成物成核和生长，通过控制成核与生长过程，即可获得纳米粒子[ 。
将反应气体混合后，经喷嘴喷入反应室形成高速稳定的气体射流，为防止射流分散并保护光学透镜，通常在喷嘴外加设同轴保护气体。
如反应物的红外吸收带与激光振荡波波长相匹配，反应物将有效吸收激光光子能量，产生能量共振，温度迅速升高，形成高温、明亮的反应火焰，反应物在瞬间发生分解化合，形核长大。
它们在气流惯性和同轴保护气体的作用下，离开反应区后，便快速冷却并停止生长，最后将获得的纳米粉体收集于收集器中]。
激光烧蚀法是一个蒸发、分解合成、冷凝的过程，其基本原理是：将作为原料的耙材置于真空或充满氩等保护气体的反应室中，耙材表面经激光照射后，与入射的激光束相作用。
耙材吸收高能量激光束后迅速升温、蒸发形成气态。
气态物质可直接冷凝沉积形成纳米微粒，气态物质也可在激光作用下分解后再形成纳米微粒。
若反应室中有反应气体，则蒸发物可与反应气体发生化学反应，经过形
核生长、冷凝后得到复合化合物的纳米粉体。
激光烧蚀法同激光诱导化学气相法相比，其生产率更高，使用范围更广，并可合成更为细小的纳米粉体。
由于激光的特殊作用，激光烧蚀法可制得在平衡态下不能得到的新相]。
激光烧蚀法中，激光主要作用于固体一真空(气体)界面，随着对材料性能的新的要求，人们开始尝试激光烧蚀液一固界面。
激光诱导液一固界面反应法与诱导固体一真空(气体)界面原理相似，只是反应或保护环境由真空或气体变为液体。
首先，激光与液一固界面相互作用形成一个烧蚀区，再促使正负粒子、原子、分子以及其它粒子组成的等离子体的形成。
等离子体形成后，因处于高温高压高密度绝缘膨胀态四处扩散，利用粒子间的相互作用和液体的束缚作用，在液一固界面附近形成纳米粉体。
由于液体的作用促进了等离子体的重新形核生长，此方法在制备那些只有在极端条件下才能制备的亚稳态纳米晶具有很大的优越性J。
为拓宽激光在纳米粉体制备中的应用，可采用激光一感应复合加热法制备纳米粉体。
在激光作用之前，先将靶材用高频感应加热融化并达到较高温度，再引入激光作用于靶体。
这可使靶体对激光的吸收大为加强，利于提高激光的利用率，并在耙区附近产生很大的温度和压力梯度，有利于提高粉末产率和降低粉体的平均粒径，故这种复合加热方法既具有感应加热制粉的优点又兼有激光制粉的优点。