第二章 制备纳米粒子的综合方法
纳米粒子的制备和性能
纳米粒子的制备和性能纳米粒子是一种尺寸在1到100纳米之间的微小粒子。
由于其尺寸小、比表面积大、能量不稳定等特性，纳米粒子具有许多特殊的性能和应用。
因此，制备高质量的纳米粒子成为了当今领域中的一个重要话题。
一、纳米粒子的制备方法目前，纳米粒子的制备方法主要有化学法、物理法和生物法三种。
其中，化学法最为主流和广泛应用。
1.化学法化学法制备纳米粒子可以分为溶液法、气相法和硅酸盐凝胶法等几类。
（1）溶液法溶液法是最常用的一种化学法，其基本原理是将金属离子还原成小颗粒，目前溶液法的代表性方法有化学还原法和毒性还原法，其优点是操作简单方便、成本低廉。
（2）气相法气相法是指在气相条件下利用化学反应来制备纳米粒子，最常见的气相法是气相沉积法。
该方法具有制备速度快、颗粒尺寸分布窄等优点，但是需要高温和高压。
（3）硅酸盐凝胶法硅酸盐凝胶法利用溶胶-凝胶反应制备纳米粒子，其优点是物理性质和化学性质都比较稳定，且制备过程可控性高。
2.物理法物理法制备纳米粒子包括热熔法、溅射法、激光熔光法等。
其制备过程不涉及有机合成化学方法，相对于化学法，所得到的纳米粒子更为纯净，不会受溶剂、表面活性剂等物质的影响。
3.生物法生物法制备纳米粒子是利用生物学的手段，例如利用微生物和生物大分子进行制备。
生物法制备的纳米粒子可以避免由于含有有机溶剂、表面活性剂等有害物质对生物组织造成的伤害，并且制备的纳米粒子的分散性和生物相容性都较好，但是制备成本高。
二、纳米粒子的性能纳米粒子的性能与其尺寸、表面积、结构、形状、晶体结构、组成等多方面因素有关，其性能表现在以下几个方面：1.热稳定性纳米粒子的热稳定性比其它尺寸晶粒高，因为小尺寸粒子表面能和体积能发挥的比例不同于大尺寸粒子，导致表面能的增加，也就提高了热稳定性。
2.光学性能纳米粒子在光学领域中有着广泛的应用，其颜色与尺寸有关，红色颜色通常是较大的金属纳米粒子所产生的，而蓝色通常是较小的纳米粒子所产生的。
第二章纳米粒子的制备方法
(3) 物料中粒子的化学组成变化。
在局部受反复应力作用区域产生化学反应，如 由一种物质转变为另一种物质释放出气体、外 来离子进入晶体结构中。
4、纳米粉体生产的安全性
对于易燃、易爆物料，其粉碎生产过程中还会 伴随有燃烧、爆炸的可能性，这是纳米机械粉 碎技术碎的极限问题 （1）定义：粉碎到一定程度后，尽管继续施加
机械应力，粉体物料的粒度不再继续减小或减 小的速率相当缓慢，这就是物料的粉碎极限。
在纳米粉碎中，随着d↓，被粉碎物料的结晶均 匀性↑，粒子强度(σ )↑，断裂能(σ s)↑，粉 碎所需的机械应力也大大增加↑。因而粒子度 越细，粉碎的难度就越大。
粉碎作用力的类型主要看图2.1所示几种。 工业上采用的粉碎设备，虽然技术设备不同，但粉碎机
制大同小异。一般粉碎作用力都是这几种力的组合。
举例： 球磨机和振动磨是磨碎与冲击粉碎的组合； 雷蒙磨是压碎、剪碎与磨碎的组合； 气流磨是冲击、磨碎与剪碎的组合，等等。
3、受到粉碎作用力后粒子的变化
机械化学：因机械载荷作用导致粒子晶体结构和 物理化学性质的变化。
一、 机械粉碎法
1、定义：靠外加机械装置的粉碎力，使固体物料粒子 发生变形进而破裂直至达到所要求粉料细度的过程。
当粉碎力足够大时，力的作用又很迅猛，物料块或粒子 之间瞬间产生的应力，大大超过了物料的机械强度， 因而物料发生了破碎。
2、粉碎作用力的主要类型 物料的基本粉碎方式：压碎、剪碎、冲击粉碎和磨碎。
第二章 纳米粒子的制备方法
2．1 纳米粒子制备方法评述 2．2 制备纳米粒子的物理方法
2．1 纳米粒子制备方法评述
一、对纳米微粒的基本要求 (1)粒度小。(缺陷尺寸小，性能优异；表面活性大，扩
纳米粒子的制备
三、老化
沉淀产品在母液中静置 , 由于Gibbs- Thomson效 应 , 将发生小粒子溶解消失和大粒子长大现象 , 即Ostwald熟化。另外, 在反应沉淀过程中 , 首先 析出的常是介稳的固体相态, 尔后介稳相才转化 为更稳定的固体相态, 发生二次相转化, 如由一种 晶型转化为另一晶型, 由一种水化物转化为另一 种水化物 , 或由无定形沉淀物转化为晶型产品等。
聚结生长：微小晶粒形成后 , 液相体系成为两相 混合系统, 固相将向表面能最小的方向发展, 发生 聚结( aggregation)生长 , 属于扩散控制生长机理, 特点为生长基元 ( 0. 01—0. 1μ m)远大于单个原子 或分子。包括三个步骤 [ 7 ] : 由于 Brownian 运动 和流体剪切, 粒子间发生碰撞;通过弱作用力 ( Van derWarrs力 、 溶剂化力等)相互粘附 ;通过晶体 生长产生化学键而固化。纳米粒子之间 , 通常溶 剂化力等短程作用力占据主导地位。
一、成核
过程特征
成核热力学：根据经典成核理论，在均相成核过 程中存在临界晶核，只有半径r大于临界晶核r*的 晶胚，才能继续生长，以降低自由能，并最终形 成稳定晶核；而r<r*的晶胚，则将溶解。 r*=2βaσV/(3βvkBTlnS) 式中βv为晶核体积因子；βa为晶核面积因子； V为晶胚分子体积；σ为比表面自由能；kB为 Boltamann常数；S为饱和度比。 可见，提高饱和度比和降低表面自由能，均 能使r*减小，有利于制得纳米粒子。
谢谢
2017/2/28
二、生长Байду номын сангаас
界面生长：晶体界面生长，是生长基元不断从流 体相通过界面进入晶格位置的过程, 也是晶体和 流体界面不断向流体中推移的过程 。界面的微观 结构决定了晶体的生长机制, 而晶体的生长机制 又决定了其遵循的动力学规律。
纳米粒子合成及制备方法详解
纳米粒子合成及制备方法详解引言：纳米科学与技术作为近年来迅速发展的一门跨学科前沿科技，已经在能源、信息、材料等诸多领域展示出巨大潜力和广阔前景。
纳米粒子作为纳米科学的基本研究对象和应用载体，在纳米技术的发展中发挥着重要的作用。
本文将详细介绍纳米粒子的合成及制备方法，希望能对相关领域的研究者和科技工作者有所帮助。
一、纳米粒子的概念和应用纳米粒子是指其尺寸在纳米尺度范围内的微观颗粒，一般指的是直径小于100纳米的粒子。
由于纳米颗粒具有较大的比表面积和特殊的物理、化学性质，因此在材料科学、生物医学、环境科学等领域具有广泛的应用潜力。
例如，纳米金属颗粒可用于催化、传感、光学等领域；纳米二氧化硅颗粒可应用于材料增强剂、药物传递等领域。
因此，精确控制纳米粒子的合成具有重要意义。
二、纳米粒子的合成方法纳米粒子的合成方法包括物理法、化学法和生物法三种。
下面将详细介绍各种方法的原理和应用。
1. 物理法物理法合成纳米粒子主要包括溅射、热蒸发、气相法等。
其中，溅射法是通过高能束流轰击目标材料，使其产生离子、激发原子等，然后粒子重新沉积到基底上形成纳米粒子。
热蒸发则是将目标材料加热蒸发，蒸发产生的蒸汽凝结成纳米粒子。
气相法是通过控制气体中原子或分子的浓度等条件，使其发生聚集形成纳米粒子。
2. 化学法化学法合成纳米粒子常用的方法有溶胶-凝胶法、沉积法、还原法等。
溶胶-凝胶法是将溶胶中的金属离子或化合物在合适的条件下凝胶成固体，然后通过烧结或后处理得到纳米粒子。
沉积法是通过在基底上沉积材料薄膜后，利用溶剂或气体处理得到纳米粒子。
还原法是通过还原剂将金属离子还原为金属纳米粒子的方法。
3. 生物法生物法合成纳米粒子是利用生物体内的生物酶、微生物、植物等作为催化剂，通过调控生物体内的酶活性和环境条件，合成纳米粒子。
生物法合成纳米粒子具有绿色、环保的特点，并且操作简便、成本低廉。
三、纳米粒子的制备方法纳米粒子的制备方法主要包括溶剂法、凝胶法、气相法等。
纳米材料导论第二章纳米粒子的制备方法
1．球磨(Milling)
球磨机是目前广泛 采用的纳米磨碎设 备。
它是利用介质 和物料之间的相互 研磨和冲击使物料 粒子粉碎，经几百 小时的球磨，可使 小 于 lμm 的 粒 子 达 到20％。
2．2．1机械粉碎法
1）研磨碗自转和公转 转速的传动比率任意可 调。
2 ）最终颗粒大小 <<1μm。
3）可充入惰性气体进 行机械合金，机械复合， 纳米材料及复合材料的 合成。
法全归为物理方法也不合适。
将块状物质粉碎、细 化，从而得到不同粒 径范围的纳米粒子。
由小极限原子或 分子的集合体人 工合成超微粒子。
2.2 制备纳米粒子的物理方法
2．2．1机械粉碎法
粉碎定义：固体物料粒子尺寸由大变小 过程的总称，它包括“破碎”和“粉 磨”。前者是由大料块变成小料块的过 程，后者是由小料块变成粉体的过程。 粉碎作用力的类型如右图所示几种。 基本粉碎方式：压碎、剪碎、冲击粉碎 和磨碎。 种类：湿法粉碎
4）材质可选择玛瑙， 氮化硅，氧化铝，氧化 锆，不锈钢，普通钢， 碳化钨，包裹塑料的不 锈钢。
滚筒式球磨
行星球磨
参考文献：
2．2．1机械粉碎法
1）高能球磨制备ZnSe纳米晶粉体
车俊 姚熹 姜海青 汪敏强，西安交通大学,
《稀有金属材料与工程》-2006
将相同摩尔比的Zn粉和Se粉放在球磨罐(WC)中，选用球石 直径为10mm，原料：球石＝1：20，干磨，在氮气保护下， 球磨60min即可获得纯立方闪锌矿结构，避免了ZnO相的出 现。晶粒的尺寸用Scherrer公式计算为5nm，用TEM直接观 察的尺寸为10nm左右。
中南大学粉末冶金国家重点实验 室的吴恩熙等人的研究发现：
采用振动球磨对粗、中、细碳化钨粉均 有显著的细化效果。球磨60 h 时,粉末粒 度均可降至0. 6μm 以下,同时粉末粒度分 布变窄。
制备纳米粒子的化学方法
制备纳米粒子的化学方法随着科技的不断发展，纳米技术已经成为了当今社会的一个热门话题。
在这一领域中，制备纳米粒子是最为基础和常见的操作之一。
本文将为大家介绍一些常用的制备纳米粒子的化学方法，以及其原理和应用。
1. 化学还原法化学还原法是制备纳米粒子的一种常见方法。
其原理是通过还原剂将金属离子还原成金属粒子。
其制备步骤如下：首先，将金属离子溶解在溶液中，加入适量的还原剂；其次，加热反应体系，这样可以加快反应速率；最后，洗涤、分离及干燥得到所需的纳米金属粉末。
化学还原法的优点是制备简单、工艺流程短，稳定性好。
另外，该方法适用于大部分金属离子，因此在制备纳米金属粉末时，可根据需求选择不同的金属离子。
2. 氧化物热分解法氧化物热分解法是利用金属氧化物在高温条件下分解生成金属粒子的方法。
通常将金属盐在空气中热处理。
其制备步骤如下：首先，将金属盐加入反应瓶中，调节反应体系的pH值；其次，在制备过程中，将盐加热至一定温度使其分解，气体产物通过冷凝管冷却后得到水，而生成的金属粉末在瓶底沉淀；最后，去除水，将金属粉末用洗涤剂和乙醇洗涤，使其纯化，获得所需的纳米金属粉末。
氧化物热分解法的优点是制备的纳米颗粒单分散性好。
此外，该方法应用与多种金属离子，且不需使用昂贵的还原剂，因此其成本较低。
3. 沉淀法沉淀法是将溶液中的金属阳离子通过定量沉淀生成金属粒子。
其步骤如下：首先将金属盐用水或有机溶剂溶解在溶液中，然后加入络合剂，将金属阳离子络合成配合物；其次，加入氢氧化钠等碱性沉淀剂，使配合物沉淀，生成纳米金属粉末；最后，沉淀后用水洗涤，将金属粉末纯化干燥，得到所需的纳米金属粉末。
沉淀法的优点是制备简单，并且适用于多种金属离子，但沉淀法存在着分散性差的问题，因此其分散效果并不理想。
结论通过本文的介绍，我们不难发现制备纳米粒子是一个较为复杂的过程，需要熟知各种方法的原理和应用。
在制备过程中，我们需要注意各种反应条件的调节，以达到最好的制备效果。
纳米粒子的化学制备方法及应用
纳米粒子的化学制备方法及应用一、引言现代科技的进步使得纳米技术得到了急剧发展，最近几年来，由于纳米粒子具有独特的超小尺寸、大的比表面积、有序排布等特性，研究人员发现，它可以给一些技术带来新的机遇，从而使纳米研究逐渐成为国际热点课题。
然而，要实现对纳米材料的有效配备，必须先掌握其制备技术，研究纳米粒子的制备方法，是研究纳米粒子性能和应用前提。
二、纳米粒子的化学制备方法（1）化学气相沉积法化学气相沉积（chemical vapor deposition，CVD）法是一种物理-化学的过程，利用有机热分解的原理，在特定表面上沉积超微细的材料，通常是金属、金属氧化物和其他材料，并形成一层薄膜。
该方法的特点是：沉积量和厚度可以轻松控制，可以在室温下进行，成本低，薄膜的均匀性好。
（2）离子溅射法离子溅射（Ion-spray deposition）法是一种无源信号的薄膜制备技术，它利用电子对高能离子进行加速，在特定表面沉积超微细材料，形成一层薄膜。
它的优势是：可以在室温下进行，并且薄膜制备的速度快，抗衰减性能好。
（3）热化学沉积法热化学沉积（Thermal chemical deposition）法是基于物理-化学反应的原理，利用热能使物质进行分解，在特定表面上沉积超微细材料，形成一层薄膜，它的特点是：可以在室温下进行，沉积速度快、抗衰减性能好、可以定量控制沉积量。
（4）化学氧化法化学氧化法（chemical oxidation）是一种物理-化学反应，利用特定表面的化学氧化反应，在特定表面上沉积超微细材料，形成一层薄膜，该方法的特点是：沉积速度快，抗衰减性能强。
三、纳米粒子的应用1、光电技术纳米粒子是一种新型的光学材料，具有超小尺寸、大比表面积、有序结构等特点，可以改变光的传播特性，具有很高的光学性能。
因此，用于激光火焰的消失、激光多模式光纤的衰减、抗发散和增强作用、激光技术的高效率复合和光学效率的改善等，是光电技术领域的重要应用。
第二章 纳米粒子的制备方法.
2、爆炸烧结法（1）定义：又称激波烧结，它是利用炸药爆炸产生的巨大的能量，以极强的载荷作用于金属套，使得套内的粉末得到压实烧结。
（2）优点（A）压力高，温度高，加载烧结、烧结时间短，高温区冷却速率快。
（B）利用爆炸法制得的纳米粒子具有较高的密度和硬度，没有宏观裂纹和马赫孔，并基本保持原始粉末的非晶状态，相应粒子粒径尺寸生长不显著。
3、活化氢熔融金属反应法（1）原理将氢气混入等离子体中，再加热混合等离子体，待加热物料蒸发，制得相应的纳米粒子。
（2）氢气的浓度的影响氢气浓度增加会使纳米粒子的生成量增多。
例：在制备纯铁的纳米粒子中，在用50%的比制成的Ar等离子体混合气体中，电弧电压为 30～40V、电弧电流为15～170A时，产率可达200mg/s。
纳米粒子制备方法
一、纳米粒子的物理制备方法1.1 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0.01～0.05 μ m。
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（300～500m/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0.1μm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。
1.2 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5～100nm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。
1.3 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0.3～1.5kV。
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。
纳米颗粒的制备方法
• 我们在这里无意对如何进行纳米粒子 制备方法的科学分类进行评价，而着重 针对纳米粒子生成机理与制备过程非常 粗略的将制备方法分成 ：
• 物 理 方 法；
• 化学 方 法；
• 物 理 化 学 方 法。
二、制备纳米粒子的物理方法
• 机械粉碎法 • 蒸发凝聚法
机械粉碎法
• 纳米机械粉碎法是在传统的机械粉碎 技术技术中发展起来的，以粉碎与研磨 为主体来实现粉末的纳米化，可以制备 纳米纯金属粉和合金粉 。
一 、前言
• 在自然界中存在着大量纳米粒子，如烟尘、 各种微粒子粉尘、大气中的各类尘埃物等。然 而，自然界中存在的纳米粒子都是以有害的污
染物出现的，无法直接加以应用。目前，对人 类有益的各类纳米粒子都是人工制造的。
•
从20 世纪初开始，物理学家就开始制备
金属纳米粒子，其中最早制备金属及其氧化物
纳米粒子采用的方法是蒸发法。如20 世纪30年
化学制备方法
• 1 化学沉淀法 • 2 化学还原法 • 3 溶胶凝胶法 • 4 水热法 • 5 溶剂热合成法 • 6 热分解法 • 7 微乳液法 • 8 高温燃烧合成法 • 9 模板合成法 • 10 电解法
化学沉淀法
• 在溶液状态下将不同成分的物质 混合，在混合溶液中加入适当的沉 淀剂制备纳米粒子的前驱体沉淀物， 再将此沉淀物进行干燥或煅烧，从 而制得相应的纳米粒子。
振动磨
• 通过研磨介质与物料一起振动将物料粉 碎。按振动方式不同，振动磨可分为惯 性式和偏转式；按筒体数目可分为单筒 式和多筒式；按操作方式可分为间歇式 和连续式。
搅拌磨
• 由一个静止的研磨筒和一个旋转的搅 拌器构成。研磨介质为直径小于6毫米的 球形介质。根据结构和研磨方式可分为 间歇式、循环式和连续式三种类型。研 磨介质为球形，用于纳米粉碎时，球形 介质的直径一般小于3mm。
纳米颗粒的制备方法
纳米颗粒的制备方法一、纳米粒子的制备方法分类：1、按照物质的原始状态，可分为固相法、液相法和气相法。
2、按照研究纳米粒子的学科分类，可分为物理方法、化学方法和物理化学方法。
3、按照制备的技术分类，可分为机械粉碎法、气体蒸发法、溶液法、等离子体合成法、激光合成法、溶胶凝胶法等。
本文着重针对纳米粒子生成机理与制备过程，粗略地分为物理方法、化学方法。
二、纳米颗粒的物理制备方法：（一）蒸发法制备纳米颗粒：1、定义：直接利用气体或利用各种手段将物质变成气体，使之在气体状态下发生物理或化学变化，在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子。
2、气相蒸发法原理：在高真空室中冲入低压的纯净惰性气体或反应气体，预蒸发的物质置于坩埚，通过加热装置逐渐加热蒸发，产生原物质烟雾。
由于惰性气体的对流，烟雾向上移动（与反应气体发生化学反应）并接近充液氮的冷却棒（77K）。
在蒸发过程中原物质原子与惰性气体碰撞损失能量冷却，造成局域的过饱和，形成均匀的成核过程，然后形成原子簇，长大成纳米粒子。
收集。
3、按照原料加热蒸发技术手段的不同，可将蒸发法分为：1）电阻加热；2）等离子喷射加热；3）高频感应加热；4）电子束加热；5）激光加热；6）电弧加热；7）微波加热。
（二）流动油面上的真空蒸发沉积法（VEROS）：1、将物质在真空中连续地蒸发到流动着的油面上，然后把含有纳米粒子的油回收到贮存器内，再经过真空蒸馏、浓缩，制备纳米粒子。
2、优点：可以得到平均粒径小于10nm的各类金属粒子，粒子分布窄。
3、缺点：粒子太细，难以从油中分离。
（三）化学气相冷凝法（CVC）：1、原理：将反应室抽真空，冲入少量的惰性气体，形成数百帕的真空度，（通入反应气体），在加热的反应器内得到目标产物或其前驱体，然后在对流的作用下，到达后部的骤冷转筒器（加入液氮作为冷却介质），转筒后面有一刮刀不断的移去沉积的纳米颗粒，可以提供一个干净的金属表面来进行连续的收集操作。
2、特点：粒径小、分布窄、避免团聚。
物理实验技术的纳米粒子制备方法
物理实验技术的纳米粒子制备方法纳米科技是当今科技领域中备受关注的热点之一。
纳米材料由于其特殊的物理、化学和生物学性质，展示出与其宏观物体截然不同的特性，被广泛应用于能源、环境、医学等多个领域。
在纳米科技的研究中，纳米粒子制备是一个关键步骤，而物理实验技术则成为纳米粒子制备的有效手段。
一、溶胶凝胶法溶胶凝胶法是纳米粒子制备中常用的一种方法。
这种方法主要通过溶胶的凝胶过程来制备纳米粒子。
在溶胶凝胶法中，首先需要选择合适的溶胶，如金属盐溶胶、金属氧化物溶胶等。
然后，在适当的条件下，通过调节溶胶中的物理和化学参数，使溶胶凝胶成粒子，并进行后续的处理和表征。
溶胶凝胶法制备纳米粒子的优势在于可以制备多种材料的纳米粒子，并且具有制备过程简单、操作灵活的特点。
例如，可以通过控制溶胶中金属离子的浓度、pH 值、温度等参数，来调控制备纳米粒子的尺寸、形貌和分散性。
二、热雾化法热雾化法是一种通过物理方法将材料转化为纳米粒子的技术。
这种方法通过将固体材料加热至熔点或沸点，并利用热膨胀效应，迅速将材料转变为微小颗粒。
热雾化法主要有热气胶凝法和电弧法两种。
在热气胶凝法中，首先将材料加热至高温区域，使其瞬间转化为气态，然后通过快速冷却将气态材料凝固为纳米粒子。
而电弧法则是利用高温电弧将金属材料蒸发，并在气相中形成纳米粒子。
热雾化法制备纳米粒子的优点是得到的纳米粒子尺寸均一、分散性好、纯度高，并且可以制备大量的纳米粒子。
缺点是制备过程中需要高温，可能会对材料的性质产生一定影响。
三、溅射法溅射法是一种将固态材料薄膜沉积到基底上并制备纳米粒子的方法。
在溅射法中，先将固体材料制备成靶材，然后使用高能粒子轰击靶材，通过溅射的方式将材料沉积到基底上形成薄膜。
接着，经过后续处理，将薄膜转变为纳米粒子。
溅射法制备纳米粒子的特点在于制备过程可控性强，可以通过调节工艺参数如靶材的成分、粒度、功率密度等来控制纳米粒子的尺寸和形貌。
此外，溅射法还具有制备材料纯度高、结晶性好等优点。
纳米粒子的制备及其应用
纳米粒子的制备及其应用近年来，随着科技的不断进步和发展，以纳米尺度为研究对象的纳米技术逐渐成为研究热点。
纳米粒子作为纳米技术的重要应用之一，具有小尺寸、大比表面积和独特的物理、化学性质等特点，被广泛应用于材料学、生物学、医学、环境科学等多个领域。
本文将从制备和应用两个方面阐述纳米粒子的相关知识。
一、纳米粒子的制备1. 物理方法纳米粒子的制备方法很多，其中物理方法包括溅射法、气相法、凝聚法、光化学法等。
溅射法是一种利用靶材料在离子束轰击下蒸发，形成薄膜再通过化学方法制备纳米粒子的方法。
气相法是通过将金属、合金或化合物加热到蒸汽态，然后使其冷却，形成纳米粒子。
凝聚法是利用高能量等离子体产生高温、高压等条件来制备纳米粒子。
光化学法是利用光化学反应生成纳米晶体。
2. 化学方法化学方法是制备纳米粒子的主要方法之一，包括溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。
其中，溶胶-凝胶法是通过水解金属盐，生成金属氧化物前驱体，经过干燥、煅烧等步骤得到纳米粒子。
水热法是在高温高压、水相中合成纳米粒子。
微乳液法是在水相中加入表面活性剂和油相，产生微相反应生成纳米粒子。
3. 生物法生物法是近年来发展的一种环保型制备纳米粒子方法，常用的有植物法、微生物法和生物合成法。
植物法是利用植物中特有的物质作为模板，在其表面和内部生成纳米粒子。
微生物法是通过微生物代谢产生的代谢产物作为还原剂生成纳米粒子。
生物合成法是利用生物体代谢产生物质，在其反应条件下制备纳米粒子。
二、纳米粒子的应用1. 材料领域纳米粒子在材料领域的应用较多，主要包括材料增强、传感器、涂料、催化剂、生物材料等。
其中，纳米颗粒作为增强材料可增强材料的硬度、强度、塑性等力学性能。
纳米纤维膜作为传感器可以检测空气污染物、气体等。
纳米涂料可以改善材料的热稳定性和防腐蚀性能。
纳米催化剂可以大幅降低化学反应的能量、时间和成本。
纳米生物材料可用于组织修复、药物递送等领域。
2. 医学领域纳米粒子在医学领域的应用主要包括生物检测、治疗和药物递送等。
纳米粒子制备与应用的基础知识
纳米粒子制备与应用的基础知识纳米技术的发展在科学、医学、材料学等多个领域都取得了显著的成果，其中纳米粒子制备与应用成为了研究的热点之一。
本文将介绍纳米粒子的制备方法、表征手段以及在各领域的应用。
一、纳米粒子制备方法1. 化学还原法：化学还原法是制备金属纳米粒子最常用的方法之一。
它通过还原剂还原金属离子，使其形成纳米尺寸的金属颗粒。
常见的化学还原法包括溶胶-凝胶法、水热法、氢气还原法等。
2. 溶剂沉淀法：溶剂沉淀法是通过在溶液中添加沉淀剂，使溶液中的金属离子形成固体沉淀，从而得到纳米粒子。
该方法制备的纳米粒子尺寸分布较窄。
3. 激光溅射法：激光溅射法通过激光照射固体靶材，使其表面的原子或分子被剥离并凝聚为纳米粒子。
激光溅射法可以制备出形状和尺寸可控的纳米粒子。
4. 磁控溅射法：磁控溅射法是通过在真空条件下，利用磁控溅射装置将靶材溅射成纳米粒子。
该方法制备的纳米粒子具有较高的纯度和均一性。
二、纳米粒子的表征手段1. 扫描电子显微镜 (SEM)：SEM可以用来观察纳米粒子的形貌和粒径分布。
通过扫描电子束扫描样品表面，然后对样品上产生的二次电子、反射电子等进行检测和分析，可以获得高分辨率的纳米粒子形貌信息。
2. 透射电子显微镜 (TEM)：TEM是观察纳米粒子的重要手段之一，可以直接观察原子尺度的纳米颗粒。
TEM使用电子束穿透样品，形成的透射电子投影可被检测和分析，从而获得纳米粒子的形貌、尺寸等详细信息。
3. X射线衍射 (XRD)：XRD用于分析纳米粒子的晶体结构和晶格参数。
通过照射样品表面的X射线，测量其衍射图案，可以得到纳米粒子的晶体学信息，如晶格常数、晶面间距等。
4. 紫外-可见吸收光谱 (UV-Vis)：UV-Vis可以用来表征纳米粒子的吸收特性。
纳米粒子由于尺寸效应会产生表面等离激元共振现象，导致吸收光谱出现峰位和强度的变化，通过UV-Vis可以观察到纳米粒子的吸收特征。
三、纳米粒子在各领域的应用1. 生物医学领域：纳米粒子在生物医学领域具有广泛的应用前景。
材料科学中的纳米粒子制备方法
材料科学中的纳米粒子制备方法纳米粒子是指直径在1 ~100纳米范围内的固体颗粒，其因具备独特的物理和化学特性被广泛应用于生物医学、光电信息、能源环保等领域。
然而，由于纳米粒子体积及表面积与其它材料相比很小，则制备上存在很多难点。
在本文中，我们将介绍一些常见的纳米粒子制备方法。
1. 物理制备物理制备法是利用物理原理实现纳米颗粒的制备，主要包括因缩小材料至纳米级别而可以获得新的物理和化学性质的光学，电化学，光电子和磁学制备方法。
其中，溅射、蒸汽沉积、气相沉积和机械合成法是比较常见的物理制备方法。
其中，溅射法和蒸汽沉积法通过溅射或升华材料的高能量粒子，在充气环境中使其沉积在基底上，由于粒子能量高、多孔，因此纳米材料制备效果好；而气相沉积法是利用高温作用下的化学反应合成纳米颗粒，比如有机金属气流能反应生成纳米颗粒；机械合成法是通过样品高速旋转或振动实现颗粒小化，比如超声波下机械合成，可实现纳米级别的颗粒制备。
2. 化学制备化学制备法主要是通过化学反应制备纳米颗粒，比较常见的化学合成方法有沉淀法、微乳法、反相微乳法和凝胶溶胶法等。
沉淀法主要是利用不同物质的沉淀性不同，沉积出不同的沉淀物来制备纳米粒子。
常见的有氢氧化铜沉淀制备纳米铜颗粒、硝酸钴沉淀法制备纳米碳酸钴颗粒等。
微乳法是通过在水/油/表面活性剂/共溶剂四成分体系中形成微乳相，产生小泡沫，混合反应，实现纳米颗粒制备。
其优势是可控性高、颗粒分散性好、反应速度快等。
反相微乳法与微乳法相似，但需要共溶剂的存在，有更高的制备效率，也可制备出具有复合结构和核壳结构的暗红宝石纳米粒子、铂/多层硫化钴/镍薄膜的复合纳米准晶体颗粒等。
凝胶溶胶法是通过化学或物理手段获得溶胶或凝胶样品，再通过适当的处理使其纳米化。
经过控制，可制备出不同粒径的纳米管、纳米线、多晶颗粒等不同结构的纳米材料。
3. 环境友好型制备近年来，由于传统的纳米粒子制备方法产生的工艺污染和亲水性等缺点，人们提出了一些环境友好型的制备方法，如微波辅助制备法、超临界流体法、生物法等。
纳米粒子制备方法及材料调控性能
纳米粒子制备方法及材料调控性能纳米粒子是指直径在1-100纳米之间的颗粒，由于其特殊的尺寸效应和表面效应，具有许多独特的物理、化学和生物学性能，因此在许多领域都具有广阔的应用前景。
纳米粒子的制备方法和材料的调控性能是实现纳米技术应用的关键。
本文将介绍常见的纳米粒子制备方法以及材料调控性能的相关内容。
一、纳米粒子制备方法1. 化学合成法：化学合成法是最常用的纳米粒子制备方法之一。
通过控制反应条件、溶剂、催化剂等因素来合成所需尺寸和形状的纳米粒子。
常见的化学合成方法包括溶液法、沉淀法、气相法等。
其中，溶液法是最常用的方法之一，可以通过溶胶-凝胶、共沉淀等方式来制备纳米粒子，具有简单、灵活的优点。
2. 物理法：物理法是指通过物理手段制备纳米粒子的方法。
常见的物理法包括热蒸发法、气相凝聚法、溅射法等。
物理法制备的纳米粒子通常具有较高的纯度和均一性，但制备过程较为复杂，设备要求较高。
3. 生物合成法：生物合成法是利用生物体，如细菌、真菌、植物等来制备纳米粒子。
通过植物的吸收和叶绿体的光合作用，可以有效地实现对金属离子的还原和纳米粒子的形成。
生物合成法制备的纳米粒子具有环境友好、成本低廉等优点。
二、纳米材料的调控性能1. 形状调控：纳米粒子的形状对其性能具有重要影响。
通过调节合成方法、反应条件等可以控制纳米粒子的形状，如球形、棒状、片状等。
不同形状的纳米粒子具有不同的表面积和晶面结构，从而影响其光学、电学、催化等性能。
2. 尺寸调控：纳米粒子的尺寸对其性能同样具有重要影响。
尺寸的减小可以增加纳米粒子的比表面积，从而提高催化反应速率等。
通过调节合成条件和添加表面活性剂等手段，可以有效地调控纳米粒子的尺寸，从而实现对其性能的调控。
3. 表面调控：纳米粒子的表面是其与周围环境相互作用的重要界面，通过表面修饰和功能化可以调控纳米粒子的分散性、稳定性、吸附性等性能。
例如，通过聚合物包覆、功能化修饰等手段可以增加纳米粒子与基底的相容性，提高其分散性和稳定性。
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1．激光诱导气相化学反应法合成纳米粒子的原理
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，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，
①气体分子吸收单光子或多光子而得到加热； ②气体分子吸收光子能量后平均平动动能提高，与其 他气体分子碰撞发生能量交换或转移，即通过碰撞加 热反应体系。 根据气相反应的物理化学过程，可以将反应成核过 程分为能量吸收、能量转移、反应、失活等过程。
实例： 激光诱导气相合成Fe／C／Si超微粒子
原料SiH4、C2H4、Fe(CO)5 能量吸收过程： SiH4 → SiH4* (活化态)
为了保证反应生成的核粒子快速冷凝，获得 超细的粒子，需要采用冷壁反应室
种类： 水冷式反应器壁，透明辐射式反应器 壁。 采用冷壁反应室的原因: 有利于在反应室中构成大的温度梯度 分布，加速生成核粒子的冷凝，抑制 其过分生长。
2．激光诱导气相化学反应法合成纳米 粒子的过程
首先，要根据反应需要调节激光器的输出功率、 调整激光束半径以及经过聚焦后的光斑尺寸，并 预先调整好激光束光斑在反应区域中的最佳位置。 (仪器的调整) 其次，要作好反应室净化处理，即进行抽真空准 备，同时充人高纯惰性保护气体。这样可以保证 反应能在清洁的环境中进行。（气体的处理） 激光法合成纳米粒子的主要过程包括： 原料处理、原料蒸发、反应气配制、成核与生长、 捕集等过程。
1.2
2.56
45
22
为了提高反应气体的利用率，从而提高反应收率。 从气体分子动理论方面分析，在混气前对各路反 应气进行预热，可以有效地提高反应气体分子的 平均平动动能，为反应气均匀混合创造条件。
通过对反应气预热，还可以提高原料的利用率以 及相应纳米粒子的产率。
反应气预混合
可以使各路反应气体分子在分子水平上达到均匀 化混合，为高温气相化学反应创造条件。 反应气配比是一个关键性因素。通常要根据合成
反应气体分子的解离，即 Fe(CO)5*→ Fe * + 5CO SiH4* → Si* + 2H2 C2H4* →2C * + 2H2 通过气体分子的解离，将在有限的反应区域内形成过饱和的活 化原子，即Fe、Si、C在高温下，瞬间可以引发化学反应 Fe*+C* → Fe／C Fe*+Si* → Fe／Si Si*+C* → SiC Fe*+Si*+C*→Fe/C/Si 活性原子与粒子发生凝聚，即开始出现失活: Fe* +X→Fe +X Si* +X→Si +X C* +X→C +X
辐照 剂量
3.6 6.0 8.8 1.6 0.075 0.18 2.5
平均 粒径 （nm） 16 8 10 20 10 4 20
Pb
Co
0.01mol/L Pb(CH3COO)2+0.05mol/LC12H25-NaSO4+2.0 mol/L(CH3)2CHOH
0.01mol/L CoCl2+0.5mol/L NH4Cl+0.1mol/L NH3H2O+2.0 mol/L(CH3)2CHOH
原料纯化处理
原因:主要原料是各类反应气，惰性保护气体，载气。 气体中通常都含有微量的杂质氧和吸附水，这些 杂质在合成反应进行前应予以除去，否则会混杂于产 品中，或影响合成反应进行。 方法：通常在反应前，采用变色硅胶或各类分子筛(molecular sieve)
来清除各类气体中的水分，利用高效气体脱氧剂除去各路气体中的微量氧。
对于各类惰性气体(如酸性或碱性气体)，要选择相应的惰性脱水剂。
如NH3属于碱性气体，应考虑使用碱性脱水剂除去其中的水分，否则纯化 过程中会引发某些化学反应，大大降低NH3原料的利用率。经过纯化处理
的气体进行化学反应时，可以避免高温下的某些副反应发生，从而有效地
提高产品的纯度。
反应气进行预热处理Fra bibliotek C2H4 → C2H4* (活化态)
能量将发生转移和均化： SiH4* +Fe(CO)5 → Fe(CO)5*(活化态) + SiH4
C2H4 * + Fe(CO)5 → Fe(CO)5* (活化态) + C2H4
SiH4* + C2H4 → C2H4* (活化态) + SiH4
化学反应开始发生：
目标物质的要求，设定各路反应气的化学计量比
例，在设定的比例下进行混气。对于特殊的化学 反应，如还原性反应，要根据具体情况确定出还
原气体相对于原料气体的过量比例。
3．激光诱导气相化学反应合成纳米粒 子机制描述
反应气体对照射激光光子具有选择吸收性。反应气体 分子吸收激光光子后将通过两种物理图像得到加热：
激光法合成纳米粒子的关键性问题
问题： 入射激光能否引发化学反应 解决方法：
激光光源具有单色性和高功率强度，如果能使入 射激光光子频率与反应气体分子的吸收频率相一 致，则反应气体分子可以在极短的时间内吸收足 够的能量，从而迅速达到相应化学反应所需要的 阈值温度，引发反应体系化学反应发生。
为了保证化学反应所需要的能量，需要选择 对入射激光具有强吸收的反应气体
激光法与普通电阻炉加热法制备纳米粒子具有本质区别： (1)由于反应器壁是冷的，因此无潜在的污染； (2)原料气体分子直接或间接吸收激光光子能量后迅速 进行反应； (3)反应具有选择性； (4)反应区条件可以精确地被控制； (5)激光能量高度集中,反应区与周围环境之间温度梯度 大，有利于成核粒子快速凝结。
双光束激励
粉体的收集和取拿要在惰性气体环境中进行,对吸 附的氧可在高温下( > 1 273 K)通过HF 或H2 处理.
2.4.2 等离子体加强气相化学反应法
等离子体法制备纳米粒子的基本原理：
等离子体是一种高温、高活性、离子化的 导电气体，等离子体高温焰流中的活性原 子、分子、离子或电子以高速射到各种金 属或化合物原料表面时，就会大量溶人原 料中，使原料瞬间熔融，并伴随有原料蒸 发。蒸发的原料与等离子体或反应性气体 发生相应的化学反应，生成各类化合物的 核粒子，核粒子脱离等离子体反应区后， 就会形成相应化合物的纳米粒子。
从而制得相应物质的纳米粒子。
例如用连续输出的CO2激光辐照硅烷气体分子 (SiH4)时，硅烷分子很容易热解:
激光制备纳米粒子装置一般有两种类型：正交装置和平行装 置．其中正交装置使用方便，易于控制，工程实用价值大．
激光加热速率为106-108 ℃／S 加热到反应最高温度的时间小于10-4S 被加热的反应气流将在反应区域内形成稳定分布的火 焰，火焰中心处的温度一般远高于相应化学反应所需要 的温度，因此反应在10-3s内即可完成。 生成的核粒子在载气流的吹送下迅速脱离反应区，经 短暂的生长过程到达收集室。
等离子体法制备纳米粒子的主要过程：
实验装置:主要包括等离子体发生装置、
反应装置、冷却装置、收集装置和尾气处
理装置
相应的制备过程主要有：等离子体产生、 原料蒸发、化学反应、冷却凝聚、粒子捕 集和尾气处理等过程
2.4.3其他综合方法
γ射线辐照法
常温下采用γ射线辐照金属盐的溶液可以制备出纳米微粒
金属 产物 Cu Ni Pd Cd Au Pt Sn 溶液 0.01mol/L CuSO4+0.1mol/L C12H25NaSO4+0.01mol/LEDTA+3.0mol/L(CH3)2CHOH 0.01mol/L NiSO4+0.1mol/L NH3H2O+0.01mol/LC12H25NaSO4+2.0mol/L(CH3)2CHOH 0.01mol/L PdCl2+0.05mol/L C12H25NaSO4+3.0mol/L(CH3)2CHOH 0.01mol/L CdSO4+0.01mol/L(NH4)2SO4+1mol/L NH3H2O+0.01mol/L C12H25NaSO4+6.0mol/L(CH3)2CHOH 0.01mol/L HAuCl4+0.01mol/L C12H25NaSO4 0.001mol/L H2PtCl6+0.01mol/L C12H25NaSO4+2.0 mol/L(CH3)2CHOH 0.01mol/L SnCl2+0.5mol/L NaOH+2.0mol/ L (CH3)2CHOH
2．4 制备纳米粒子的综合方法
2．4．1 激光诱导气相化学反应法 2．4．2 等离子体加强气相化学反应法 2. 4．3其他综合方法 1.γ射线辐照法 2.电子辐射法
2．4．1 激光诱导气相化学反应法
（LICVD:Laser Induced Chemical Vapor Deposition）
如SiH4、C2H4对C02激光光子都具有较强的吸收，相应吸收系 数是气氛压力的函数。 对某些有机硅化合物和羰基铁一类的物质，它们对C02激光无明 显的吸收。 解决方法： A 加入相应的光敏剂 在这种情形下，当入射激光照射在体系中时，首先是光敏剂中的分 子或原子吸收激光光子能量，再通过碰撞将激光光子能量转移给反 应气体分子使反应气体分子被活化、加热，从而实现相应的化学反 应。 B 选择大功率激光器作为激光热源 如百瓦级C02连续激光器或各种脉冲激光器等。这类激光器的光束 经透镜聚焦后，功率密度可以达到103—104W／cm2，完全能够 满足激光诱导气相化学反应合成各类纳米粒子的要求。