第六章 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纳米材料是指颗粒的尺寸在1到100纳米之间的物质。
由于纳米材料具有特殊的物理、化学和生物学特性，在材料科学、电子学、生物医学和能源领域等方面具有广泛的应用前景。
制备纳米材料的方法主要包括物理方法、化学方法和生物方法。
物理方法是制备纳米材料的最早方法之一，主要包括减容法、碾磨法和气相法。
减容法是指通过在高温、高压或在溶液中应用化学添加剂等条件下将普通尺寸的材料转化为纳米尺寸的方法。
碾磨法是通过机械力对大颗粒体进行碾磨，从而制备纳米颗粒。
气相法是通过气相化学反应、热蒸发、溅射等方法在高温、低压条件下直接合成纳米颗粒。
化学方法是制备纳米材料的主要方法之一，它利用液相中的化学反应来控制纳米材料的合成。
化学方法主要包括溶胶-凝胶法、沉积法和共沉淀法等。
溶胶-凝胶法是指通过控制一种溶胶的成分、浓度、温度和时间等参数，在溶胶溶液中通过凝胶-溶胶转化制备纳米颗粒。
沉积法是通过在溶液中添加适当的反应物，使反应发生在固-液界面上，从而制备纳米颗粒。
共沉淀法是指将两种或多种溶液混合，通过化学反应使溶液中的金属离子共沉淀，并形成纳米颗粒。
生物方法是近年来兴起的一种制备纳米材料的方法，它通过利用生物体或其代谢产物作为模板合成纳米颗粒。
生物方法主要包括生物还原法、生物矿化法和生物组织法等。
生物还原法是利用微生物、植物或生物体细胞还原金属离子为金属纳米颗粒。
生物矿化法是利用生物体或其代谢产物在生物体表面或内部合成纳米颗粒。
生物组织法是通过利用生物组织细胞分泌的有机物和无机物相互作用来合成纳米材料。
此外，还有一些特殊的制备纳米材料的方法，如电化学法、溶剂热法和气体氢化法等。
电化学法是利用电化学反应在电极上合成纳米颗粒。
溶剂热法是通过在溶剂中加热溶解或溶胀大颗粒物质，然后通过快速冷却制备纳米材料。
气体氢化法是通过在氢气氛围中将金属或合金加热到一定温度，使其发生氧气还原反应而制备纳米材料。
综上所述，制备纳米材料的方法多种多样，每种方法都有其特点和适用范围。
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多种多样，具体选择的方法取决于所需纳米材料的性质、应用需求以及实验条件等因素。
以下是几种常见的纳米材料制备方法：1.化学合成法：-溶液法：将适当的化学物质在溶剂中混合反应，控制反应条件如温度、pH值等，通过溶液中原子、离子或分子的自组装形成纳米结构。
常见的溶液法包括溶胶-凝胶法、共沉淀法、沉积法等。
-气相沉积法：将气态前驱物质通过化学反应沉积到基底表面，形成纳米结构。
气相沉积法包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）等。
2.物理方法：-机械球磨法：通过机械力的作用使粉末颗粒在球磨罐中产生碰撞和摩擦，从而实现颗粒的细化和形态的改变，制备纳米颗粒或纳米结构。
-溅射法：利用高能粒子轰击靶材表面，使靶材表面原子或分子脱落并沉积到基底表面，形成纳米薄膜或纳米结构。
3.生物合成法：-利用生物体内的生物合成过程，通过调控生物体的生理条件或添加适当的试剂，使生物体产生纳米材料。
常见的生物合成法包括植物合成、微生物合成等。
4.模板法：-利用模板的空间排列结构和特定的化学性质，将原料物质定向沉积或填充到模板孔道中，通过模板的模板效应制备纳米结构。
常见的模板法包括硅模板法、自组装模板法等。
5.激光法：-利用激光束对物质进行光照，控制激光的能量和焦点位置，使材料在局部区域发生化学或物理变化，形成纳米结构。
常见的激光法包括激光烧蚀、激光诱导化学气相沉积等。
这些制备方法各有特点，可以根据纳米材料的具体要求选择适合的方法进行制备。
同时，纳米材料的制备过程中需要注意控制反应条件、纯度和结构等关键因素，以确保制备得到高质量的纳米材料。
纳米材料的制备方法(液相法)
(2)雾化水解法
将一种盐的超微粒子，由惰性气体载入含有金属 醇盐的蒸气室，金属醇盐蒸气附着在超微粒的 表面，与水蒸气反应分解后形成氢氧化物微粒， 经焙烧后获得氧化物的超细微粒。
这种方法获得的微粒纯度高，分布窄，尺寸可控。 具体尺寸大小主要取决于盐的微粒大小。
例如高纯Al2O3微粒可采用此法制备： 具体过程是将载有氯化银超微粒(868一923K)的 氦气通过铝丁醇盐的蒸气，氦气流速为500— 2000 cm3/min，铝丁醇盐蒸气室的温度为395— 428K，醇盐蒸气压＜=1133Pa。在蒸气室形成 以铝丁醇盐、氯化银和氦气组成饱和的混合气 体。经冷凝器冷却后获得了气态溶胶，在水分 解器中与水反应分解成勃母石或水铝石(亚微 米级的微粒)。经热处理可获得从Al2O3的超细 微粒。
• 金刚石粉末的合成
5ml CCl4 和过量的20g金属钠被放到50ml的高压釜中，质量比为Ni:Mn:Co = 70:25:5的Ni-Co合金作为催化剂。在700oC下反应48小时，然后的釜中冷却。 在还原反应开始时，高压釜中存在着高压，随着CCl4被Na还原，压强减少。 制得灰黑色粉末。
(A)TEM image (scale bar, 1 mm) (B) electron diffraction pattern (C) SEM image (scale bar, 60 mm)
§2.2 .1 沉淀法 precipitation method
沉淀法是指包含一种或多种离子的可溶性盐溶液， 当加入沉淀剂(如OH--，CO32-等)后，或在一定 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除去，经热分解或脱 水即得到所需的化合物粉料。
ZrOCl2 2NH 4OH H 2O Zr(OH ) 4 2NH 4Cl
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有几种，其中包括物理法、化学法和生
物技术法。
1. 物理法：物理法的制备方法又可以分为几类，包括电磁熔炼法、湿法分散器等。
例如电磁熔炼法可以通过电磁力场将含有特定成分的
材料加热融化，然后通过冷却和固定，形成小尺度的粒子。
湿法分散
器也可以将混入溶剂中的原料加以研磨并调节粒径，从而获得纳米溶胶。
2. 化学法：化学法中，主要有溶剂热法、溶剂冷法等。
溶剂热法
是使用溶剂作为介质，将原料溶解，然后加入体系内氧化剂进行氧化
聚合，最后用超声处理微粒，形成更小的纳米粒子。
而溶剂冷法则是
将原料溶解后，再加入表面活性剂，使其聚集形成纳米粒子。
3. 生物技术法：生物技术法则是利用微生物的合成能力进行合成，将原料添加到表面活性剂、微生物介质、磷酸肥料等中，以促进微生
物的生长和代谢，最终形成纳米粒子。
以上就是纳米材料的制备方法主要有几种，它们分别是物理法、
化学法和生物技术法。
这些方法都有不同的优点和缺点，需要根据具
体应用场景选择合适的方法，以期获得更高质量的纳米材料粒子。
纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法纳米材料是一种具有极小颗粒尺寸的材料，其颗粒尺寸通常在1到100纳米之间。
纳米材料具有独特的物理、化学和生物学性质，广泛应用于化学、材料科学、医学等领域。
纳米材料的制备方法多种多样，包括物理法、化学法和生物法等。
下面将详细介绍几种常用的纳米材料制备方法。
1.物理法物理法主要利用物理过程来制备纳米材料，如溅射、喷雾干燥、球磨等。
（1）溅射法：溅射法是通过在高真空或惰性气体氛围中，用高能粒子轰击靶材产生靶材原子或分子的传递过程，将原料转化为纳米颗粒。
这种方法能够制备出尺寸均一、纯度高的纳米材料。
（2）喷雾干燥法：喷雾干燥法是通过将溶液喷雾成雾状，然后用热空气或惰性气体将其快速干燥，形成纳米颗粒。
这种方法简单易行，适用于大规模制备纳米材料。
（3）球磨法：球磨法是将粉末物料置于磨盘或磨球中进行研磨，通过磨碎使粉末颗粒达到纳米尺寸。
球磨法可以用于制备金属纳米颗粒、纳米氧化物等。
2.化学法化学法是利用化学反应过程来制备纳米材料，包括溶胶-凝胶法、热分解法、气相沉积等。
（1）溶胶-凝胶法：溶胶-凝胶法是通过将溶解的金属盐或金属有机化合物加入溶剂中形成溶胶，再通过凝胶剂的作用将溶胶转化为凝胶，最后通过热处理等方法形成纳米材料。
（2）热分解法：热分解法主要通过调节温度和气氛条件，使金属有机化合物在热分解过程中产生金属纳米颗粒。
这种方法制备的纳米材料尺寸均一、分散性好。
（3）气相沉积：气相沉积是在高温下，通过将金属有机气体或金属原子蒸发成气态，然后在基底上沉积形成纳米材料。
这种方法适用于制备纳米薄膜和纳米线等。
3.生物法生物法利用生物体或其代谢产物来制备纳米材料，包括微生物法、植物法和生物模板法等。
（1）微生物法：微生物法利用微生物合成酶的特殊功能来制备纳米材料。
例如，利用细菌或酵母菌的代谢活性合成金属纳米颗粒。
（2）植物法：植物法利用植物自身的生物合成能力来制备纳米材料。
例如，利用植物细胞的代谢活性合成金属纳米颗粒。
纳米材料制备技术
纳米材料制备技术1.物理制备技术：(1)气相法：通过热分解或还原反应，在载气中使金属或化合物气态原料形成纳米粒子，然后冷凝得到纳米材料。
(2)溶液法：通过溶液中的溶质以浓集、析出的方式实现纳米材料的制备，如化学还原法、溶胶-凝胶法、沉积-沉淀法等。
(3)粉末冶金法：将金属或化合物原料粉末经过混合、压制和烧结等工艺步骤制备成纳米颗粒。
(4)电化学法：通过电解沉积、阳极氧化等电化学方法，以金属离子或化合物为原料，制备纳米结构的材料。
2.化学制备技术：(1)水热合成法：将溶液经过加热和加压处理，在高温高压环境下合成纳米材料。
(2)碳量子点法：将含有碳源的溶液进行热处理或光照处理，通过裂解和组装作用制备纳米尺寸的碳材料。
(3)真空蒸发法：将金属或化合物原料放置在真空腔中，通过蒸发和冷凝等过程制备纳米材料，如蒸发凝聚法和磁控溅射法等。
3.生物制备技术：(1)微生物法：利用一些特殊的微生物（如细菌、真菌、植物等），通过它们的代谢产物或细胞外酶的作用，合成得到纳米材料。
(2)生物矿化法：利用生物体内的一些有机分子作为模板，通过加入金属或化合物源，通过生物矿化作用，形成纳米尺度的晶体。
4.机械制备技术：(1)高能球磨法：用高能球磨机对粉末材料进行高强度球磨，使粉末颗粒碰撞、摩擦、破碎等过程，最终得到纳米颗粒。
(2)电压脉冲法：利用电脉冲的能量作用于材料表面，产生高温、高压等效应，从而制备纳米材料。
纳米材料制备技术的选择取决于所需纳米材料的特性和应用需求。
以上是常见的几种制备技术，但仍有更多新颖的技术不断涌现。
纳米材料的制备过程也需要考虑如材料成本、制备规模、可扩展性等因素，以实现纳米材料的可持续发展和产业应用。
纳米材料的制备方法及原理 (整理)
7、等离子体加热蒸发法
等离子体的概念及其形成
物质各态变化： 固体→液体→气体→等离子体→反物质（负）+物质（正） （正负电相反，质量相同） 只要使气体中每个粒子的能量超过原子的电离能，电子将 会脱离原子的束缚而成为自由电子，而原子因失去电子成 为带正电的离子（热电子轰击）。这个过程称为电离。当 足够的原子电离后转变另一物态---等离子态。
4
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。
5
1、气相法制备纳米微粒的生长机理
• 3) 激光加热： 将具有很高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千
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3、非晶晶化法
原理：先将原料用急冷技术制成非晶薄带或薄膜， 就是把某些金属元素按一定比例高温熔化，然后 将熔化了的合金液体适量连续滴漏到高速转动的 飞轮表面，这些合金液体沿着飞轮表面的切线方 向被甩了出去同时急遽地冷却，成为非晶薄带或 薄膜。然后控制退火条件，如退火时间和退火温 度，使非晶全部或部分晶化，生成的晶粒尺寸可 维持在纳米级。
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4、机械破碎法
是采用高能球磨、超声波或气流粉碎等机械方法，以粉 碎与研磨为主体来实现粉末的纳米化。 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
纳米材料的制备方法(液相法)
05
液相法制备纳米材料的前景与展 望
新材料开发与应用
液相法制备纳米材料在新型材料开发 中具有广泛应用，如高分子纳米复合 材料、金属氧化物纳米材料等。
随着科技的发展，液相法制备的纳米 材料在能源、环保、生物医学等领域 的应用前景广阔，如燃料电池、太阳 能电池、生物传感器等。
提高制备效率与质量
液相法制备纳米材料具有较高的生产效率和可控性，能够实 现规模化生产。
通过优化制备条件和工艺参数，可以进一步提高纳米材料的 性能和质量，如粒径分布、结晶度等。
降低制备成本与能耗
液相法制备纳米材料具有较低的成本和能耗，能够降低生 产成本，提高经济效益。
通过改进制备技术和设备，可以进一步降低液相法制备纳 米材料的成本和能耗，实现绿色可持续发展。
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微乳液法
总结词
通过将前驱体溶液包含在微小的水或油滴中来制备纳米材料的方法。
详细描述
微乳液法是一种制备纳米材料的有效方法。在微乳液法中，将前驱体溶液包含在微小的水或油滴中， 形成微乳液。通过控制微乳液的尺寸和前驱体的反应条件，可以制备出具有特定形貌和尺寸的纳米材 料。微乳液法可以用于制备有机或无机纳米材料，具有较高的应用价值。
液相法具有操作简便、成本低、 可大规模生产等优点，适用于制 备多种纳米材料，如金属、氧化 物、硫化物等。
液相法的分类
01
02
03
化学还原法
通过化学还原剂将金属盐 或氧化物还原成金属纳米 粒子。
沉淀法
通过控制溶液的pH值、温 度等条件，使金属离子或 化合物沉淀为纳米粒子。
微乳液法
利用微乳液作为反应介质， 通过控制微乳液的组成和 反应条件，合成纳米粒子。
纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法纳米材料作为一种新型材料，在各个领域都有着广泛的应用前景。
其特殊的物理、化学性质使其在电子、光电子、生物医学、材料科学等领域具有重要的研究价值和应用前景。
纳米材料的制备方法多种多样，下面将介绍几种常见的制备方法。
一、溶剂热法。
溶剂热法是一种常见的纳米材料制备方法，其原理是在高温高压的条件下，利用溶剂对原料进行溶解，再通过溶剂的挥发或者结晶使得纳米材料形成。
这种方法制备的纳米材料具有粒径均匀、形貌良好的特点，适用于金属氧化物、硫化物等纳米材料的制备。
二、溶胶-凝胶法。
溶胶-凝胶法是一种常用的无机纳米材料制备方法，其原理是通过溶胶的形成和凝胶的固化使得纳米材料形成。
这种方法制备的纳米材料具有高比表面积、孔隙结构丰富、粒径可控的特点，适用于氧化物、硅酸盐等无机纳米材料的制备。
三、化学气相沉积法。
化学气相沉积法是一种常用的纳米碳材料制备方法，其原理是通过气相中的化学反应使得纳米碳材料在衬底上沉积形成。
这种方法制备的纳米碳材料具有高结晶度、纯度高、形貌可控的特点，适用于碳纳米管、石墨烯等碳基纳米材料的制备。
四、机械合成法。
机械合成法是一种简单、易操作的纳米材料制备方法，其原理是通过机械能对原料进行高能量的机械作用，使得原料在局部区域发生变形、断裂、聚合等反应，最终形成纳米材料。
这种方法制备的纳米材料具有晶粒尺寸小、晶粒尺寸可控的特点，适用于金属、合金等纳米材料的制备。
五、电化学沉积法。
电化学沉积法是一种常见的金属纳米材料制备方法，其原理是通过电化学反应在电极表面沉积金属离子形成纳米材料。
这种方法制备的纳米材料具有形貌可控、结晶度高的特点，适用于金属纳米颗粒、纳米线等金属纳米材料的制备。
以上介绍了几种常见的纳米材料制备方法，每种方法都有其特点和适用范围。
在实际应用中，可以根据具体的要求选择合适的制备方法，以获得满足需求的纳米材料。
希望以上内容对您有所帮助。
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
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。
新版第六章纳米材料的制备方法课件.ppt
4. 电子束加热：可制备高熔点金属以及相应的氧
化物、碳化物、氮化物等纳米粒子，通常在高真 空中使用
5. 微波加热：加热速度快且均匀，节能高效，易 于控制，但不适用于金属材料
6. 电弧加热：有气中电弧精选和真空电弧两种
6
6.1.1 物理气相沉淀法(PVD)
• 定义：在整个纳米材料形成过程中没有发 生化学反应，主要是利用各种热源促使金 属等块体材料蒸发气化，然后冷却沉积而 得到纳米材料。主要用于制备金属纳米微 粒
精选
27
1. 热分解法：利用金属化合物的热分解反应来制备 超微粒的方法。
公式：S1
S2 + G1
常选用有机盐前驱体，由于有机盐易提纯、金属
组成明确，分解温度低，但是价格高，产生的
碳容易进入分解生成物
2. 火花放电法：
例如：氧化铝的制备，在水槽内放入金属铝粒的堆 积层，把电极插入层中，利用在铝粒间发生的 火花放电来制备微粉
• 物质的微粉化机理： 1. 将大块物质极细地分割（粉碎过程）
2. 将最小单位(原子或分子)组合（构筑过 程）
精选
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• 分类：
粉碎法包括：(用球磨机、喷射磨等进行粉 碎)，化学处理(溶出法)等
构筑法包括：热分解法(大多数是盐的分解)， 固相反应法(化合物)，火花放电法(用金属 铝生产氢氧化铝)等
精选
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6.2.2 喷雾法
• 定义：是指溶液通过各种物理手段进行雾 化获得超微粒子的一种化学与物理相结合 的方法。
• 特点：颗粒分布比较均匀，但颗粒尺寸为 亚微米到l0 um
• 分类：根据雾化和凝聚过程分为下述三种 方法：喷雾干燥法、雾化水解法、雾化焙 烧法
精选
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纳米材料的自制方法与技巧
纳米材料的自制方法与技巧纳米材料是一种具有特殊性质和应用潜力的材料，其颗粒大小在纳米级别范围内。
制备高质量的纳米材料是纳米科技研究的基础和关键，本文将介绍一些常用的纳米材料自制方法和相关技巧。
一、物理法制备纳米材料1. 气溶胶法气溶胶法是一种常用的制备纳米颗粒的方法，其原理是通过化学反应或物理气相沉积等手段，将气态物质转化为固态或液态的纳米颗粒。
这一方法制备的纳米材料一般具有较高的纯度和均一性，适用于多种金属、氧化物和合金等纳米材料的制备。
2. 真空蒸发法真空蒸发法是制备纳米材料薄膜的一种常用方法。
该方法通过在真空环境下升华或蒸发初始材料，沉积在基底上形成纳米级厚度的薄膜。
选择合适的基底材料和蒸发物质，控制蒸发速率和温度等参数，可以实现对纳米薄膜的控制生长。
3. 机械法机械法是一种简单有效的制备纳米材料的方法。
常用的机械法包括球磨法、剪切法和压制法等。
球磨法通过将原材料与金属球或氧化物球一起放入球磨机中进行碾磨，从而实现颗粒的细化。
剪切法利用机械设备对原材料进行剪切，使其断裂并形成颗粒。
压制法则是通过将材料加入到模具中，进行高压压制，然后再进行热处理等工艺，形成纳米材料。
二、化学法制备纳米材料1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的纳米材料制备方法，其原理是通过将金属盐或有机物在溶剂中溶解形成溶胶，然后通过控制反应条件，如速率、温度、pH值等，使溶胶逐渐凝胶从而形成纳米材料。
2. 水热合成法水热合成法是一种利用高压高温水热条件下进行合成的纳米材料制备方法。
该方法通常需要使用特定的反应器和高压加热系统，通过在水热环境下控制多相反应的速率和温度，使溶液中的原料逐渐生成纳米颗粒。
3. 水相反应法水相反应法是一种通过水溶液中进行反应，形成纳米材料的制备方法。
该方法通常需要选择合适的反应剂、溶剂和控制反应条件，通过溶液中的离子反应生成纳米颗粒。
水相反应法具有制备多种纳米材料的优势，并且反应条件相对温和，适合生产规模化制备。
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有以下几种：
一、物理制备方法。
物理制备方法包括溅射技术、冷凝气相沉积（CVD）技术、液体-液体超声破碎技术、溶胶-凝胶技术、微通道技术、湿化学调制技术、引入剂技术、蒸镀技术等。
溅射技术是将纳米粒子
或分散体以喷雾的形式由高压气体或气态、液态金属或其他物质喷射
到固体表面，使其在固相上形成一层均匀的薄膜。
二、化学制备方法。
化学制备方法是将原料化学反应，生成不同
结构的纳米结构。
包括反应凝胶法、超声法、电沉积法、溶剂热法、
熔融凝固法等。
这些化学反应可以产生出各种纳米材料，如纳米纤维、金属纳米粒子、金属氧化物纳米材料等。
三、生物制备方法。
生物制备方法主要是利用某种生物体如细菌、真菌、植物等，通过生物反应产生特殊的纳米结构。
常用的生物技术
包括细菌结晶、真菌精细加工技术、发酵技术等。
这些生物制备方法
的优点是绿色、无毒、低成本、可控性强等。
四、机械捣碎法。
机械捣碎法（或称为机械研磨法）是一种制备
纳米材料的非常常用的方法，其基本原理是利用机械压力将原料捣碎
到纳米级尺寸，从而获得纳米尺度的材料。
机械捣碎法可用于不同类
型的材料，如金属材料、金属氧化物、无机非金属材料及碳纳米管等。
总之，纳米材料的制备方法主要有物理制备方法、化学制备方法、生物制备方法和机械捣碎法四大类。
在实际应用中，应根据实际情况
灵活选择合适的纳米材料制备方法，才能较好地发挥纳米材料的优势。
纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法纳米材料制备方法纳米材料是一种尺寸在纳米级别（1-100纳米）的物质，具有独特的物理、化学和生物特性，广泛应用于电子、光电、材料科学等领域。
目前，有许多方法可用于纳米材料的制备，下面将介绍几种常见的制备方法。
1. 物理方法物理方法制备纳米材料主要包括纳米球磨法、脉冲激光沉积法、物理气相沉积法等。
其中，纳米球磨法是一种通过机械能将材料研磨至纳米级尺寸的方法，通常使用球磨机将初级颗粒或粉末与研磨介质一起磨碎，最终得到纳米粒子。
脉冲激光沉积法是利用高能量脉冲激光将材料蒸发并在基底上沉积，形成纳米材料。
物理气相沉积法则是通过将材料的气态前驱物质蒸发并在基底表面沉积，从而制备纳米材料。
2. 化学方法化学方法是制备纳米材料最常用的方法之一，包括溶胶-凝胶法、沉淀法、逆微乳法等。
其中，溶胶-凝胶法是指将溶解液中的前驱物通过水合、聚集等反应生成胶体粒子，并在适当条件下形成凝胶或固体。
沉淀法是通过在溶液中混合两种不相溶溶液，使得其中一种离子产生位移反应并沉淀，在沉淀过程中形成纳米晶体。
逆微乳法是将两种不可混溶的液体通过表面活性剂的形成形成微乳体，然后通过化学反应在微乳体中合成纳米材料。
3. 生物方法生物方法制备纳米材料是近年来新兴的一种方法，利用生物体内的生物分子、生物小分子和生物活性物质在合适条件下自组装形成纳米结构。
这些生物体包括细胞、细菌、酵母等微生物，以及植物、动物等。
通过调节生物体内部环境、生长条件等因素，可以有效地制备出各种形状和结构的纳米材料。
4. 等离子体辅助方法等离子体辅助方法是一种利用等离子体的高温高能量特性制备纳米材料的方法。
常见的等离子体辅助方法包括电弧放电、磁控溅射、等离子体化学气相沉积等。
其中，电弧放电方法是一种利用电弧高温等离子体的热效应将导线或电极上的金属蒸发并冷凝成纳米粒子的方法。
磁控溅射则是利用磁控电极和高能离子束将材料表面溅射下来并堆积在基底上，形成纳米薄膜。
纳米材料的制备
制备原理及方法
该法通常是在真空蒸发室内充入 低压（50Pa—1KPa）惰性气体（N2、 He、Ar等），通过蒸发源的加热作 用（可采用电阻、等离子体、电子 束、激光、高频感应等加热源）， 使待制备的金属、合金或化合物气 化或形成等离子体，与惰性气体原 子碰撞而失去能量，然后骤冷使之 凝结成纳米粉体粒子，粒子的粒径 可通过改变气体压力、加热温度、 惰性气体种类以及惰性气体流速等 进行控制。凝聚形成的纳米粒子将 在冷肼上沉积起种或数种金属 物质得到。 • 纳米氧化物可在蒸发过程中或制成粉体后 于真空室内通以纯氧使之氧化得到。 • 纳米金属粉体可在蒸发过程中通以甲烷为 粉体包覆碳“胶囊”。
优缺点
蒸发冷凝法： 优点是所制作的纳米粒子表面清洁，可 以原位加压进而制备纳米块体。纳米粒子 的粒径可以通过调节加热温度、压力和气 氛等参数在几纳米至500nm范围内调控。 缺点是结晶形状难以控制、生产效率低。
蒸发凝聚法
蒸发凝聚法是采用物理方法制备纳米 粉体的一种典型方法。也是制备金属或陶瓷超 细微粉末的一种常用方法，这种方法也叫做惰 性气体下蒸发凝聚法（因为是在惰性气体下操 作） 通常由具有清洁表面的、粒度为1100nm的微粒经高压成形而成，纳米陶瓷还需 要烧结。国外用上述惰性气体蒸发和真空原位 加压方法已研制成功多种纳米固体材料，包括 金属和合金，陶瓷、离子晶体、非晶态和半导 体等纳米固体材料。我国也成功的利用此方法 制成金属、半导体、陶瓷等纳米材料。
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）。
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等
2. 激光诱导：利用反应气体分子(或光敏分子) 对特定波长激光束的吸收，引起反应气体分子光 解、热解、光敏化反应和激光诱导化学合成反应
• 分类：
由原料蒸发方式的不同,可分为等离子增强化学气 相沉积法(PECVD法)和激光诱导化学气相沉积法 (LICVD法)等； 由反应类型不同分为热解化学气相沉积、化学合 成气相沉积、化学输运反应 1.热解化学气相沉积：条件是分解原料通常容易 挥发，蒸气压、反应活性高。一般的反应形式为： A（气） → B（固）＋ C（气）↑
1. 热分解法：利用金属化合物的热分解反应来制备 超微粒的方法。 公式：S1 S2 + G1 常选用有机盐前驱体，由于有机盐易提纯、金属 组成明确，分解温度低，但是价格高，产生的 碳容易进入分解生成物 2. 火花放电法： 例如：氧化铝的制备，在水槽内放入金属铝粒的堆 积层，把电极插入层中，利用在铝粒间发生的 火花放电来制备微粉 3. 溶出法： 例如：Raney Ni催化剂的制备
• 气相法的加热源
1. 电阻加热：主要是进行低熔点金属（ Ag、Al、 Cu、Au等）的蒸发，产量小，常用于研究 2. 高频感应加热：粒子粒径均匀、产量大，高熔 点低蒸气压物质的纳米微粒(W、Ta、Mo等)难制 备 3. 激光加热：不受蒸发物质的污染，适于制备高 熔点的金属纳米粒子以及各种氧化物、碳化物和 氮化物等 4. 电子束加热：可制备高熔点金属以及相应的氧 化物、碳化物、氮化物等纳米粒子，通常在高真 空中使用 5. 微波加热：加热速度快且均匀，节能高效，易 于控制，但不适用于金属材料 6. 电弧加热：有气中电弧和真空电弧两种
• 分类：由反应的类型可分为水热结晶法、
水热合成法、水热分解法、水热氧化法、 水热还原法等 • 溶剂热法：采用有机溶剂代替水作介质， 扩大了水热技术的应用范围，可制备在水 溶液中无法长成，易氧化、易水解或对水 敏感的材料，反应过程易于控制，粒径的
大小也可以有效控制
6.2.4 溶胶——凝胶法
• 定义：金属有机和无机化合物经过溶液、 溶胶、凝胶而固化，再经热处理而形成氧 化物或其它化合物纳米材料的方法 • 特点：所得粉体纯度高，化学均匀性好， 并且易于制得多种复合材料，主要用来制 备薄膜和粉体材料 • 溶胶—凝胶过程：溶胶的制备；溶胶—凝 胶转化；凝胶干燥
3SiH4(g)+4NH3(g) Si3H4(s)+12H2(g) 3SiCl4(g)+4NH3(g) Si3N4(s)+12HCl(g) 2SiH4(g)+C2H4(g) 2SiC(s)+6H2(g)
BCl3(g)+3/2NH3(g) B(s)+3HCl(g)
3. 化学输运反应：把所需要的物质当做源物质， 借助于适当的气体介质与之反应而形成一种气态 化合物，这种气态化合物经化学迁移或物理载带 (用载气)输运到与源区温度不同的沉淀区，再发 生逆向反应，使得源物质重新沉淀出来，这样的 过程称为化学输运反应。上述气体介质叫做输运 剂
溶胶-凝胶的形成过程
水解 单体发生缩合和聚合反应形成颗粒
网状结构的形成， 溶胶变稠形成凝胶
颗粒团聚
颗粒长大
• 溶胶-凝胶法在制备功能陶瓷等纳米材料方 面由广泛的应用。 • 例如:以ZrCl4和水合无机盐为原料,用此法 可合成稳定的四方多晶体ZrO2粉,该粉在 550℃下焙烧2小时后粒径为40nm,在高于 1220℃、压力为23MPa条件下烧结1小时,烧 结体密度可达理论密度;以醋酸铅、 Ca(NO3)2和钛酸丁脂为原料,采用溶胶-凝胶 法可成功地制备具有良好导电、压电、热 释电及光学特性的(Pb,Ca)TiO3纳米粉体材 料,这些颗粒呈球状、粒径为30-50nm,且分 散性好
1.共沉淀：含多种(两种或两种以上)阳离子的溶 液中加入沉淀剂后，所有离子完全沉淀的方法制 备纳米微粒的方法，它又可分成单相共沉淀法和 混合物共沉淀法
为了获得沉淀的均匀性，通常采用反滴法；对粒 径进行有效控制、防止颗粒间的絮凝团聚，通常 是利用高聚物作为分散剂防止团聚 2.均相沉淀法：利用某一化学反应使溶液中的构晶 离子由溶液中缓慢均匀的释放出来，通过控制溶 液中沉淀剂浓度，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
6.2.5 自组装法
• 定义：在无人为干涉条件下，组元通过共 价键等作用自发地缔结成热力学上稳定、 结构上确定、性能上特殊的聚集体的过程 • 纳米结构的组装体系的形成有两个重要的 条件： 一是有足够数量的非共价键或氢键存在 二是自组装体系能量较低
6.2.6 模板法
• 定义：将纳米微粒限制在聚合物基体结构 中，从而提高纳米微粒的稳定性 • 分类：
• 二者方法的同异：都能提供一个有限大小 的反应空间，区别在于前者提供的是静态 的孔道，物质只能从开口处进入孔道内部， 而后者提供的则是处于动态平衡的空腔， 物质可以透过腔壁扩散进出 • 模板法的不足：首先是模板与产物的分离 比较麻烦；其次，模板的结构一般只是在 很小的范围内是有序的，很难在大范围内 改变；第三，模板的使用造成了对反应条 件的限制
干式粉碎 粉碎法 湿式粉碎 热分解法 固相法 固相反应法 其它方法
6.1 气相法制备纳米微粒
• 定义：气相Βιβλιοθήκη 指直接利用气体或者通过各 种手段将物质变为气体，使之在气体状态 下发生物理或化学反应，最后在冷却过程 中凝聚长大形成纳米微粒的方法 • 优点：颗粒细、团聚少,可以制备出液相法 难以制得的金属碳化物、氮化物、硼化物 等非氧化物超微粉 • 缺点：设备要求高
6.2 液相法制备纳米微粒
• 定义：将均相溶液通过各种途径使溶质和 溶剂分离，溶质形成一定形状和大小的颗 粒，得到所需粉末的前驱体，热解后得到 纳米微粒 • 特点：设备简单、原料容易获得、纯度高、 均匀性好、化学组成控制准确等优点，主 要用于氧化物系超微粉的制备
6.2.1 沉淀法
• 定义：包含一种或多种阳离子的可溶性盐 溶液，当加入沉淀剂（如OH-、CO32-等）后， 或于一定温度下使溶液发生水解或直接沉 淀，形成不溶性氢氧化物、氧化物或无机 盐类，直接或经热分解得到所需的纳米微 粒。 • 分类：
6.1.2 化学气相沉积法（CVD）
• 定义：在气态下，通过化学反应，使反应 产物蒸气形成很高的过饱和蒸气压，自动 凝聚形成大量的晶核，这些晶核不断长大， 聚集成纳米颗粒的过程 • 特点：保形性，生成物质单一，沉淀后即 得晶体或细粉状物质 • 常用加热方法： 1. 电炉直接加热:主要有电阻丝、等离子体加热
例如，随尿素水溶液的温度逐渐升高至 70℃附近， 尿素会发生分解，即 (NH2)2CO + 3H2O 2NH4· OH + CO2 生成的沉淀剂 NH4· OH 在金属盐的溶液中分布均匀， 浓度低，使得沉淀物均匀地生成。
3.直接沉淀法：在金属盐溶液中加入沉淀剂，在一 定条件下生成沉淀析出，沉淀经洗涤、热分解等 处理工艺后得到超细产物。 操作简单，对设备要求不高，不易引入杂质，产 品纯度高，但洗涤原溶液中的阴离子较难，得到 的粒子粒径分布较宽 4.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反应，生成氢氧化物或 氧化物沉淀的特性来制备超细粉末的方法。 产物纯度高，组成均一 金属醇盐制备方法：金属与醇反应，金属卤化物 与醇反应
2.氢电弧等离子体法：微粒的生成量随等离子气体 中的氢气浓度增加而上升，已制备出三十多种纳 米金属（等离子体温度高）和合金，也有部分氧 化物，但是要克服等离子体喷射的射流将金属熔 融物质本身吹飞的技术难题 3.溅射法：不需要坩锅，靶材料蒸发面积大，可制 备多种金属纳米微粒及多组元的化合物纳米微粒 4.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 成碳化物超微粒子，但是高熔点金属只能得到非 晶态纳米微粒(熔点比碳棒高) 5.流动液面上真空蒸度法 ：制备Ag，Au，Pd，Fe， Ni，In等超微粒子，粒径小（约3 nm）可控
4.粉碎法：一般的粉碎作用力都是几种力的组合， 主要方法有湿法粉碎和干法粉碎两种，有胶体磨， 气流磨，高能球磨法等。 例如：球磨法是利用球磨机的转动或振动，使硬 球对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，把粉末 粉碎为纳米级微粒。 优点： –由于在高能球磨过程中引入了大量的应变、缺 陷以及纳米量级的微结构，可以制备出许多在 常规条件下难以新型材料，主要包括：非晶、 准晶及纳米晶材料； –该方法设备、工艺简单，制备出的样品量大 （可达吨数量级），易于实现工业化生产。
第六章 纳米材料的 制备方法
自下而上 Bottom Up
自上而下 Top Down
纳 米 粒 子 合 成 方 法 分 类
干式粉碎 粉碎法 湿式粉碎
物理法
构筑法
纳 米 粒 子 制 备 方 法
气体冷凝法 溅射法 氢电弧等离子体法
气相分解法 气相反应法 气相合成法 气－固反应法
化学法
共沉淀法 沉淀法 均相沉淀法 水热法 水解沉淀法 液相反应法 溶胶－凝胶法 冷冻干燥法 喷雾法
6.2.2 喷雾法
• 定义：是指溶液通过各种物理手段进行雾 化获得超微粒子的一种化学与物理相结合 的方法。 • 特点：颗粒分布比较均匀，但颗粒尺寸为 亚微米到l0 um • 分类：根据雾化和凝聚过程分为下述三种 方法：喷雾干燥法、雾化水解法、雾化焙 烧法
6.2.3 水热法
• 定义：在高压釜里的高温(100～1000℃) 、 高压(1～100 Mpa)反应环境中，采用水作 为反应介质，使得通常难溶或不溶的物质 溶解，在高压环境下制备纳米微粒的方法。 水热法使前驱物得到充分的溶解，形成原 子或分子生长基元，最后成核结晶，反应 过程中还可进行重结晶。 • 特点：水热法能避免一般液相合成技术中 高温煅烧等可能混入杂质的步骤，可制备 氧化物或少数一些对水不敏感的硫化物
1. “硬模板”法：利用材料的内表面或外表面为 模板，填充到模板的单体进行化学或电化学反应， 通过控制反应时间，除去模板后可以得到纳米颗 粒、纳米棒，纳米线或纳米管，空心球和多孔材 料等。 经常使用的硬模板包括分子筛，多孔氧化铝膜， 径迹蚀刻聚合物膜，聚合物纤维，纳米碳管和聚 苯乙烯微球等等