纳米材料的气相制备方法共29页文档
纳米材料的气相制备方法
热分解反应沉积利用化合物的加热 分解，放在衬底表面进行沉积；化学反 应沉积则由两种或两种以上的气体物质 在衬底上发生化学反应得到相应的纳米 材料，该方法主要应用于化合物纳米材 料的制备。
与惰性气体凝聚法及溅射法相比较， 化学气相沉积具有均匀性好、可对整个 基体进行沉积等优点，其缺点是衬底温 度高。
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等离子体制备法
等离子体法是在惰性气氛或反应气氛下通过直流放 电使气体电离产生高温等离子体,从而使原料熔化和蒸发, 蒸气遇到周围的气体就会被冷却或发生反应形成超微粉。 在惰性气氛下,由于等离子体温度高,采用此法几乎可以 制得任何金属的超微粉。在Ｎ2、NH3等气氛下可以制得 AlN、TiN、Si3N4等金属氮化物;在氧化气氛下可以制得 WO3、MoO3、NiO等金属氧化物;在原料中混入碳或在 CH4、C2H6气氛下则可以制取金属碳化物(如WC、ZrC 等)超微粉。用等离子体作加热源还可提高超微粉的产量。 该技术已成为近年来的发展趋势。工艺和设备也在不断 取得新的进展。
特点：（1）表面清洁（2）粒度齐整，粒径 分布窄（3）容易控制粒度
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它比较适合于合成像金属这样熔点低、 成分单一物质的纳米颗粒，而在合成金属氧 化物、氮化物等高熔点物质的纳米颗粒时存 在很大的局限性。
根据热源的不同可细分为不同的方法， 最初的电阻加热发展到高频感应加热、辐射 加热、电子束加热、等离子体法加热、爆炸 丝法及激光束加热等。
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其原理图形是
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与惰性气体凝聚法相比较，由于溅射法中 靶材无相变，化合物的成分不易发生变化;由于 溅射沉积到基片上的粒子能量比蒸发沉积高出 几十倍，所形成纳米材料的附着力大。其主要 优点是:改善了工艺控制；提高了纳米材料的质 量;基片温度低。但由于溅射中使用高电压和气 体，仪器装置较为复杂，纳米材料的形成受溅 射气氛的影响较大，沉积速率也较低。
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。
六--纳米材料的制备方法
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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
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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。
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6.3 固相法制备纳米微粒
• 定义：通过从固相到固相的变化制造粉体， 其特征不像气相法和液相法伴随有气相---固 相、液相---固相那样的状态变化
• 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）
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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
• 缺点：设备要求高
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• 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
• 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
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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
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》纳米材料的气相合成方法
利用SiH4, CH4—空心或核壳结构
1400°C，低SiH4流量—中空的-SiC 1350°C，高SiH4流量—Si(核)/ -SiC(壳)粒子
形成过程： （1）SiH4分子均相成核——Si （2）在Si颗粒表面与CH4非均相反应形成SiC, 内部Si通过
SIC层扩散到外表面，继续与CH4反应形成SiC—中空 SiC 降低反应温度或提高流量，导致SiC形成不完全—核壳 结构
原料应为气态或易于挥发成蒸气的液态或固态物质 易于生成沉积物，副产物易分离 整个过程易于控制
三、分类
热分解反应沉积：IVB, IIIB, IIB元素的氢化物入SiH4,GeH4 醇盐(Al(OC3H7)3, Si(OC2H5)4) 有机烷基化合物(Ga(CH3)3,Cd(CH3)2) 金属羰基化合物(Ni(CO)4)
第三章 纳米材料的气相合成方法
第一节 化学气相沉积 3.1.1 简介 一、利用气态或蒸汽态的物质在气相或气固界面上反应
生成固态沉积物的技术
古代的升炼术，目前GaAs晶体的生长
前驱体 气化为前驱体气态分子 引入反应器中吸附在一定温度的基底上 热分解或与其它气体反应，形成产物 气固界面——非均相反应 固体薄膜 气相——均相反应 粉体
形成共包括三个步骤： （1）反应物的气相传输—通过边界层，反应物传输到生长 表面 （2）反应、成核、生长—在生长表面形成新材料 （3）从表面除去副产物
一般第一步和第三步是相关的，它们都对反应速率有影 响，第二步过程复杂，包括表面或气相反应以及吸附和 脱附、成核，其中最慢的一步决定反应速率。
低温下，成核速率慢，生长速率对气体传输不敏感，表 现为反应动力学控制 较高温度下，成核速率快，主要表现为扩散控制 高温下，过饱和度大，反应气体过热，在气相中发生均 相成核，形成粉体材料
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。
气相法制备纳米材料
气相法制备纳米材料气相法（Gas-phase synthesis method）是一种广泛应用于纳米材料制备的方法，其基本原理是将气体或气溶胶状态的前驱物在特定的条件下转化为纳米颗粒。
该方法主要有热气相法（Thermal Gas-phaseSynthesis Method）和化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）两种。
本文将详细介绍这两种方法以及纳米材料制备的相关应用。
热气相法是一种通过热解的方式将气体或气溶胶状态的前驱物转化为纳米颗粒的方法。
其中最常用的方法是溶胶-凝胶法（sol-gel method）。
该方法通常是通过在气相或溶胶中加热反应前驱物，使其分解或反应形成纳米颗粒。
具体操作时，溶胶-凝胶法主要包括三个步骤：溶胶制备、胶凝和干燥。
首先，通过溶胶制备步骤，将金属盐或金属有机化合物溶解在溶剂中，形成一个均匀的溶液。
然后，在浓缩和干燥过程中，通过调节温度和时间，使溶液中的前驱物发生反应，生成纳米颗粒。
最后，通过干燥处理，将纳米颗粒从溶胶中获得。
化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）是一种通过气体的化学反应在固体表面上生成纳米颗粒的方法。
该方法通常通过在高温和低压环境下使反应气体与衬底表面反应生成纳米颗粒。
具体操作时，将反应气体引入反应室中，在衬底表面上沉积一层纯净的纳米颗粒。
然后，通过控制反应气体的成分、流量和反应条件，可以调节纳米颗粒的尺寸、形貌和分布。
气相法制备纳米材料具有一些优势。
首先，它可以制备多种材料的纳米颗粒，如金属、合金、氧化物、硫化物等。
其次，它可以控制纳米颗粒的形貌和尺寸，以满足不同应用的需求。
此外，气相法在纳米材料的制备中具有较高的产率和良好的可扩展性。
然而，气相法也面临一些挑战。
首先，前驱物的选择和控制是关键因素之一、不同的前驱物具有不同的分解特性和热稳定性，在制备过程中需要进行合适的选择和控制。
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。
气相合成纳米材料的制备及其应用研究
气相合成纳米材料的制备及其应用研究随着纳米技术的发展，纳米材料日益成为关注的热点领域。
气相合成技术已成为制备纳米材料的一种重要方法，其具有制备简单、产物纯度高、可控性强等优点。
一、气相合成纳米材料的基本原理气相合成是指将气体相的前驱体在高温、高压条件下反应，形成纳米尺寸的颗粒。
其基本原理是将前驱物质气态化，加热至高温，进而在催化剂或气相反应控制下，生成纳米尺寸的颗粒。
由于气相反应的环境不同，反应可在液相、固相或气相中进行，因此纳米材料也分为气相合成纳米材料、液相合成纳米材料、固相合成纳米材料等多类。
气相合成纳米材料的制备过程中，温度、压力、反应时间、反应气体组成等因素对制备过程和产物性质均有重要影响。
通过调节这些参数，可以控制纳米材料的粒径、形貌、结构、分散性和性能等，具有很高的可控性。
二、气相合成纳米材料的种类气相合成技术已经成功应用于各种金属、合金、氧化物、碳纳米管等纳米材料的制备。
其中，氧化物纳米材料是目前应用最广泛的一类材料。
以氧化物为例，常见的制备方法包括溶胶-凝胶、水热法、毒性高压水热法、电化学沉积法、水滴燃烧法以及气相合成法等。
相比之下，气相合成法具有制备简单，产物纯度高，可控性强等优点。
三、气相合成纳米材料的应用气相合成纳米材料在领域内的应用越来越广泛，例如能源领域、催化领域、磁性材料领域、生物医学领域等。
在能源领域，气相合成纳米材料广泛应用于燃料电池、太阳能电池、锂离子电池等能源设备的电极材料和催化剂材料等方面。
比如，通过气相合成法制备出来的镍纳米粒子，可用于锂离子电池负极材料中，具有高的比容量和优异的循环性能。
在催化领域，气相合成纳米材料也广泛应用于环境治理、精细化学品合成、汽车尾气治理等方面。
例如，通过气相合成制备出来的纳米氧化钛，可用于光催化降解有机物。
在磁性材料领域，气相合成法也成为一种制备磁性纳米材料的有效方法。
例如，通过气相合成法制备出来的铁氧化物针形纳米材料，可用于制备聚集体，用于重金属离子的去除。
纳米粉体的制备(气相方法)
• (2) 高频感应加热： • 高频感应加热是利用导体在高频交变电磁场中 会产生感应电流以及导体内磁场的作用引起导 体自身发热进行加热的。类似于变压器的热损 耗。
气体冷凝法根据加热源分类
• 采用高频感应加热蒸发法制备纳米粒 子的优点： • 加热温度均匀，加热迅速、工作效率 高。 。 • 粒子粒径比较均匀、产量大，可以长 时间以恒定功率运转，便于工业化生 产等。 • 缺点是：高熔点低蒸气压物质的纳米 微粒(如：W、Ta、Mo等)很难制备。
§3.1.1 气体冷凝法
• 20世纪80年代初，Gleiter等首先提出，将气体 冷凝法制得具有清洁表面的纳米微粒，在超高 真空条件下紧压致密得到多晶体(纳米微晶)。 3. 气体冷凝法的原理，见图。 • 整个过程是在超高真空室内进行。通过分子涡 轮使其达到0.1Pa以上的真空度，然后充入低 压(约2KPa)的纯净惰性气体(He或Ar，纯度为 ~99.9996％)。
• 在蒸发过程中，原物质发出的原子与惰性气体 原子碰撞而迅速损失能量而冷却，在原物质蒸 气中造成很高的局域过饱和，导致均匀的成核 过程; • 在接近冷却棒的过程中，原物质蒸气首先形成 原子簇，然后形成单个纳米微粒。在接近冷却 棒表面的区域内，单个纳米微粒聚合长大，最 后在冷却棒表面上积累起来。 • 用聚四氟乙烯刮刀刻下并收集起来获得纳米粉。
气体冷凝法根据加热源分类
• 此方法的优点有以下几点： • (i) 制备Ag，Au，Pd，Cu，Fe，Ni，Co，A1， In等超微粒子，平均粒径约3 nm；用隋性气体 蒸发法是难获得这样小的微粒； • (ii)粒径均匀，分布窄；如图 • (iii)超微粒可均匀分布在油中； • (iv)粒径的尺寸可控，即通过改变蒸发条件来控 制粒径的大小。 • 例如蒸发速度，油的粘度，圆盘转速等，圆盘 转速低，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。
气相法制备纳米材料
气相反应生成超微粉的关键在于是否能在均匀
气相中自发成核。在气相情况下有两种不同的成核
方式： 一种是直接从气相中生成固相核， 或先从气相
中生成液滴核然后再从中结晶； 第二种成核， 起初为
液球滴、结晶时出现平整晶面， 再逐渐显示为立方
形， 其中间阶段和最终阶段处于一定的平衡， 即
Ｗｕｌｆｆ 平衡多面体状态［４］。化合物的结晶过程是很复
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。
用溅射法制备纳米微粒有如下优点： 不需要坩 埚； 蒸发材料（ 靶） 放在什么地方都可以（ 向上， 向下 都行）； 高熔点金属也可制成纳米微粒； 可以具有很 大的蒸发面； 使用反应性气体的反应性溅射可以制
本原理； 根据前驱物的不同状态（ 固、液、气） 对制备方法进行了分类，
并对各种制备方法的特点进行了概述； 气相法制备纳米材料具有粒
径小、无团聚、无需后续处理的特点， 已成为目前纳米制备技术研究的
重点。随着科技的不断进步， 新技术、新材料的不断涌现， 其工业化技
术也将具有非常广阔的市场前景。
关键词： 纳米材料； 制备技术； 气相； 前驱体
通电加热蒸发法是以制备优秀的陶瓷材料 ＳｉＣ 的纳米微粒为主要目的而使用的一种方法。碳棒与 硅板相接触， 在蒸发室内充有 Ａｒ 或 Ｈｅ 气， 压力为 １～１０ ｋＰａ， 在碳棒与硅板间通交流电（ 几百安培） ， 硅 板被其下面的加热器加热， 随硅板温度上升， 电阻下 降， 电路接通。当碳棒温度达白热程度时， 硅板与碳 棒接触的部位熔化， 当碳棒温度高于 ２ ４７３ Ｋ 时， 在 它的周围形成了 ＳｉＣ 超微粒的“烟”， 然后将它们收 集起来。用此种方法还可制备 Ｃｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｏ、 Ｎｂ、Ｔａ 和 Ｗ 等碳化物超微粒子。有一定的工业发展 前景， 但是如何提纯纳米产品是下一步发展的关键。 ２．１．４ 溅射法［６］
纳米微粒制备-气相法
04
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。
纳米材料制备方法
CH
CH 2
R CH 2 CH
CH 2
聚异丁烯
烃化反应
CH CO O
CH CO
CH 3 CO N H ( C H 2 C H 2 N H ) n H
CHR
CH 2 CO
CCHHCCH 2H
CHCO
2 CH OCO
CHR CHCO
CH 3C(C2OHH3 ) 180~200℃
O
C(C2OHH4 ) 180~220℃
采用低温沉淀方法（降低温度不但可以相应提高反应物过饱和度，
同时也增加了介质的粘度，而粘度又可决定粒子在介质中的扩散速率， 所以通常在某一适当温度时晶核生长速率为极大 ）；
在极低浓度下完成沉淀反应（在浓度约0.1~1 mmol/L时，过饱
和度足以引起大量晶核形成，但晶核的生长却受到溶液中反应物浓度的 限制。在浓度稍大时，晶核的形成量并不增加很多，但有较多的物质可 用于晶核的生长，易形成大颗粒沉淀 ）；
速减小，使晶核生长速率变慢，这就有利于胶体的形成；
②当(c-s)/s值较小时，晶核形成得较少，(c-s)值也相应地降低较慢
，但相对来说，晶核生长就快了，有s值极小，晶核的形成数目虽少，但晶核生长速率也非
常慢，此时有利于纳米微粒的形成。
精选ppt
6
N0.3 沉淀法制备纳米材料技巧
精选ppt
5
N0.2 沉淀制备法制备条件分析
成核速率：rN =
kc s
–
( s为溶解度，c-s为过饱和度）
晶核生长速率: rG =
Ds d
– （c-s） (D为粒子的扩散系
数,d为粒子的表面积,δ为粒子δ的扩散层厚度)
由上二式可知：
①假定开始时 (c-s)/s值很大，形成的晶核很多，因而(c-s)值就会迅
纳米微粒制备 气相法
药物输送：纳米微粒作为药物载体提高药物的靶向性和生物利用度 诊断试剂：纳米微粒作为诊断试剂提高检测灵敏度和准确性 生物成像：纳米微粒作为生物成像剂提高成像分辨率和灵敏度 基因治疗：纳米微粒作为基因载体提高基因转染效率和安全性
PRT SIX
纳米微粒的制备 技术不断进步气 相法成为主流
气相法具有高效、 环保、可控等优 来自未来发展前景 广阔优点：制备过程简 单易于控制可大规 模生产
应用：广泛应用于 纳米材料、纳米药 物等领域
纳米微粒制备 化学合成 材料科学
生物医药 环境科学 电子技术
PRT THREE
纳米微粒的种类：金属、氧化物、半导体等 纳米微粒的尺寸：纳米级、微米级等 纳米微粒的纯度：高纯度、低纯度等 纳米微粒的形态：球形、棒状、片状等
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汇报人：
CONTENTS
PRT ONE
PRT TWO
气相法是一种制备纳米微粒的 方法
原理：通过控制气体的流速、 温度和压力等参数使气体中的 微粒形成纳米级颗粒
特点：制备过程简单、快速、 可控性强
应用：广泛应用于材料科学、 化学工程等领域
气相法是一种制备 纳米微粒的方法
原理：通过控制气体的 流速、温度和压力等参 数使气体中的微粒在气 相中形成纳米微粒
太阳能电池：提高光电转换效率 燃料电池：提高能量密度和稳定性 储能材料：提高储能密度和循环寿命 热电材料：提高热电转换效率和稳定性
空气净化：纳米微粒可用于吸附空气中的有害物质如PM2.5、甲醛等 水处理：纳米微粒可用于去除水中的有毒物质如重金属、有机物等 土壤修复：纳米微粒可用于修复被污染的土壤提高土壤的生物活性和肥力 生物降解：纳米微粒可用于生物降解如生物降解塑料、生物降解农药等
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纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法1化学气相沉积法1.1化学气相沉积法的原理化学气相沉积法(Chemical Vapour Deposition (CVD) )是通过气相或者在基板表面上的化学反应，在基板上形成薄膜。
化学气相沉积方法实际上是化学反应方法，因此。
用CVD方法可以制备各种物质的薄膜材料。
通过反应气体的组合可以制备各种组成的薄膜，也可以制备具有完全新的结构和组成的薄膜材料，而且即使是高熔点物质也可以在很低的温度下制备。
用化学气相沉积法可以制备各种薄膜材料、包括单元素物、化合物、氧化物、氮化物、碳化物等。
采用各种反应形式，选择适当的制备条件——基板温度、气体组成、浓度和压强、可以得到具有各种性质的薄膜构料。
化学气相沉积的化学反应形式．主要有热分解反应、氢还原反应、金属还原反应、基板还原反应、化学输运反应、氧化反应、加水分解反应、等离子体和激光激发反应等。
化学气相沉积法制备纳米碳材料的原理是碳氢化合物在较低温度下与金属纳米颗粒接触时通过其催化作用而直接生成。
化学气相沉积法制备碳纳米管的工艺是基于气相生长碳纤维的制备工艺。
在研究气相生长碳纤维早期工作中就己经发现有直径很细的空心管状碳纤维，但遗憾的是没有对其进行更详细的研究[4]。
直到Iijima在高分辨透射电子显微镜发现产物中有纳米级碳管存在，才开始真正的以碳纳米管的名义进行广泛而深入的研究。
化学气相沉积法制备碳纳米管的原料气，国际上主要采用乙炔，但也采用许多别的碳源气体，如甲烷、一氧化碳、乙烯、丙烯、丁烯、甲醇、乙醇、二甲苯等。
在过渡金属催化剂铁钴镍催化生成的碳纳米管时，使用含铁催化剂，多数得到多壁碳纳米管；使用含钴催化剂，大多数的实验得到多壁碳纳米管；过渡金属的混合物比单一金属合成碳纳米管更有效。
铁镍合金多合成多壁碳纳米管，铁钴合金相比较更容易制得单壁碳纳米管。
此外，两种金属的混合物作为催化剂可以大大促进碳纳米管的生长。
许多文献证实铁、钴、镍任意两种的混合物或者其他金属与铁、钴、镍任何一种的混合物均对碳纳米管的生长具有显著的提高作用，不仅可以提高催化剂的性能，而且可以提高产物的质量或者降低反应温度。
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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。
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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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
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
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。
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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。
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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。
4Байду номын сангаас
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。
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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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。