纳米材料的气相制备方法
纳米材料的气相制备方法共29页文档
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6．混合等离子法
此制备方法是采用 RF( 射
频 ) 等 离 子 与 DC 直 流 等 离
子组合的混合方式来获得
纳米粒子, 如图
由图中心石英管外的感
应线圈产生高频磁场(几
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7．爆炸丝法 这种方法适用于制备纳米金属和合 金粉体。基木原理是先将金属丝固 定在一个充满惰性气体(50bar)的反 应室中，丝的两端卡头为两个电极， 它们与一个大电容相联结形成回路， 加 15kV 的 高 压 、 金 属 丝 在 500 一 800kA下进行加热．融断后在电流 停止的一瞬间，卡头上的高 压在融断处放电，使熔融的金属在放电过程中进一步加热变成 蒸汽，在惰性气体中碰撞形成纳米粒子沉降在容器的底部，金 属丝可以通过一个供丝系统自动进入两卡头之间．从而使上述 过程重复进行。如图所示。
目前纳米材料制备常采用的方法:
(按物态分类)
气相法 液相法
蒸发-冷凝法
化学气相反应法 沉淀法 喷雾法 溶胶-凝胶法
固相法
机械粉碎(高能球磨)法 固态反应法
非晶晶化法
各种方法有各自的特点和适用范围
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一、蒸发-冷凝法 此 种 制 备 方 法 是 在 低 压 的 Ar 、 He 等 惰 性 气 体 中 加 热 金 属 ， 使其蒸发汽化, 然后在气体介 质中冷凝后形成5-100 nm的纳 米微粒。通过在纯净的惰性 气体中的蒸发和冷凝过程获 得较干净的纳米粉体。 右图为该方法的典型装置。
面上沉积下来。
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粒子的大小及尺寸分布主要取决于两电极间的电压、电流和 气体压力。靶材的表面积愈大，原子的蒸发速度愈 高．超微 粒的获得量愈多。
气相沉积法制备纳米材料
气相沉积法制备纳米材料气相沉积法主要包括化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，CVD）和物理气相沉积法（Physical Vapor Deposition，PVD）两种类型。
其中，CVD主要利用化学反应来产生纳米材料，而PVD主要利用物理方式，如蒸发和溅射等，将材料直接沉积在基底上。
气相沉积法具有以下特点：1.高纯度制备。
气相沉积法在高真空条件下进行，可以避免杂质的污染，从而得到高纯度的纳米材料。
2.可控性好。
通过控制反应温度、气体流量、反应时间等参数，可以精确控制纳米材料的成分、尺寸、形貌等，实现所需功能。
3.薄膜均匀性好。
气相沉积法通过在基底上均匀沉积材料，可以得到均一的纳米材料薄膜，其性能也相对一致。
4.生长速度快。
气相沉积法可以在较短的时间内生长大量纳米材料，提高制备效率。
气相沉积法在制备纳米材料方面有广泛的应用。
例如，在纳米纤维制备中，可以利用电纺丝技术制备纳米纤维薄膜。
电纺丝技术中，通过电场作用将高分子溶液快速拉伸成纳米级细纤维，然后经过气相沉积法，将纳米颗粒或纳米结构材料沉积到纳米纤维上，从而得到具有特殊功能的纳米复合材料。
此外，气相沉积法还可以制备纳米粉体。
利用热化学反应，在气相中将金属盐溶液或金属有机化合物热解分解，生成纳米金属颗粒。
这些纳米金属颗粒可以用于催化剂、传感器、磁性材料等领域。
总的来说，气相沉积法是一种重要的纳米材料制备方法，具有制备纳米材料纯度高、生长速度快、可控性好等优点。
随着科技的发展，气相沉积法在纳米材料领域的应用将会更加广泛。
纳米粉体的制备(气相方法)
§3.1.1 气体冷凝法
• 根据加热源进行分类： 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。 • • • • • • • 1）电阻加热； 2）高频感应加热； 3）阴极溅射加热； 4）激光加热； 5）微波加热； 6）等离子体加热 ……
气体冷凝法根据加热源分类
• (1) 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。如图
• 采用等离子体加热蒸发法可以制备出金属、合 金或金属化合物纳米粒子的优点： • 等离子体温度高，几乎可以制取任何金属的微 粒。 • 金属或合金可以直接蒸发、急冷而形成原物质 的纳米粒子，为纯粹的物理过程；而金属化合 物，如氧化物、碳化物、氮化物的制备，一般 需经过金属蒸发化学反应急冷，最后形成 金属化合物纳米粒子。 • 缺点：等离子体喷射的射流容易将金属熔融物 质本身吹飞，这是工业中应解决的技术难点。
气体冷凝法根据加热源分类
(3) 溅射法
• 溅射法制备纳米微粒的原理：如图 • 用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸 发用的材料，在两电极间充入Ar气(40~250 Pa)， 两电极间施加的电压范围为0.3~1.5 kV。 • 由于两电极间的辉光放电使Ar离子形成，在电 场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面(加热靶 材)，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。
• ② 影响因素： • SiC超微粒的获得量随电流的增大而增多。 例如，在400 Pa的Ar气中，当电流为400 A， SiC超微粒的收率为约0.58 g/min。 • 惰性气体种类不同超微粒的大小也不同。 He气中形成的SiC为小球形，Ar气中为大颗粒。 • 用此种方法还可以制备Cr，Ti，V，Zr等结晶 性碳化物纳米微粒，而Mo，Nb，Ta和W等高 熔点金属只能得到非晶态纳米微粒。
化学气相沉积法制备碳纳米材料
文章标题：探究化学气相沉积法制备碳纳米材料在当今科技发展的浪潮中，碳纳米材料作为一种新型材料，具有许多引人注目的特性和潜在应用。
其中，化学气相沉积法是制备碳纳米材料的重要方法之一。
本文将深入探讨化学气相沉积法在制备碳纳米材料方面的应用，以便读者更全面地了解这一领域的发展。
一、化学气相沉积法简介化学气相沉积法是一种利用气体前体物质在高温和高压条件下进行化学反应，从而在固体表面沉积出薄膜或纳米结构的方法。
这种方法具有高纯度、可控性强、沉积速率快等优点，因此在碳纳米材料的制备中得到了广泛应用。
二、碳纳米材料的制备在化学气相沉积法中，通常采用碳源气体（如甲烷、乙烯等）作为碳原料，通过化学反应在合适的衬底上沉积出碳纳米材料。
还可以控制气体流量、沉积温度、压力等参数，以调控碳纳米材料的结构和性质。
三、碳纳米材料的结构特性利用化学气相沉积法制备的碳纳米材料，其结构和形貌可以通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜等手段进行表征。
观察到的碳纳米材料通常具有纳米管、纳米片、纳米粒等不同形态，且在结构上具有较高的结晶度和纯度。
四、碳纳米材料的应用前景由于化学气相沉积法制备的碳纳米材料具有优良的电学、光学和力学性能，因此在储能材料、传感器、催化剂等领域具有广泛的应用前景。
碳纳米管可以作为高性能电极材料应用于锂离子电池中，纳米片可以作为柔性传感器应用于医疗领域。
五、个人观点和总结通过对化学气相沉积法制备碳纳米材料的详细探讨，我对这一领域有了更深入的了解。
我认为，化学气相沉积法在制备碳纳米材料方面具有重要意义，不仅可以实现碳纳米材料的精准控制，还可以拓展其在多个领域的应用。
随着科技的不断进步，化学气相沉积法必将为碳纳米材料的发展带来更多新的突破。
在本文中，我通过从简到繁的方式，分别对化学气相沉积法的原理、碳纳米材料的制备、结构特性和应用前景进行了全面评估。
通过对这些内容的深度探讨，相信读者已经对化学气相沉积法制备碳纳米材料有了更全面、深刻和灵活的理解。
化学气相沉积法制备其他一维纳米材料
化学气相沉积法制备其他一维纳米材料化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）是一种常用的制备纳米材料的方法。
它是一种在高温环境下，通过在气相中化学反应形成纳米材料的过程。
该方法具有材料成分可控、沉积速度快、制备尺寸可调控等优点，在制备一维纳米材料方面也得到了广泛应用。
一维纳米材料是指其在一个方向上尺寸远小于其他两个方向的材料。
常见的一维纳米材料包括纳米线、纳米棒和纳米管等。
下面将介绍几种常见的一维纳米材料的制备方法及其在化学气相沉积中的应用。
一、碳纳米管（Carbon Nanotube，CNT）碳纳米管是由碳原子通过碳-碳键连接形成的一维纳米材料。
碳纳米管具有优异的电子传输性能和力学性能，因此在纳米电子器件、传感器、储氢材料等领域具有广泛应用。
碳纳米管的制备可以通过化学气相沉积方法实现。
主要步骤包括：将催化剂（如金属颗粒）沉积在基底上，然后将含有碳源（如甲烷气体）的气体通过加热分解的方式使其在催化剂表面发生化学反应，最终在催化剂表面成长碳纳米管。
二、二氧化硅纳米线（Silicon Dioxide Nanowire，SiO2 Nanowire）二氧化硅纳米线是由二氧化硅材料形成的一维纳米材料。
SiO2纳米线具有优异的光学、电学和力学性能，并且可以制备出具有不同形态和尺寸的纳米线。
制备SiO2纳米线的方法中，化学气相沉积是一种常用的方法。
通常采用的方法是，在高温气氛中，使硅烷类气体（如SiH4）在金属催化剂的作用下分解并发生氧化反应，从而在催化剂表面沉积出纳米尺寸的SiO2纳米线。
三、金属氧化物纳米棒（Metal Oxide Nanorod）金属氧化物纳米棒是由金属氧化物材料形成的一维纳米材料。
金属氧化物纳米棒具有优异的光学、电学和催化性能，可用于光电器件、催化剂和传感器等领域。
以上介绍的碳纳米管、二氧化硅纳米线和金属氧化物纳米棒只是化学气相沉积法制备一维纳米材料的几个例子，实际上化学气相沉积方法还可以制备其他一维纳米材料。
纳米材料的制备方法
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1.1.4 溅射法
• 利用两块金属板分别作阳极和阴极,阴极为蒸发用的材料,在两极内充入氩气 (40～ 250 Pa),两极内施加的电压为0.3～ 1.5 kV。由于两电极间的辉光放电使 氩离子形成,在电场的作用下氩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。粒子的大小及尺寸分布主要取
• 溶胶-凝胶法是目前应用很多、也比较完善的方法之,近年来再
次引起人们的重视。溶胶-凝胶技术是制备纳米材料的 特殊工艺,可用于制备微粉、薄膜、纤维、体材及复合材 料[8]。在制备过程中无需机械混合,不易掺入杂质,产品 纯度高。由于在溶胶-凝胶过程中,溶胶由溶液制得,化合
第一章 一维无机纳米材料的制备方法
【文献综述】一维无机纳米材料的制备方法一．气相法制备①汽-液-固（VLS）机理生长方法一（VLS生长法）：1．以液态金属团簇催化剂作为反应物。
2. 将要制备的一维纳米材料的材料源加热形成蒸汽。
3. 蒸汽扩散到液态金属团簇催化剂表面，形成过饱和团簇后在催化剂表面饱和析出，从而形成一维纳米结构备注：液态金属催化剂液滴的尺寸决定了制备出的纳米线的直径。
方法二（激光烧蚀法+VLS生长法）：1.用含有少量Fe、Au、Ni等金属催化剂的硅粉作为烧蚀靶2.以氩气作为保护气3.在陶瓷管中以一定温度下激光蒸发就可获得纳米线备注：激光烧蚀法制备出的纳米线直径小于VLS生长法催化剂的选定：根据相图选定一种能与纳米线材料形成液态合金的金属催化剂温度的选定：根据相图选定液态合金和固态纳米线材料共存区及制备温度在纳米线生长头部有一个催化剂纳米颗粒应用：VLS生长机理可以应用于制备一维无机纳米材料，例如元素半导体，半导体，氧化物等。
但不能制备一维金属纳米材料。
同时还应继续探索去除金属催化剂的后处理工序。
②氧化物辅助生长方法：1.用SiO2取代金属催化剂制成硅靶，2.采用激光烧蚀法，热蒸发，化学气相沉积法大规模制备硅纳米线备注：1.氧化物在硅纳米线的成核及生长过程中起主导作用2.不需要金属催化剂，避免了金属污染，保证了硅纳米线的纯度。
应用：除了硅以外，还可以制备Ge、C、SiC等Ⅳ族元素及化合物半导体，GaN等Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体及ZnO和ZnS等Ⅱ-Ⅵ族材料，并可制备包括线、棒、共轴线、链和丝带状在内的一维纳米结构。
③气-固（VS）生长方法：1.将一种或几种反应物在反应容器的高温区加热形成蒸汽2.利用惰性气体的流动输送到低温区或者通过快速降温使蒸汽沉积下，从而制备出各种纳米材料备注：1.可分为固体粉末物理蒸发法和化学气相沉积法。
前者属于物理过程，后者在形成蒸汽后发生了化学反应。
且此方法不需加入金属催化剂。
2.纳米线外部包围氧化物层3.所需制备温度较高4.制备得到的纳米材料质量较高应用：氧化铝纳米带、氧化锌、氧化锡、氧化铟纳米带，氧化铝、氧化镁及氧化锌纳米棒，氮化镓和硫化镉钠米线。
纳米材料制备的化学方法和实验步骤
纳米材料制备的化学方法和实验步骤纳米材料是指具有纳米级尺寸的物质，在纳米尺度下展现出特殊的物理和化学性质。
纳米材料的制备是纳米科技的基础，也是当前许多领域的研究热点。
本文将介绍一些主要的纳米材料制备方法和实验步骤。
一、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的制备纳米材料的化学方法。
其基本步骤包括：①溶胶制备，即将原料溶解到溶剂中并形成均匀分散的溶胶；②凝胶的形成，通常通过溶胶的凝固、沉淀或乳化方法使溶胶成为凝胶；③凝胶的成型，即将凝胶进行干燥、烧结等处理，得到所需的纳米材料。
二、气相沉积法气相沉积法是一种通过气体反应生成纳米材料的方法。
一般步骤如下：①原料气体的制备，将适量的原料气体通入反应器中，维持合适的温度和压力；②原料气体的分解，通过加热或等离子体的作用，使原料气体发生气相反应，生成纳米材料；③纳米材料的沉积，将反应产生的纳米材料沉积在基底上，形成所需的薄膜或纤维等。
三、电化学合成法电化学合成法是利用电化学原理制备纳米材料的方法。
其过程包括：①选择适当的电极材料，常见的有金、银、铜等；②配置电解液，即溶解适量的电解质和溶剂，使其形成导电溶液；③设定适当的电位和电流密度，通过电极间的电化学反应，在电极上合成纳米材料；④收集和处理纳米材料，通常通过离心、过滤等方法将纳米材料分离出来并进行后续处理。
四、物理气相法物理气相法是通过对气体进行加热、蒸发和凝聚等处理，使原料气体在高温下发生反应生成纳米材料的方法。
主要步骤包括：①对原料气体进行加热、蒸发和凝聚等处理，使其转化为纳米级固体颗粒；②控制反应的温度、压力和反应时间等参数，以控制纳米材料的尺寸和形貌；③收集和处理纳米材料，通常通过过滤、洗涤等方法将纳米材料从气体中分离出来。
五、溶剂热法溶剂热法是一种利用溶剂在高温下发生反应生成纳米材料的方法。
其过程包括：①选择适当的溶剂和反应物；②将溶剂和反应物混合并加热至高温，使其发生混溶和反应；③通过控制反应的温度和时间等参数，调节纳米材料的尺寸和形貌；④将反应产物进行离心、洗涤等处理，得到所需的纳米材料。
纳米材料的气相制备方法
二 、 化学气相反应法
化学气相反应法是利用挥发性的金属化合物的 蒸气通过化学反应生成所需要的化合物，在保护气 体环境下迅速冷凝，从而制备各类物质的纳米微粒。 可分为单一化合物热分解（气相分解法）和两种以 上化合物之间的化学反应（气相合成法）。
该法采用的原料通常是容易制备、蒸气压高、 反应性也比较好的金属氯化物、氧氯化物、金属醇 盐、烃化物和羰基化合物等。
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特点:加热方式简单,工作温度受坩埚材料的限制,还可能与 坩埚反应。所以一般用来制备Al、Cu、Au等低熔点金属 的纳米粒子。
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2. 高频感应法 以高频感应线圈为热源,使坩埚内 的导电物质在涡流作用下加热， 在低压惰性气体中蒸发,蒸发后的 原子与惰性气体原子碰撞冷却凝 聚成纳米颗粒。 特点：采用坩埚，一般也只是制 备象低熔点金属的低熔点物质。
SiH4(g) 800-1000℃Si(s) 2 H 2(g) PH3(g) P(s) 3 H 2(g) 2 B2H6(g) 2B(s) 3H 2(g)
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b) 有机金属化合物
Si(OC2H5)4 740℃Si O2 4C2H4 2H2O 2Al(OC3H7)3 420℃ Al2O3 6C3H6 3H2O
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3. 溅射法 此方法的原理如图, 用两块 金属板分别作为阳极相阴 极，阴极为蒸发用的材料， 在两电极间充入Ar气(40～ 250Pa)，两电极间施加的电 压范围为0.3～1.5kv。由于 两 极 间 的 辉 光 放 电 使 Ar 离 子形成，在电场的作用下 Ar 离 子 冲 击 阴 极 靶 材 表 面 ， 使靶材从其表面蒸发出来 形成超微粒子．并在附着
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2．化学蒸发凝聚法(CVC)
这种方法主要是通过有机高分子热 解获得纳米陶瓷粉体。
化学气相沉积法制备单壁碳纳米管
化学气相沉积法制备单壁碳纳米管
化学气相沉积法（CVD）是制备单壁碳纳米管的一种常用方法。
该方法通过将碳源气体（例如甲烷、乙烯等）和载体气体（例如氢气）引入反应炉中，在一定的温度和压力条件下催化生成碳纳米管。
具体的制备步骤如下：
1. 准备反应器：首先需要准备一台带有石英管道的炉子，并对石英管道进行表面处理以去除任何杂质。
2. 处理衬底：将所选衬底（常用的有石英、硅片等）放入炉子中，在高温下煅烧衬底，以去除表面的有机和无机杂质。
3. 导入前驱体气体：将所选的碳源气体和载体气体通过气体管道导入炉子中，在适当的比例下控制气体的流量。
4. 上升温：炉子开始升温，将温度逐渐升高至制备碳纳米管的反应温度（通常在600~1000℃之间，具体温度取决于碳源气体和载体气体的选择）。
5. 反应形成碳纳米管：在反应温度下，碳源气体会在催化剂的作用下分解并在衬底上生长出碳纳米管。
常用的催化剂有金属纳米颗粒（如铁、镍、钯等）。
6. 此后，将系统冷却至室温时，停止碳源气体和载体气体的流动。
将衬底取出并洗净，即可得到单壁碳纳米管样品。
需要注意的是，CVD方法制备的单壁碳纳米管通常会存在一定的多壁碳纳米管和其他杂质。
因此，在实际应用中，通常还需要后续的分离和纯化步骤，以获取单壁碳纳米管纯净样品。
纳米微粒制备-气相法
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纳米微粒表征技术
粒径分布及形貌观察
粒径分布
通过动态光散射（DLS）或静态光散射（SLS）技术，测量纳米微粒的粒径分布，了 解其尺寸范围和分布情况。
形貌观察
利用扫描电子显微镜（SEM）或透射电子显微镜（TEM）等显微技术，直接观察纳 米微粒的形貌、结构和聚集状态。
成分分析与结构鉴定
成分分析
采用能谱分析（EDS）、X射线光电子 能谱（XPS）或俄歇电子能谱（AES） 等方法，确定纳米微粒的化学成分。
操作流程与注意事项
注意事项 1. 严格遵守实验室安全规定，穿戴好防护用品。
2. 在实验前对设备进行充分检查和调试，确保其正常运行。
操作流程与注意事项
3. 控制好反应温度和气氛，避 免发生危险。
4. 在收集纳米微粒时，注意 防止其飞扬和污染。
5. 对实验过程中产生的废弃物 进行妥善处理，保护环境。
成本。
储能材料
纳米材料在储能领域具有潜在应 用，如锂离子电池、超级电容器
等。
污水处理
纳米材料可用于污水处理，如重 金属离子吸附、有机污染物降解
等。
前景展望与挑战
前景展望
随着纳米科技的不断发展，气相法制备 纳米微粒将在更多领域得到应用，如新 材料、新能源、生物医药等。同时，随 着制备技术的不断改进和完善，纳米微 粒的性能将得到进一步提升。
结构鉴定
利用X射线衍射（XRD）、选区电子 衍射（SAED）等技术，分析纳米微 粒的晶体结构和相组成。
表面性质与界面效应研究
表面性质
通过原子力显微镜（AFM）、接触角测量等手段，研究纳米微粒的表面形貌、粗糙度、润湿性等性质。
界面效应
采用界面张力测量、吸附动力学等方法，探讨纳米微粒与液体或固体界面的相互作用及界面效应。这 些研究有助于理解纳米微粒在复杂环境中的行为和应用性能。
纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法纳米材料是指在至少一个尺寸方向上小于100纳米的材料。
纳米材料具有独特的物理、化学和生物学性质，因此在材料科学、能源、电子、医学等领域具有广泛的应用前景。
纳米材料的制备方法繁多，以下列举几种常见的方法。
1. 气相法：气相法是指通过热蒸发、蒸发凝聚、气相沉积等方法，在气氛中制备纳米材料。
例如，利用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)技术可以制备金属纳米颗粒或纳米薄膜。
这种方法适用于制备金属、氧化物等纳米材料。
2. 溶剂法：溶剂法是指利用液相溶剂，在溶液中制备纳米材料。
常见的方法包括溶胶-凝胶法、共沉淀法、热分解法等。
例如，通过调控溶剂中溶质浓度、温度等参数，可以制备具有不同尺寸和形状的纳米颗粒。
3. 机械法：机械法是指通过机械力对材料进行机械加工，从而制备纳米材料。
常见的方法包括球磨法、高能球磨法等。
例如，在球磨罐中加入适量的材料和球磨介质，通过强烈的冲击、剪切和摩擦作用，将材料逐渐研磨成纳米颗粒。
4. 生物法：生物法是指利用生物体、细胞或其代谢产物合成纳米材料。
例如，通过微生物酶或细菌对金属离子的还原作用，可以制备金属纳米颗粒；利用植物或动物细胞对金属离子的生物还原作用，也可以制备具有一定形貌和大小的纳米颗粒。
5.杂化法：杂化法是指将不同的制备方法组合使用，通过不同步骤的组合实现纳米材料的制备。
例如，将溶胶-凝胶法和热分解法相结合，可以在溶胶中加入金属盐，然后通过热处理得到具有纳米尺寸的金属氧化物。
总的来说，纳米材料的制备方法丰富多样，选择适合的方法取决于其应用领域、所需尺寸和性质等要求。
随着纳米材料制备技术的不断发展和突破，相信纳米材料在各个领域的应用将会进一步得到拓展和广泛应用。
纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法纳米材料的制备方法主要包括：物理法和化学法两大类。
（１）物理法：放电爆炸法、机械合金化法、严重塑性变形法、惰性气体蒸发法、等离子蒸发法、电子束法、激光束法等。
（２）化学法：气相燃烧合成法、气相还原法、等离子化学气相沉积法、溶胶一凝胶法、共沉淀法、碳化法、微乳液法、络合物分解法等。
纳米微粒和纳米材料具有广阔的应用前景，它的应用领域包括化工、机械、生物工程、电子、航天、陶瓷等方面。
（１）纳米微粒用作催化剂。
聚合型马来酰亚胺树脂材料在军工、民用行业得到广泛应用，它性能优良，被认为是最有发展前途的树脂基体。
纳米ＴｉＯ２可作为Ｎ—苯基马来酰亚胺聚合反应的催化剂。
（２）纳米微粒可提高陶瓷塑性。
纳米ＴｉＯ２与其它金属氧化物纳米晶一起可组成具有优良力学性能的各种新型复合陶瓷材料，在开发超塑性陶瓷材料方面具有诱人的前景。
（３）纳米微粒用作润滑油添加剂，可大大减轻摩擦件之间的磨损。
把平均粒径小于１０ｎｍ的金刚石微粒（ＮＭＤ）均匀加入Ｃｕ１０Ｓｎ合金基体中，干滑动摩擦试验结果表明：在载荷７８Ｎ、滑动速率低于１.６ｍ／ｓ时，Ｃｕ１０Ｓｎ２ＮＭＤ复合材料的摩擦因数稳定在０.１９左右，远低于基体Ｃｕ１０Ｓｎ合金（μ＝０.３１～０.３８）。
而且Ｃｕ１０Ｓｎ合金在摩擦过程中产生较大的噪音，摩擦过程不平稳，而Ｃｕ１０Ｓｎ２ＮＭＤ复合材料摩擦过程非常平稳，噪音很低，并且在摩擦副的表面形成了部分连续的固体润滑膜。
（４）纳米颗粒用于生物传感器。
葡萄糖生物传感器在临床医学、食品工业等方面都有重要的用途。
将金、银、铜等纳米颗粒引入葡萄糖氧化酶膜层中，由此制得的生物传感器体积小，电极响应快、灵敏度高。
（５）纳米复合材料。
采用溶胶—凝胶法可制备出聚酰亚胺／二氧化硅纳米复合材料。
（６）纳米微晶应用于磁性材料中，可制备出高效电子元件和高密度信息贮存器。
纳米材料人们将晶体区域或其它特征长度在纳米量级范围（小于100nm）的材料广义定义为"纳米材料"或"纳米结构材料"（nanostructured materials）。
气相法制备纳米材料
基本原理是先将金属丝固定在一个充满惰性气体510pa的卡头为两个电极它们与一个大电容相连接形成回路加15kv的高电压金属丝在500800ka电流下进行加热熔断后在电流中断的瞬间卡头上的高压在熔断处放电使熔融的金属在放电过程中进一步加热变成蒸气在惰性气体碰撞下形成纳米金属或合金粒子沉降在容器的底部金属丝可以通过一个供丝系统自动进入两卡头之间从而使上述过程重复进行
该法是在惰性气体或活性气体气氛中， 在阳极 板和阴极蒸发材料间加上几百伏的直流电压， 使之 产生辉光放电， 放电中产生的离子撞击在阴极蒸发 材料靶上， 靶材的原子就会由靶材表面溅射出来， 溅 射原子被惰性气体冷却而凝结或与活性气体反应而 形成纳米微粒。原理如图 １ 所示， 用两块金属板分别 作为阳极和阴极， 阴极为蒸发用材料， 在两极间充入 氩气（ ４０～２５０ Ｐａ） ， 两极间施加的电压范围为 ０．３～ １．５ ｋＶ。
对分子质量， 所以粒子直径 ｄ 为：
ｄ＝２ｒ ＝（ ６ｃ０Ｍ／!Ｎ!）
（３）
这表明粒子大小可通过原料源浓度加以控制。
随着反应进行， 气相过饱和度急剧降低， 核成长速率
就会大于均匀成核速率。晶核和晶粒的析出反应必
将优先于均相成核反应， 因此， 从均相成核开始， 由
于过饱和度变化， 超微粉反应就受自身控制， 致使气
综述
气相法制备纳米材料
李 敏， 李 盼， 王维刚
（大庆石油学院 机械科学与工程学院， 黑龙江 大庆 １６３３１８）
摘 要： 阐述了粒子成核、粒径控制和粒子凝聚等气相合成反应的基
纳米技术材料的制备方法详解
纳米技术材料的制备方法详解纳米技术是一门基于控制和利用尺寸范围在纳米尺度级别的物质特性的科学和工程学科。
纳米技术材料的制备是纳米技术研究的重要组成部分。
随着纳米科技的快速发展，许多制备方法被开发出来，以满足各种应用需求。
本文将详细介绍几种常用的纳米技术材料制备方法。
1. 气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，CVD）气相沉积法是一种将气体或液体前驱体通过化学反应生成所需材料的方法。
它通常通过在高温条件下将材料的前驱体用作原料气体，然后在基底表面发生相应的化学反应沉积出材料。
CVD方法广泛应用于制备纳米薄膜和纳米颗粒。
该方法的主要优势是可以在大面积基底上制备高质量的纳米材料。
2. 溶胶-凝胶法（Sol-Gel）溶胶-凝胶法是一种通过液相前驱体溶胶的凝胶过程制备纳米材料的方法。
这种方法涉及将溶胶形成的胶体沉淀在凝胶剂中形成材料。
溶胶-凝胶法可以制备各种纳米结构，包括纳米颗粒、纳米纤维和薄膜。
该方法的优点包括制备过程简单、允许对材料的物理和化学性质进行调控。
3. 电化学沉积法（Electrochemical Deposition）电化学沉积法是一种通过电流驱动将金属或化合物沉积在电极表面制备纳米材料的方法。
该方法可用于制备纳米颗粒、纳米线和纳米薄膜。
电化学沉积法具有高度的控制性和可扩展性，在纳米电子器件和生物传感器等领域得到广泛应用。
4. 模板法（Template Synthesis）模板法是一种通过在模板孔隙中沉积材料形成纳米结构的方法。
模板可以是有序排列的孔隙结构，如氧化铝模板或聚合物模板。
通过模板法制备的纳米材料具有高度的结构控制性和一致性。
这种方法可以制备各种形状和结构的纳米材料，如纳米线、纳米管和纳米球等。
5. 水热法（Hydrothermal Synthesis）水热法是一种通过在封闭的高温高压水环境中晶化过程制备纳米材料的方法。
在水热体系下，溶液中的物质可以溶解和重新结晶成纳米结构。
纳米材料的制备方法及原理 (整理)
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9、流动液面上真空蒸度法
流动液面上真空蒸度法的基本原理
• 简称VEROS法。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，产品为含有大量 超微粒的糊状油；
高真空中的蒸发是采用电子束加热，当水 冷却坩埚中的蒸发原料被加热蒸发时，打 开快门、使物质蒸发在旋转的圆盘下表面上， 从圆盘中心流出的油通过圆盘旋转时的离 心力在下表面上形成流动的油膜，蒸发的 原子在油膜中形成了超微粒子。
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第十七页，共27页。
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是采用高能球磨的纳米化。
其机理主要是产生大量缺陷，位错，发展成交错的位错墙， 将大晶粒切割成纳米晶。
球磨工艺的目的是减小微粒尺寸、固态合金化、混合以及改变 微粒的形状。球磨的动能是它的动能和速度的函数，致密的材 料使用陶瓷球，在连续严重塑性形变中，位错密度增加，在一 定的临界密度下松弛为小角度亚晶晶格畸变减小，粉末颗粒的 内部结构连续地细化到纳米尺寸
利用静电加速器或电子直线加速器得到高能电子束，在电子透镜 聚焦作用下使电子束聚焦于待蒸发物质表面。受到电子轰击后，材 料获得能量（通过与电子的碰撞）而被加热和蒸发，然后凝聚为纳 米粒子。
➢ 优点：用电子束作为加热源可 以获得很高的能量密度，特别 适合于用来蒸发W、Ta、Pt等
高熔点金属，制备出相应的金属 、氧化物、碳化物、氮化物等纳 米粒子。 ➢ 缺点：通常在高真空中使用。
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1、气相法制备纳米微粒的生长机理
•加热方式 1) 电阻加热(电阻丝) 使用螺旋纤维或者舟状的 电阻发热体
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1、气相法制备纳米微粒的生长机理
•2) 高频感应加热： 电磁感应现象产生的热来加热。
类似于变压器的热损耗。 高频感应加热是利用金属和磁 性材料在高频交变电磁场中存 在涡流损耗和磁滞损耗，因而 实现对金属和铁磁性性材料工 件内部直接加热。
纳米材料的气相制备方法
2 化学气相反应法
化学气相反应法是利用挥发性的金属化合物的 蒸气通过化学反应生成所需要的化合物，在保护气 体环境下迅速冷凝，从而制备各类物质的纳米微粒。 可分为单一化合物热分解（气相分解法）和两种以 上化合物之间的化学反应（气相合成法）。按加热 的方式又可分为电炉法、化学火焰法、等离子体法、 激光法等。
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自1984年原联邦德国的Saarlands大学Gleite: 等人采用惰性气体凝聚和超高真空条件下原位加 压的技术制备了纳米金属颗粒后，又提出和发展 了机械研磨法，非晶态晶化法，电沉积法等许多 种制备方法。纳米材料的制备及合成方法一直是 纳米材料研究领域的一个很重要的课题。因为制 备工艺和过程的研究与控制对超微粒的微观结构 和宏观性能具有重要的影响，所以纳米超微粒的 制备技术成为关键。以物料状态来分纳米制备技 术可归纳为三类：气相法，液相法和固相法。
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下面简要叙述一下爆炸丝法和等离子法。
爆炸丝法
爆炸丝法是利用金属丝在高压电容器瞬间放电作
用下爆炸形成纳米粉体，即利用高能电脉冲使金属丝蒸 发而产生纳米微粒，该方法既可制备纳米金属微粒，也 可制备纳米合金微粒。纳米微粒的尺寸及分布与输人的 能量及脉冲参数有关。
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爆炸丝法的基本原理是先将金属丝固定在一个 充满惰性气体的反应室中，丝的两端卡头为两个电 极，它们与一个大电容联结形成回路，将两个电极 间加上15kv的高压，金属丝在500~600kA下进行加 热，熔断后在电流停止的一瞬间，卡头上的高压在 熔断处放电，使熔断的金属在放电过程中进一步加 热变成蒸汽，金属蒸汽在惰性气体的碰撞作用下形 成纳米微粒沉积在容器的底部，金属丝可以通过一 个供热系统自动进人两个卡头之间，可以使得上述 重复进行。具体过程可分为：l)金属丝受热，形成液 相；2)丝的蒸发开始；3)在丝的电极间形成电弧， 使得金属蒸汽进一步被加热；4)放电结束后，微粒 由通常的成核过程生长而成。
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6．混合等离子法
此制备方法是采用 RF( 射
频 ) 等 离 子 与 DC 直 流 等 离
子组合的混合方式来获得
纳米粒子, 如图
由图中心石英管外的感
应线圈产生高频磁场(几
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二 、 化学气相反应法
化学气相反应法是利用挥发性的金属化合物的 蒸气通过化学反应生成所需要的化合物，在保护气 体环境下迅速冷凝，从而制备各类物质的纳米微粒。 可分为单一化合物热分解（气相分解法）和两种以 上化合物之间的化学反应（气相合成法）。
纳米材料的气相制备方法
参考资料：纳米材料制备技术
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目前纳米材料制备常采用的方法:
(按物态分类)
气相法 液相法
蒸发-冷凝法
化学气相反应法 沉淀法 喷雾法 溶胶-凝胶法
固相法
机械粉碎(高能球磨)法 固态反应法
非晶晶化法
各种方法有各自的特点和适用范围
一、蒸发-冷凝法 此 种 制 备 方 法 是 在 低 压 的 Ar 、 He 等 惰 性 气 体 中 加 热 金 属 ， 使其蒸发汽化, 然后在气体介 质中冷凝后形成5-100 nm的纳 米微粒。通过在纯净的惰性 气体中的蒸发和冷凝过程获 得较干净的纳米粉体。 右图为该方法的典型装置。
面上沉积下来。
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粒子的大小及尺寸分布主要取决于两电极间的电压、电流和 气体压力。靶材的表面积愈大，原子的蒸发速度愈 高．超微 粒的获得量愈多。
用溅射法制备纳米微粒有以下优点: (1) 可制备多种纳米金属，包括高熔点和低熔点金属。常
规的热蒸发法只能适用于低熔点金属； (2) 能制备多组元的化合物纳米微粒，如A152Ti48、Cu91Mn9
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7．爆炸丝法 这种方法适用于制备纳米金属和合 金粉体。基木原理是先将金属丝固 定在一个充满惰性气体(50bar)的反 应室中，丝的两端卡头为两个电极， 它们与一个大电容相联结形成回路， 加 15kV 的 高 压 、 金 属 丝 在 500 一 800kA下进行加热．融断后在电流 停止的一瞬间，卡头上的高 压在融断处放电，使熔融的金属在放电过程中进一步加热变成 蒸汽，在惰性气体中碰撞形成纳米粒子沉降在容器的底部，金 属丝可以通过一个供丝系统自动进入两卡头之间．从而使上述 过程重复进行。如图所示。
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特点:加热方式简单,工作温度受坩埚材料的限制,还可能与 坩埚反应。所以一般用来制备Al、Cu、Au等低熔点金属 的纳米粒子。
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2. 高频感应法 以高频感应线圈为热源,使坩埚内 的导电物质在涡流作用下加热， 在低压惰性气体中蒸发,蒸发后的 原子与惰性气体原子碰撞冷却凝 聚成纳米颗粒。 特点：采用坩埚，一般也只是制 备象低熔点金属的低熔点物质。
形成了纳米粒子。含有纳米粒子的油被甩进了真空室沿壁的 容器中，然后将这种超微粒含量很低的油在真空下进行蒸 馏．使它成为浓缩的含有纳米粒子的糊状物。
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此方法的优点有以下几点： ① 可制备Ag、Au．Pd、Cu、Fe、Ni、Co等纳米
颗粒，平均粒径约3nm，而用惰性气体蒸发法 很难获得这样小的微粒； ② 粒径均匀． ③ 纳米颗粒分散地分布在油中。 ④ 粒径的尺寸可控，即通过改变蒸发条件来控制 粒径大小，例如蒸发速度、油的粘度、圆盘 转 速等。圆盘转速高．蒸发速度快．油的粘 度 高均使粒子的粒径增大，最大可达8 nm。
MHz) 将 气体 电 离 产生 RF
等离子体．内载气携带的
原料经等离子体加热、反
应生成纳米粒子并附着在
冷却壁上。 DC(直流)等离
子电弧束是用来防止RF等
离子弧面受干扰，出此称
为‘混合等离子”法。
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特点: ①产生RF等离子体时没有采用电极，不会有电极 物质(熔化或蒸发)混入等离子体而导致等离子体中 含有杂质，因此纳米粉末的纯度较高； ②等离子体所处的空间大，气体流速比DC等离子 体慢，致使反应物质在等离子空间停留时间长、 物质可以充分加热和反应： ③可使用非惰性的气体(反应性气体)，因此，可制 备化合物超微粒子，即混合等离法不仅能制备金 属纳米粉末，也可制备化合物纳米粉末，使产品 多样化。
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5 通电加热蒸发法
此法是通过碳棒与金属相接触，通电 加热使金属熔化．金属与高温碳反应并 蒸发形成碳化物超微粒子。
右图为制备SiC超微粒于的装置图。碳 棒与Si板(蒸发材料)相接触，在蒸发室内 充有Ar或He气、压力为1～10kP, 在碳棒 与Si板间通交流电(几百A)．Si板被其下 面的加热器加热，随Si板温度上升, 电阻 下降，电路接通，当碳棒温度达白热程 度时，Si板与碳棒相接触的部位熔化．当 碳棒温度高于2473K时．在它的周围形成
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3. 溅射法 此方法的原理如图, 用两块 金属板分别作为阳极相阴 极，阴极为蒸发用的材料， 在两电极间充入Ar气(40～ 250Pa)，两电极间施加的电 压范围为0.3～1.5kv。由于 两 极 间 的 辉 光 放 电 使 Ar 离 子形成，在电场的作用下 Ar 离 子 冲 击 阴 极 靶 材 表 面 ， 使靶材从其表面蒸发出来 形成超微粒子．并在附着
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1. 电阻加热法: 欲蒸发的物质(例如， 金属、CaF2、 NaCl 、 FeF2 等 离 子 化 合 物 、 过 渡 族 金属氮化物及氧化物等)置于柑蜗 内．通过钨电阻加热器或石墨加热 器等加热装置逐渐加热蒸发，产生 元物质烟雾，由于惰性气体的对流， 烟雾向上移动，并接近充液氮的冷
却棒(冷阱, 77K)。在蒸发过程中，由元物质发出的原子与 惰性气体原子碰撞因迅速损失能量而冷却，这种有效的冷却过 程在元物质蒸汽中造成很高的局域过饱和，这将导致均匀成核 过程。
及ZrO2等； (3) 通过加大被溅射的阴极表面可提高纳米微粒的获得量。
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4．流动液面真空蒸镀法 该制备法的基本原理是： 在高真空中蒸发的金属原 子在流动的油面内形成极 超微粒子，产品为含有大 量超微粒的糊状油, 如图。
高真空中的蒸发是采用 电子束加热, 当水冷铜坩 埚中的蒸发原料被加热蒸 发时，打开快门，使蒸发 物镀在旋转的圆盘表面上