第三章 纳米颗粒

3.1 纳米颗粒的种类
• 存在状态：粉体(powder)或胶体(colloid)
不连续相的分 散颗粒
当分散质在某个方 向上的线度介于 1～100nm时，这 种分散体系称为胶 体分散体系。
一种或几种物质 以一定分散度分 散在另一种物质 中形成的体系
3.2 纳米颗粒的制备方法
★气相法
气相法 （1） 低压气体蒸发法 （2） 活性氢－熔融金属反应法 制备的主要纳米粒子种类 纳米金属、合金或离子化合物、氧化 物 纳米金属，纳米氮化物
(5) 通电加热蒸发法
• 通过碳棒与金属相接触，通电 加热使金属熔化，金属与高温 碳素反应并蒸发形成碳化物纳 米颗粒 • 可制备纳米颗粒包括：SiC, Cr, Ti, V, Zr, Hf, Mo, Nb, Ta和 W 等碳化物
(6) 混合等离子法
• 原理：采用RF等离子与DC等离子组 合的混合方式来获得纳米颗粒； • 优点：(i)超微粒的纯度较高；(ii)物质 可以充分加热和反应；(iii)可使用惰性 气体，除金属微粒外，可制备化合物 超微粒，产品多样化。
3.1Fra Baidu bibliotek纳米颗粒的种类
• 定义：纳米尺度的固体粒子 • 种类：
种类 具体例子
金属或合金纳米粒子
碳化物或氮化物纳米粒子 氧化物和复合金属氧化物 纳米粒子 无机盐纳米粒子 有机纳米粒子
Au、Ag、Cu、Ni、Co、Pt、Fe等；Ag-Cu、 Au-Cu等
SiC、Si3N4或Cr、Ti、V、Zr、Hf、Mo、 Nb、Ta、W等金属碳化物或氮化物 SiO2、TiO2、ZnO、Fe2O3、Al2O3等； BaTiO3、BaSnO3、MnFe2O4、Pb(Ti1xZrx)O3等 CdS、CdSe、CdTe、AgCl、CaCO3、 BaSO4等、 聚苯胺、有机染料纳米粒子等
（3） 溅射法
（4） 流动液面上真空蒸度法 （5） 通电加热蒸发法 （6） 混合等离子法 （7） 激光诱导化学气相沉积
纳米金属
纳米金属 纳米碳化物 纳米金属 纳米Si等
（8） 爆炸丝法
（9） 化学气相凝聚法
纳米金属、纳米金属氧化物
纳米陶瓷粉体
(1) 低压气体蒸发法
(2)活性氢-熔融金属反应法
原理：含有氢气的等离子体与金属间 产生电弧，使金属熔融， 电离的N2、Ar等气体和H2溶入熔融金属，然后释放出来，在 气体中形成了金属的超微粒子，用离心收集器、过滤式收集 器使微粒与气体分离而获得纳米微粒。 优点：纳米微粒的生成量随等离子气体中的氢气浓度增加 而上升。 制备纳米粒子种类：Fe、TiN、AlN
(8) 爆炸丝法
• 用途：制备金属纳米 微粒，制备金属氧化 物纳米粉体时需在惰 性气体中通入氧气
(9) 化学气相凝聚法
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• 原理：利用高纯惰性气 体作为载气，携带金属 有机前驱物（例六甲基 二硅烷）进入钼丝炉， 炉温为1100~1400℃，气 氛压力保持在100～ 100Pa的低压状态，原料 热解成团簇，进而凝聚 成纳米粒子，最好附着 在内部充满液氮的转动 衬底上，经刮刀刮下进 入纳米粉收集器
① 共沉淀法：含多种阳离子溶液加入沉淀剂，所有离子完全 沉淀的方法 (i) 单相共沉淀：沉淀物为单一化合物或单相固溶体
例：BaCl2+TiCl4 草酸 BaTiO(C2O4)2.4H2O 450-750℃ BaTiO3
缺点：适用范围很窄，但对草酸盐沉淀适用 (ii)混合物共沉淀
Y2O3＋盐酸 YCl3 ZrOCl2.8H2O ZrO2(Y2O3)纳米颗粒
+NH4OH
Y(OH)3 Zr(OH)4
洗涤、脱水、煅烧
(1)沉淀法
② 均相沉淀法
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控制溶液中沉淀剂的浓度，使之缓慢地增加，则使溶液中 的沉淀处于平衡状态，且沉淀能在整个溶液中均匀地出现， 称均相沉淀。通常沉淀剂由化学反应慢慢生成。
③ 金属醇盐水解法 利用一些金属有机醇盐能溶于有机溶剂并可能发生水解， 生成氢氧化物或氧化物沉淀的特性，制备纳米颗粒。 优点：(i)采用有机试剂作金属醇盐的溶剂，由于有机试剂 纯度高，因此氧化物纳米粉体纯度高；(ii)可制备化学计量 的复合金属氧化物粉末。
• 用于制备纳米陶瓷粉体
(9)燃烧火焰-化学气相凝聚法
钼丝炉改换成平面火焰燃烧器
3.2 纳米颗粒的制备方法
★ 液相法
方法 制备的主要纳米粒子种类
（1） 沉淀法 （2）喷雾法 （3）水热法
（4）冻结干燥法 （5）溶胶－凝胶法 （6）辐射化学合成法 (7) 无水合成法
纳米氧化物、纳米复合金属氧化物 纳米氧化物、金属盐 纳米氧化物、纳米金属（水热还原)
(4) 流动液面真空蒸度法
• 原理：在高真空中蒸发的金属 原子在流动的油面内形成超微 粒子
• 优点：(i)可制备Ag、Au、Pd、 Cu、Fe、Ni、Co、Al、Zn等 纳米微粒，平均粒径3nm，用 惰性气体蒸发法难获得这样小 的微粒；(ii) 粒径均匀，分布窄； (iii)纳米颗粒分散地分布在油中； (iv) 粒径尺寸可控。
(7) 激光诱导化学气相沉积(LICVD)
• 原理：利用反应气体分子 (或光敏剂分子)对特定波长 激光束的吸收，引起反应气 体分子激光光解(紫外光解 或红外多光子光解)、激光 热解、激光光敏化和激光诱 导化学合成反应，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 和流速、反应温度等)，获 得纳米颗粒空间成核和生长 • 优点：清洁表面、粒子大小 可精确控制、无粘结、粒度 分布均匀。
(3)溅射法
• 原理：由于两极间的辉光放电使 Ar离子形成，在电场作用下， Ar离子冲击阴极靶材表面，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。
• 优点：(i)可制备多种纳米金属， 包括高熔点和低熔点金属；(ii) 能制备多组元的化合物纳米颗粒， 如Al52Ti48、Cu19Mn9等；(iii)通 过加大被溅射的阴极表面可提高 纳米微粒的获得量。
纳米氧化物 纳米氧化物 纳米金属 纳米氧化物
★ 固相法
方法
化学合成法 粉碎法
制备的主要纳米粒子种类
纳米Fe2O3 金属或合金纳米粉体
(1) 沉淀法
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• 原理：包含一种或多种离子的可溶性盐溶液，当加入沉淀 剂(如OH-、C2O42-、CO32-等)后，或于一定温度下使溶液 发生水解，形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或盐类从 溶液中析出，并将溶剂和溶液中原有的阴离子洗去，经热 分解或脱水即得到所需的氧化物粉料