纳米粉体制备
纳米粉体的制备
纳米粉体的制备材料的开发与应用在人类社会进步上起了极为关键的作用。
人类文明史上的石器时代、铜器朝代、铁器时代的划分就是以所用材料命名的。
材料与能源、资讯为当代技术的三大支柱，而且资讯与能源技术的发展也离不一材料技术的支援。
纳米材料指的是颗粒尺寸为1～100nm的粒子组成的新型材料。
由于它的尺寸小、比表面大及量子尺寸效应，使之具有常规粗晶材料不具备的特殊性能，在光吸收、敏感、催化及其它功能特性等方面展现出引人注目的应用前景。
早在1861年，随着胶体化学的建立，科学家就开始对直径为1～100nm的粒子的体系进行研究。
真正有意识地研究纳米粒子可追溯到30年代的日本，当时为了军事需要而开展了“沉烟试验”，但受到实验水平和条件限制，虽用真空蒸发法制成世界上第一批超微铅粉，但光吸收性能很不稳定。
直到本世纪60年代人们才开始对分立的纳米粒子进行研究。
1963年，Uyeda用气体蒸发冷凝法制得金属纳米微粒，对其形貌和晶体结构进行了电镜和电子衍射研究。
1984年，德国的H.Gleiter等人将气体蒸发冷凝获得的纳米铁粒子，在真空下原位压制成纳米固体材料，使纳米材料研究成为材料科学中的热点。
国际上发达国家对这一新的纳米材料研究领域极为重视，日本的纳米材料的研究经历了二个七年计画，已形成二个纳米材料研究制备中心。
德国也在Auburg建立了纳米材料制备中心，发展纳米复合材料和金属氧化物纳米材料。
1992年，美国将纳米材料列入“先进材料与加工总统计画”，将用于此专案的研究经费增加10％，增加资金1.63亿美元。
美国Illinoi大学和纳米技术公司建立了纳米材料制备基地。
我国近年来在纳米材料的制备、表征、性能及理论研究方面取得了国际水平的创新成果，已形成一些具有物色的研究集体和研究基地，在国际纳米材料研究领域占有一席之地。
在纳米制备科学中纳米粉体的制备由于其显著的应用前景发展得较快。
1.化学制备法1.1化学沉淀法沉淀法主要包括共沉淀法、均匀沉淀法、多元醇为介质的沉淀法、沉淀转化化、直接沉淀法等。
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。
纳米粉体材料制备技术PPT课件
磨法
到纯元素、合金或复合材料
的纳米粒子
深 度 塑 原先材料在准静态压力的作 纯度高、粒度可
性 变 形 用下发生严重塑性形变，使 控，设备要求高
法
材料的尺寸细化到纳米量级
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8
4.2 化学方法
❖ 在化学反应中物质之间的原子进行组排，这种过程决
定物质的存在形态。
❖ 特征：
❖ (1)固体之间的最小反应单元取决于固体物质粒子
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1.5 通电加热蒸发法
原理：通过碳棒与金属相接触， 通电加热使金属熔化．金属与高 温碳棒反应并蒸发形成碳化物超 微粒子。
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24
1.6 混合等离子法
直流输入 (-)
(+)
水入口
等离子用气体 原料+载气
分解用气体 高频线圈
反应用气体
特点:
①钠米粉末的纯度较高；
②反应物质停留时间长；
③可使用非惰性的气体(反应性气体)
超细粉体制备与应用技术之
纳米粉体材料制备技术
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1
第一节 纳米材料制备综述
一、对纳米材料的要求
尺寸可控(小于 100 nm) 成分可控 形貌可控 晶型可控 表面物理和化学特性可控
(表面改性和表面包覆)
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二、制造纳米产品的技术路线
❖ Top-down：是指通过微加工或固态技术, 不断在尺
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（二）制备状态
气相法：在气体状态下发生物理变化或化学反应,最后在 冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法。
液相法：溶质和溶剂反应、分离，得到前驱体，加热分解 后得到纳米颗粒的方法。
固相法：是把固相原料通过降低尺寸或重新组合制备纳米 粉体的方法。（尺寸降低过程、构筑过程）
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。
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。
水热法制备batio3纳米粉体原理
水热法制备batio3纳米粉体原理
水热法制备BaTiO3纳米粉体的原理是通过在高温高压的水热条件下，利用水分子和溶剂分子的高度活跃性，使得反应物中的离子在水热反应的过程中重新排列和结合，最终形成目标产物。
具体原理如下：
1. 水热环境：水热反应一般在高温高压下进行，典型的反应条件是温度在100-200摄氏度之间，压力在1-3 MPa左右。
这样的环境使得反应物能够在水分子的催化下更快地进行反应。
2. 溶解反应物：将所需的反应物，如钛酸铅和钡盐溶解在适当的溶剂中，形成反应物溶液。
溶剂通常选择对反应物具有较好的溶解性，如酸、碱或氢氧化钠等。
3. 反应：将制备好的反应物溶液加入到高压釜中，加热至设定的温度并保持一定的时间。
在高温高压的条件下，溶液中的离子发生迁移和重排，形成新的晶体。
4. 沉淀：经过一定时间的反应后，将高压釜冷却至室温，产物会经历一个从溶液中析出的过程。
这是因为溶解度随温度的下降而降低，导致产物退火结晶生成固态的BaTiO3纳米粉体。
通过水热法制备的BaTiO3纳米粉体具有高度纯净性、均匀性好、粒径小等优点，适用于丰富光电、催化及传感等领域的应用。
纳米粉体材料
纳米粉体材料
纳米粉体材料是一种具有纳米级粒径的材料，通常指的是粒径在1-100纳米之
间的颗粒。
这些纳米粉体材料具有独特的物理、化学和表面特性，因此在许多领域都具有重要的应用前景。
本文将介绍纳米粉体材料的特点、制备方法以及主要应用领域。
首先，纳米粉体材料具有较大的比表面积和较高的表面能，这使得其在催化、
吸附、润湿等方面具有优异的性能。
同时，由于其粒径较小，纳米粉体材料还表现出与宏观材料不同的光学、电学、磁学等特性，因此在纳米电子器件、纳米传感器等领域也有广泛的应用前景。
其次，纳米粉体材料的制备方法多种多样，常见的包括溶胶-凝胶法、气相沉
积法、机械合金化法等。
这些方法能够制备出不同成分、形貌和结构的纳米粉体材料，满足了不同领域对材料性能的需求。
同时，随着纳米技术的发展，越来越多的新型制备方法也不断涌现，为纳米粉体材料的制备提供了更多的选择。
最后，纳米粉体材料在催化、能源存储、生物医药、环境治理等领域都有重要
的应用。
例如，在催化领域，纳米粉体材料可以作为催化剂载体，提高催化剂的活性和选择性；在能源存储领域，纳米粉体材料可以用于制备高性能的电池和超级电容器；在生物医药领域，纳米粉体材料可以用于药物传递、生物成像等应用；在环境治理领域，纳米粉体材料可以用于污水处理、废气净化等方面。
综上所述，纳米粉体材料具有独特的特性和广泛的应用前景，其制备方法多样，应用领域广泛。
随着纳米技术的不断发展，相信纳米粉体材料将在更多领域展现出其重要的作用。
纳米粉末的制备方法
纳米粉末的制备方法材料研1203 Z1205020 石南起纳米科技是20世纪80年代末90年代初诞生并迅速发展和渗透到各学科领域的一门崭新的高科技。
由于它在21世纪产业革命中具有战略地位，因而受到世界的普遍关注。
有人说，70年代微电子学产生了世界性的信息革命，那么纳米科技将是21世纪信息革命的核心。
纳米技术的飞速发展极大的推动了材料科学的研究和发展，而纳米材料研究的一个重要阶段是纳米粉体的制备。
1.纳米粉体的制备要使纳米材料具有良好的性能，纳米粉末的制备是关键。
纳米粉末的制备方法主要有物理法、化学法和高能球磨法。
1.1物理法物理法中较重要的是气体中蒸发法，在惰性气体中蒸发金属，急冷生成纳米粉体。
如在容器中导入低压的氩或氦等惰性气体，通过发热体使金属熔化、蒸发，蒸发的金属原子和气体分子碰撞，使金属原子凝聚成纳米颗粒。
通过蒸发温度、气体种类和压力控制颗粒大小，一般制得颗粒的粒径为10nm左右。
比较重要的物理法还有溅射法、金属蒸气合成法及流动油上真空蒸发法等。
1.2化学法化学法制备纳米粉可分气相反应法和液相反应法。
1.2.1气相反应法气相反应法是利用化合物蒸气的化学反应的一种方法，其特点是：（1）原料化合物具有挥发性，提纯比较容易，生成物纯度高，不需要粉碎。
（2）气相物质浓度小，生成的粉末凝聚较小。
（3）控制生成条件，容易制得粒径分布窄，粒径小的微粒。
（4）气氛容易控制，除氧化物外，用液相法直接合成困难的金属、碳化物、氮化物均可合成。
气相合成中除了反应原料均为挥发性物外，也可用电弧、等离子体、激光加热固体使其挥发，再与活性气体反应生成化合物纳米粉体。
1.2.2液相反应法液相反应法作为一种制备超细粉体的方法成为各国材料科学家研究的热点，它具有无需高真空等苛刻物理条件、易放大的特点，并且得到的粉体性能比较优越。
常用的液相反应法有共沉淀法、水解法、溶胶凝胶法、微乳液反应法等。
共沉淀法是利用各种在水中溶解的物质，经反应成不溶解的氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐等，再经加热分解生成高纯度的超微粉料。
ZnO纳米粉体材料的制备
实 验 2 ZnO 纳米粉体材料的制备（一）实验类型：综合性（二）实验类别：设计性实验（三）实验学时数：16（四）实验目的（1）掌握沉淀法制备纳米粉体的工作原理。
（2）了解X-射线粉末衍射仪鉴定物相的原理。
（五）实验原理纳米ZnO 是一种新型高功能精细无机材料, 其粒径介于1～ 100 nm 之间，又称为超微细ZnO 。
由于颗粒尺寸的细微化，使得纳米ZnO 产生了其本体块状材料所不具备的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等，因而使得纳米ZnO 在磁、光、电、敏感等方面具有一些特殊的性能, 主要用来制造气体传感器、荧光体、紫外线遮蔽材料、变阻器、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。
合成纳米ZnO 的方法有多种，沉淀法工艺简单,成本低, 便于实现工业化生产。
合成纳米ZnO 的方法有多种，本实验采用化学沉淀法是在可溶性锌盐溶液中加入沉淀剂后，于一定条件下生成沉淀从溶液中析出，将阴离子洗去，经分离、干燥、热处理后，得到纳米氧化锌。
该方法操作简单，对设备和技术要求不太苛刻，产品纯度高，不易引入杂质，成本低。
X-射线粉末衍射仪是分析材料晶体结构的重要工具。
晶体的Ｘ射线衍射图象实质上是晶体微观结构形象的一种精细复杂的变换。
由于每一种结晶物质，都有其特定的结构参数，包括点阵类型、晶胞大小、单胞中原子(离子或分子)数目及位置等，而晶体物质的这些特定参数，反映在衍射图上机表现出衍射线条的数目、位置及相对强度各不相同。
因此，每种晶态物质与其Ｘ射线衍射图之间有着一一对应的关系。
任何一种晶态物质都有自己独立的Ｘ射线衍射图，不会因为他种物质混聚在一起而产生变化。
这就是Ｘ射线衍射物相定性分析的方法的依据。
根据粉体X-射线衍射图得到的相关数据，利用谢乐公式（如下），可以计算纳米粒子的晶粒尺寸。
0.89cos D λβθ=（λ为X 射线的波长，β为最强峰的半峰宽，θ 为衍射角）（六）实验内容1. 制备以Zn(NO 3)2·6H 2O 与NH 4HCO 3为原料，聚乙二醇（PEG 600）为模板剂，采用直接沉淀法将制得的沉淀，洗涤后经煅烧制备纳米ZnO 。
第八章 溶胶-凝胶法制备纳米粉体
• 5 陈化时间的影响 凝胶在陈化的过程中， 凝胶在陈化的过程中，由于粒子接触时的曲率半径不 导致它们的溶解度产生区别。另外， 同，导致它们的溶解度产生区别。另外，在陈化过程中凝 胶还会发生Ostward熟化，即大小粒子因溶解度的不同而 熟化， 胶还会发生 熟化 造成的平均粒径的增加。陈化时间过短， 造成的平均粒径的增加。陈化时间过短，颗粒尺寸分布不 均匀；时间过长，粒子长大、团聚，不易形成超细结构， 均匀；时间过长，粒子长大、团聚，不易形成超细结构， 因此陈化时间的选择对粉体的微观结构非常重要。 因此陈化时间的选择对粉体的微观结构非常重要。随陈化 时间的增加，在一段时间以内，粒子缓慢生长， 时间的增加，在一段时间以内，粒子缓慢生长，随陈化时 间的延长，粉体的粒径显著增大。 间的延长，粉体的粒径显著增大。 • 6 凝胶干燥条件的影响 凝胶经过干燥才能够得到所需的颗粒粉体。 凝胶经过干燥才能够得到所需的颗粒粉体。与普通粉 体干燥有所不同的是Gel干燥阶段体积收缩会导致组织结 体干燥有所不同的是 干燥阶段体积收缩会导致组织结 构损坏并影响超细颗粒的性能。 构损坏并影响超细颗粒的性能。
粉体名称 SiO2， Al2O3 TiO2， ZrO2 BaTiO3， LiNbO3， SnO2 α-Fe2O3 ZnO SiC 羟基磷灰石(HAP) 羟基磷灰石 YBa2Cu3O7-δ LaCoO3 3A12O3·2SiO2 La0 .8 Sr0 .2 FeO3 ZnS， CdS ， (Pb，La) (Zr，Ti)O3 ， ， 主要用途 光纤、陶瓷、玻璃、 光纤、陶瓷、玻璃、催化剂载体等 陶瓷、光纤、 陶瓷、光纤、催化剂等 电容器、 电容器、铁电材料等 气敏材料 磁粉 导电材料、 导电材料、发光材料 耐火材料， 耐火材料，磨具等 陶瓷粉体， 陶瓷粉体，生物活性材料 高临界温度超导材料 气敏材料， 气敏材料，催化剂 耐火材料， 耐火材料，添加剂 气敏材料 半导体 光敏阀门， 光敏阀门，光电显示器
以硫酸亚铁为原料制备四氧化三铁纳米粉体材料的方法(一)
以硫酸亚铁为原料制备四氧化三铁纳米粉体材料的方法(一)以硫酸亚铁为原料制备四氧化三铁纳米粉体材料的方法简介本文将详细介绍使用硫酸亚铁为原料制备四氧化三铁纳米粉体材料的几种常见方法。
四氧化三铁（Fe3O4）是一种重要的磁性材料，具有广泛的应用前景，如磁性颗粒、磁性液体以及磁性传感器等。
方法一：共沉淀法1.准备一定量的硫酸亚铁溶液和含氢氧化钠的溶液。
2.将两种溶液缓慢加入反应容器中，同时搅拌。
3.调节反应条件，如温度和反应时间，以促进反应的进行。
4.反应结束后，通过离心将沉淀物分离出来。
5.将沉淀物洗涤干净，并进行干燥。
方法二：热分解法1.将硫酸亚铁放入高温炉中，并进行加热处理。
2.根据热分解曲线，通过调整温度和时间，在合适的条件下进行热分解。
3.确保反应容器密封良好，以防止杂质的进入。
4.等待反应结束后，将产物取出，进行洗涤和干燥处理。
方法三：水热法1.将硫酸亚铁加入适量的水中，并搅拌均匀。
2.调整反应物的浓度和反应时间，用高温高压的水热反应条件来制备纳米粉体材料。
3.等待反应结束后，用离心等方法将产物分离出来。
4.对产物进行洗涤和干燥处理，以去除杂质。
方法四：溶剂热法1.准备硫酸亚铁和有机溶剂。
2.将硫酸亚铁和溶剂混合，得到反应溶液。
3.调整反应条件，如温度和反应时间，在一定压力下进行反应。
4.反应结束后，通过过滤或离心将产物分离。
5.将产物洗涤、干燥，以得到纯净的四氧化三铁纳米粉体材料。
结论以上是以硫酸亚铁为原料制备四氧化三铁纳米粉体材料的四种常见方法。
根据实际需求和条件，选择合适的方法进行制备，可以得到高纯度、均匀分散的纳米粉体材料，为磁性材料的研究和应用提供了重要的基础。
纳米粉体的制备方法
纳米粉体的制备方法一、纳米粉体应具备的特性1、化学成分配比准确：尽量符合化学计量，避免烧结出现液相或阻碍烧结；2、纯度高：出现液相或影响电性能；3、成分分布均匀：尤其微量掺杂；4、粒度要细，尺寸分布范围要窄；结构均匀，密度高；5、无团聚体：软团聚，硬团聚。
二、制备方法分类化学法化学法是指通过适当的化学反应，从分子、原子、离子出发制备纳米物质，它包括化学气相沉积法、化学气相冷凝法、溶胶一凝胶法、水热法、沉淀法、冷冻干燥法等。
化学气相沉积(CVD)是迄今为止气相法制备纳米材料应用最为广泛的方法，该方法是在一个加热的衬底上，通过一种或几种气态元素或化合物产生的化学元素反应形成纳米材料的过程，该方法主要可分成热分解反应沉积和化学反应沉积。
该法具有均匀性好，可对整个基体进行沉积等优点。
其缺点是衬底温度高。
随着其它相关技术的发展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积门、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。
化学气相冷凝法(CVC)主要通过有机高分子热解获得纳米粉体，具体过程是先将反应室抽到或更高真空度，然后注入惰性气体He，使气压达到几百帕斯卡，反应物和载气He从外部系统先进入前部分的热磁控溅射CVD装置由化学反应得到反应物产物的前驱体，然后通过对流达到后部分的转筒式骤冷器，用于冷却和收集合成的纳米微粒。
化学沉淀法是在金属盐类的水溶液中控制适当的条件使沉淀剂与金属离子反应，产生水合氧化物或难溶化合物，使溶液转化为沉淀，然后经分离、干燥或热分解而得到纳米级超微粒。
化学沉淀法可分为直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法和醇盐水解沉淀法。
物理法早期的物理制备方法是将较粗的物质粉碎，如低温粉碎法、超声波粉碎法、冲击波粉碎法、蒸气快速冷却法、蒸气快速油面法等等。
近年来发展了一些新的物理方法，如旋转涂层法将聚苯乙烯微球涂敷到基片上，由于转速不同，可以得到不同的空隙度．然后用物理气相沉积法在其表面上抗积一层膜，经过热处理，即可得到纳米颗粒的阵列。
纳米ATO粉体的制备及功能性整理
纳米ATO粉体的制备及功能性整理纳米ATO是一种具有良好导电性和抗腐蚀性能的纳米材料，广泛应用于透明导电薄膜、防热涂料、太阳能电池以及电子设备中的高清显示屏等领域。
纳米ATO的制备方法多样，包括溶胶-凝胶法、水热法、化学沉积法、微乳液法等。
本文将对纳米ATO的制备方法进行整理，并介绍其在不同领域的功能性应用。
一、纳米ATO的制备方法1. 溶胶-凝胶法：通过将金属盐溶解在溶剂中，形成溶胶溶液，并通过热解或还原等方法，得到纳米级的ATO粉体。
2. 水热法：将适量的金属盐和还原剂溶解在水中，加热至一定温度并保持一定时间，使金属离子生成纳米颗粒。
3. 化学沉积法：通过在溶液中加入适量的还原剂和络合剂，使金属离子还原生成纳米级的ATO粉体。
4. 微乳液法：利用黏度可调节的微乳液作为反应介质，在一定条件下，将金属离子还原生成纳米ATO粉体。
二、纳米ATO的功能性应用1. 透明导电薄膜：纳米ATO具有良好的导电性和透明性，可用于制备透明导电薄膜，广泛应用于液晶显示器、触摸屏等电子设备中。
2. 防热涂料：纳米ATO具有良好的抗热性能，可用于制备防热涂料，应用于太阳能电池、建筑物保温等领域，有效降低热能损失。
3. 高清显示屏：纳米ATO具有优异的电学性能，可用于制备高清显示屏，提高像素的清晰度和色彩的还原度。
4. 电磁屏蔽材料：纳米ATO具有良好的导电性和抗腐蚀性能，可用于制备电磁屏蔽材料，广泛应用于电子设备、航空航天等领域，保护设备免受外界电磁辐射的干扰。
5. 防腐蚀涂料：纳米ATO具有优异的抗腐蚀性能，可用于制备防腐蚀涂料，应用于金属表面的保护，延长使用寿命。
6. 生物医学材料：纳米ATO在生物医学领域的应用正在得到越来越多的关注，其良好的导电性和生物相容性使其在生物传感、生物成像等方面具有潜在应用价值。
纳米陶瓷的制备过程
纳米陶瓷的制备过程如下：
1. 纳米粉体的制备：纳米粉体的制备是纳米陶瓷生产中最重要的一步，在某种程度上可以说，纳米粉体决定了纳米陶瓷烧结后的质量。
目前，纳米粉体制备方法主要有两种，一种是气相合成法，包括化学气相合成法、高温裂解法和雾转化法。
这是一种极为实用的纳米粉体制备方法。
纳米氧化物粉或非氧化物粉可以通过这种方法制备。
气相合成法最大的优点是制备的纳米粉纯度高，烧结后的纳米陶瓷表面纯度高。
一种是凝结合成法，主要用于制备复合氧化物纳米陶瓷材料。
2. 纳米陶瓷的烧结：在获得所需纳米粉体后，需要对其进行烧结以形成纳米陶瓷材料。
烧结过程通常在高温下进行，以促进原子间的扩散和重新排列，以获得所需的结构和性能。
以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议咨询纳米陶瓷领域的专业人士。
《纳米粉体制备与表征》第5章 固相法制备纳米粉体
2015/10/22
高能球磨法
有的材料粉体经过高能球磨后可直接获得纳米
粉体，如Bi4Ti3O12、Fe2O3、BaTiO3、SiC等。 Xue等采用BaO和TiO2为原料，在氮气气氛下进 行进行高能球磨15h，可在常温下获得粒径仅为 20-30nm的BaTiO3粉体。 不少纳米粉体制备是利用高能球磨对反应物前 驱体进行预处理，然后再经热处理后获得最终 的粉体。 前驱体在经高能球磨处理后，由于颗粒很细， 表面能很高，因此热处理温度一般比普通球磨 低很多，最终的粉体还能保持在纳米尺度上。
(3) 依据 SHS 过程的特点， IS(s-s) 体系又可分为无气燃烧 的IS体系(凝聚体系)和伴随易挥发物质渗出的无气燃烧 IS体系，以及气体漫渗燃烧的HS体系。
2015/10/22
图5.4
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IS体系和HS体系示意图
燃烧反应机制
燃烧反应机制包括:研究原始混合物状态、 反应组分配比、初始温度、气体压力 等因素对主要过程参数v(燃烧波速)、 Tc(燃烧温度)和η(转化率)的影响,得 出反应物间相互作用的模型。
2015/10/22
表5.1 一些常见体系的SHS绝热温度
体系 Tad/K 体系 Tad/K 体系 Tad/K
TiB2
3190
TiC
3200
Si3N4
4300
ZrB2
3310
HfC
3900
BN
3700
NbB2
2400
SiC
1800
Ti5Si3
2500
TaB2
3370
TiN
4900
MoSi2
1910
预测SHS过程能否持续的一个重要的参数 是燃烧的绝热温度Tad。绝热温度定义为：在 绝热条件下，反应物完全转化时，反应释放化 学热使产物加热而达到的温度。计算绝热温度 可以大致了解反应体系SHS过程的可能性。
水热法制备BaTO3纳米粉体
汤黎辉,张群飞,马金明,肖长江,栗正新(河南工业大学材料科学与工程学院,郑州450001)BaTiO 3纳米粉体的合成方式及合成粉末的样本表征,采取水热法合成方法,合成得到钛酸钡。
通过X 射线衍射、扫描电子显微镜表征手段以及JADE 、Origin 等软件的分析,得出其物相、晶体结构、颗粒大小以及外观形貌。
经过实验,使用水热法合成方式,能够制备出高品质的钛酸钡纳米粉末。
结果表明:用水热法得到了纯的钛酸钡粉体,粉体的晶粒大小较均匀,晶粒尺寸约为39.51nm,粉体的晶体结构为四方结构,形貌为类球形。
;纳米粉体;水热法;晶体结构;晶粒尺寸由于具有出色的介电性能，钛酸钡（BaTiO 3）已经成功地发展出了各种电子器件，如多层陶瓷电容器、正温度系数热敏电阻、动态随机存储器、声呐传感器、压电换能器以及各种光电子元件，从而在电子领域发挥着重要的作用，并且已经成为电子陶瓷领域的主要原材料[1,2]。
目前制备钛酸钡粉体最常用的方法主要有固相法、共沉淀法、微乳液合成方法、水解溶胶-凝胶法等。
固相法作为一种传统的合成工艺，具有制备产率高，操作简单等优点，但是，这种合成方法在制备过程中存在合成温度高、合成的粉体颗粒粗大、较高的杂质含量以及组分均匀度不高等缺点，一般作为低端产品合成时的首选工艺。
共沉淀法制备钛酸钡粉体难以形成均匀的沉淀物，而且颗粒容易团聚，粒径分布宽，产品质量不稳定[3]。
微乳液合成方法制备产物需要大量助剂、改性剂和有机剂，导致成本较高，而且还易引入杂质且产能有限，所以该合成方法目前还没有被广泛的使用，仅仅处于实验室研究中[4]。
凝胶法虽然可行，但由于技术复杂、时间较久，使得它的水解效果不易掌握。
相比之下，水热法更加经济实惠，可以在较短的时间内完成钛酸钡的生产，同时也能够保证产品的质量，能够满足更严格的质量标准[5]。
水热法合成粉体，能够在低温水溶液中得到分散性好的BaTiO 3超细粉体，合成的粉体晶粒发育比较完整，并且在水热法实验过程中，不需要经历高温的煅烧以及后期的球磨过程，进而可以避免了杂质的引入和球磨对粉体结构的破坏，从而有效地消除了杂质及其他形态问题，故文章实验采用水热法制备BaTiO 3纳米粉体，并对其进行深入研究。
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。
实验一电弧等离子体法制备纳米粉体
目录实验一、氢电弧等离子体法制备纳米粉体 (1)实验二、惰性气体蒸发法制备纳米粉体 (3)实验三、沉淀法制备纳米氧化锌粉体 (6)实验四、化学还原法制备金属纳米簇催化剂 (12)实验五、反相微乳液法制备纳米碳酸钙 (15)实验六、酒石酸铜热分解法制备纳米铜粒子 (19)实验七、模板法制备导电高分子纳米材料 (22)实验八、溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛薄膜 (28)实验九、水热法制备氧化钒纳米带 (32)实验一、氢电弧等离子体法制备纳米粉体一、实验目的1、了解氢电弧等离子体法制备纳米粉体的实验原理。
2、掌握氢电弧等离子体法制备纳米铁粒子的制备过程。
3、了解实验中对实验结果影响的各因素，并对实验结果会表征分析。
二、实验原理之所以称为氢电弧等离子体法，主要是用于在制备工艺中使用氢气作为工作气体,可大幅度提高产量。
其原因被归结为氢原子化合为氢分子放出大量的热，从而产生强制性的蒸发，使产量提高，而且氢的存在可以降低熔化金属的表面张力而加速蒸发。
合成机理为：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Ar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。
此种制备方法的优点是超微颗粒的生成量随等离子气体中的氢气浓度增加而上升。
三、实验仪器与试剂自制电弧法纳米粉制备设备图1电弧等离子体制备系统图实验设备如图1所示，主要有6部分组成，真空室、真空泵、电焊机、冷却系统、铜电极、钨电极等。
制备过程中，电极间距控制在5-10 mm，电压25-40 V，电流40-200 A。
在工作气体氛围下，通过直流电弧放电等离子体加热金属，使其熔化，蒸发而形成纳米粉。
在引弧后的很短时间内，阳极金属被迅速加热熔融蒸发形成蒸气，金属蒸气粒子与周围惰性气体原子激烈碰撞，并随热气流上升、扩散，通过“淬冷”的有效冷却过程，迅速损失能量，使之成核生长并冷却而凝聚成纳米粉。
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④ 机械力活化
⑤ 球磨过程中温度效应
23
3.2 纳米粉体材料的湿化学法制备
液相合成。 实现分子/原子水平的均匀混合。 制备纳米级微粒，颗粒尺寸分布窄。 主要包括溶胶-凝胶法、微乳液、水热法、共沉淀法、喷雾 热分解法等。
产物的形貌、组成及结构易控、成本低、操作简单、适用
面广。
24
3.2.1 液相中生成固相微粒的机理
成核炉 流量计 过滤器 干燥剂 冷凝器 加热器 泵 载体气流
锅炉
上水馏 液溶胶入口 落下膜
水解器 气溶胶出口 下水馏 气溶胶入口
42
(1) 横坐标： 粒径大小 (2) 纵坐标高度：数量多少 (3) 峰宽度：分布情况
43
44
45
3.2.5
水热法
水热法——热液法,指在密封的压力容器中,以水为溶剂,在高 温高压的条件下进行的化学反应，液相化学法。 （1） 水热氧化 （2） 水热沉淀 （3） 水热合成 （4）水热还原 （5）水热分解 （6）水热结晶
2、列举几种制备纳米粉体材料的湿化学方法。
4
3.1 纳米粉体材料的物理法制备
真空冷凝法：用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料 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。
物理粉碎法：通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米 粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分 布不均匀。 机械球磨法：采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、 合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低， 但产品纯度低，颗粒分布不均匀。
Examples
（2）沉淀反应：
(CH3COO)2 Pb H2S PbS 2CH3COOH
54
混合物共沉淀中不同种类的阳离子不能同时沉淀，各种离子
沉淀的先后与溶液的pH值密切相关。
55
3.3 纳米粉体材料的湿声化学法制备
工艺过程：利用溶胶-凝胶中的溶胶过程，将合成材料的部
分前驱体进行溶胶化，加入剩余前驱体的不可溶盐，再进行 超声雾化处理，再经凝胶化等热处理手段得到陶瓷粉体。 结合溶胶-凝胶法工艺与超声雾化技术，使物质的合成温度 下降，并且避免了某些不利因素的出现。 优点：（1）生产成本降低 （2）污染降低
直接沉淀法——直接加沉淀剂 共沉淀法——含多种阳离子的溶液中加入沉 淀剂后，所有离子完全沉淀的方法，有单相
共沉淀和混合物的共沉淀。
均相沉淀法——通过溶液中的化学反应使沉
淀剂在体系中慢慢生成。
49（1Biblioteka 共沉淀法Coprecipitation
在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，在各成分均一 混合后，使金属离子完全沉淀，得到沉淀物再经热分解 而制得微小粉体的方法。 可获得含两种以上金属元素的复合氧化物 BaCl2 + TiCl4 ＋H2C2O4溶液 BaTi(C2O4)2· 4H2O沉淀 过滤 洗涤 热分解
46
水热操作与反应釜
反应物源
solvent
磁力搅拌器
47
水热过程：
前驱体充分溶解→形成原子或分子生长→基原→成核
结晶→晶粒生长 水热制备的优点：
（1）可制备某些物相
（2）反应温度相对低
（3）可制备某些中间物相
（4）反应速率快 （5）可加速氧化物晶体的低温脱溶和有序-无序转变
48
3.2.6 沉淀法
微乳液通常是表面活性剂、助表面活性剂、油和水组成的、
透明的、各向异性的热力学稳定体系。 工艺流程：
35
微乳液结构的三种类型
36
微乳液聚集体形态
37
微乳液的结构
38
39
乳液成膜过程
40
3.2.4
喷雾热分解法
基本过程：
溶液的制备、
喷雾、干燥、
收集与热处理
喷雾干燥法 雾化水解法 喷雾焙烧法
41
z z M(H 2O)n M(H 2O)n1 (OH)( z 1) + H +
缩合 Condensation
M OH + HO M M O M + H 2O M OR + HO M M O M + ROH
Zn2+ + 2NH3· 2O Zn(OH)2↓+ 2NH4+ H
Examples
（3）热处理： Zn(OH)2 ZnO + H2O↑ 工艺流程：
尿素+硝酸锌→溶解→加热反应→
分离、洗涤→干燥→煅烧→产品
52
例：均匀沉淀法合成碳酸铅
（1）尿素加热分解： CO(NH2)2 + 4H2O H2CO3 + 2NH3· 2O H
（2）沉淀反应：
Examples
Pb2+ + H2CO3 PbCO3 + 2H+ 工艺流程： 尿素+硝酸铅 → 溶解 → 加热反应 → 分离、洗涤 → 干燥 → 产品
53
例：均匀沉淀法合成硫化物
（1）硫化氢的生成：
CH3CSNH2 CH3CN + H2S 2 S2O3 H2O SO4 H2S 2
n M(OH) x (OR)(n-x) MOn /2 ( x )H 2 O (n - x)ROH 2
condensation
29
30 30
实例
TiO2的合成：
hydrolysis Ti OC4H9 4 +xH2O Ti OHx OC4H9 4-x +xC4H9OH
液相中生成固相微 粒，要经过成核、 生长、凝结、团聚 过程。 晶体的生长是在生 成的晶核上吸附原 子或分子而使其长 大。 核与微粒或微粒之 间通过聚积形成较 大的粒子。 成核阶段 生长阶段
25
26
3.2.2
溶胶-凝胶法（Sol–Gel）
原理：金属、有机、无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而 固化，再经热处理而成氧化物或其他化合物固体。 溶胶——纳米级（1～100nm）固体颗粒在适当液体介质 中形成的稳定分散体系
第3章
3.1 3.2
纳米粉体制备
纳米粉体材料的物理法制备 纳米粉体材料的湿化学法制备
3.3
备
纳米粉体材料的湿声化学法制
1
教学目标及基本要求
掌握纳米材料的物理法和湿化学制备方法；
了解纳米材料的湿声化学法制备
2
教学重点和难点
重点：纳米粉体材料的湿化学法制备
难点：纳米粉体材料制备的理论研究
3
预习题
1、纳米粉体材料有哪些制备方法？
（3）溅射法
Ar
阳 极 阴 极
原理：在惰性气体下，在
阳极和阴极蒸发材料间加
上几百V的直流电压，使 其产生辉光放电，放电中
的离子撞击阴极使靶材原
子蒸发，而后冷凝与活性 气体反应形成纳米颗粒。
3-1
9
（4） 流动液面真空蒸镀法
蒸发速度高、
油的粘度大、 圆盘转速快 可使粒子的 粒径增大
10
（5）通电加热蒸发法
15
3.1.2 机械合金法（MA）——高能球磨技术
（1）MA过程：高能量干式球磨过程
高能球磨—— 在高能量磨球的撞击
研磨作用下，使研磨
的粉末间发生反复冷 焊和断裂，形成细化 的复合颗粒，发生固 态反应形成新材料的 过程。
16
（2）MA工艺过程
17
（3）MA工艺特点
18
（4）MA工艺的主要影响因素
11
（6）等离子体法
等离子体：气体 在外力作用下发 生电离，产生电 荷相反和数量相 等的电子、正离 子、游离基等的 集合体。 （1）是电离气 体，宏观上呈电 中性； （2）是物质的 第四种状态。 3-4
12
（7） 激光诱导化学气相沉积法（LICVD）
13
（8） 化学蒸发凝聚法（CVC）
14
（9） 爆炸丝法
凝胶——溶胶失去部分介质液体所形成的产物
溶胶-凝胶法——通过凝胶前驱体的水解缩合制备金属氧 化物材料的湿化学方法。
27
合成路线 溶解 无机盐或金属醇盐 溶液 水解、缩合 溶胶 陈化 凝胶
后处理
28
水解两个重要阶段
水解 Hydrolysis
M(OR)n + x(H2O) M(OH)(OR)n-x + xROH
5
3.1.1 真空冷凝法
（1）电子束加热法
（2）高频感应法 （3）溅射法 （4）流动液面真空蒸镀法 （5）通电加热蒸发法
（6）等离子体法
（7）激光诱导化学气相沉积法 （8）化学蒸发凝聚法 （9）爆炸丝法
3.1.2 机械合金法
6
（1）电子束加热法
7
（2） 高频感应法
1.2.3.1 气体中蒸发法
8
Ti(OH) x (OC4 H 9 )(4-x )
1 4 x TiO 2 H 2O C 4 H 9OC 4 H 9 2 2
condensation
SiO2的合成：
hydrolysis Si OC2H5 4 +xH2O Si OHx OC2H5 4-x +xC2H5OH
50
BaTiO3晶体超细粉
（2）均匀沉淀法 Homogeneous precipitation
沉淀剂由化学反应缓慢地生成
避免沉淀剂浓度不均匀
可获得粒子均匀、夹带少、纯度高的超细粒子
沉淀剂：
尿素——合成氧化物、碳酸盐
硫代乙酰胺——合成硫化物
硫代硫酸盐——合成硫化物
51
例：均匀沉淀法合成纳米氧化锌
（1）尿素加热分解： CO(NH2)2 + 3H2O CO2↑+ 2NH3· 2O H （2）沉淀反应：