第8章第二节纳米粒子的制备方法
纳米粒子的制备方法及应用
纳米粒子的制备方法及应用纳米粒子的制备方法分为物理方法和化学方法。
物理方法主要包括雾化法、机械合金法、燃烧法等，化学方法主要包括溶胀法、微乳液法、共沉淀法、水热法等。
以下是关于纳米粒子的常见制备方法及其应用的详细介绍。
1. 雾化法：将物质通过高温、高压的气体和固液混合物的喷雾，使其迅速冷却固化，形成纳米粒子。
这种方法的特点是造粒速度快、控制性好，应用广泛。
例如，铜纳米粒子制备后可以应用于导电涂料、导电油墨等领域。
2. 机械合金法：通过机械能强化作用，将材料在高能物理场中研磨、冲击或研磨脱臭，使其形成纳米粒子。
这种方法能够制备高纯度的纳米材料，并且可以控制纳米颗粒的形貌和粒度。
例如，铁-铁氧化物纳米复合粒子可以应用于催化剂、磁性材料等领域。
3. 燃烧法：通过在适当的氧气中燃烧金属颗粒或金属盐溶液，使其生成纳米颗粒。
这种方法具有操作简单、制备快速的优点。
例如，钛纳米颗粒可以应用于太阳能电池、生物材料等领域。
4. 溶胀法：利用高分子溶胀、凝胶与干燥法，通过控制溶胀度和架链密度，形成纳米颗粒。
这种方法制备的纳米粒子具有较大的比表面积和较高的孔隙度，适用于吸附、分离等领域。
5. 微乳液法：利用表面活性剂和油水体系，通过溶胶-凝胶转化或乳化反应制备纳米颗粒。
这种方法具有制备精密、单分散的纳米颗粒的优点，例如，二氧化钛纳米颗粒可以应用于催化剂、阳光防护剂等领域。
6. 共沉淀法：将溶液中的金属离子还原后，通过慢慢加热和搅拌，使其形成纳米颗粒。
这种方法的优点是制备过程简单、成本低廉，适用于大批量生产。
例如，氧化铁纳米颗粒可以应用于医学成像、磁性流体等领域。
7. 水热法：将溶液放入高温高压设备中，在水的超临界状态下进行溶解、析出和固化，形成纳米颗粒。
这种方法制备的纳米材料具有优异的结晶度和热稳定性，广泛应用于催化剂、电池材料等领域。
纳米粒子具有特殊的物理、化学和光学性质，因此在众多领域中有重要的应用。
以下是几个典型的应用领域：1. 生物医学：纳米粒子在生物医学领域中具有广泛的应用，如药物载体、分子成像、肿瘤治疗等。
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。
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。
第二章 纳米粒子的制备方法
按振动方式分类：惯性式和偏旋式； 按简体数目分类：单筒式和多筒式； 按操作方式分类：间歇式和连续式。
选择适当研磨介质，振动磨可用于各种硬度物料的纳 米粉碎，相应产品的平均粒径可达1μm以下。
振动磨优点：在高频下工作，而高频振动易使物料生成裂 缝，且能在裂缝中产生相当高的应力集中，故它能有效地 进行超细磨。
两种办法来实现
提高气体的入口压力
气体喷嘴的气体动力学设计
通过这两种办法使喷嘴出口端的气体流速达超音速
气流粉碎方法制备超细WC 粉末. 中国钨业.孙亚丽.2006
2．2．1机械粉碎法
6．纳米气流粉碎气流磨
原理：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。 在粉碎室中，粒子之间碰撞频率远高 于粒子与器壁之间的碰撞。 特点：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。
称为摩擦粉碎或表面粉碎。
另一种：由于球对颗粒或颗粒对颗粒的冲击、碰撞和剪切等 作用,从颗粒中近似等体积地分割出两个小颗粒,称为冲击压 缩粉碎或体积粉碎。
2．2．1机械粉碎法
粉碎过程的另一现象“逆粉碎现象”
物料在超细粉碎过程中，随着粉碎时间的延长，颗粒粒度
的减小，比表面积的增加，颗粒的表面能增大，颗粒之间
中国古代铜镜表面的防锈层经检
验也已证实为纳米SnO2颗粒构成 的薄膜。
人们自觉地将纳米微粒作为研究对象，而用人工
方法有意识地获得纳米粒子则是在20世纪60年代。
今天，在纳米世界里，人们可以完全按照自己的意愿， 合成具有特殊性能的新材料，如把优良的导体铜制作 成“纳米铜”，使之成为绝缘体; 把易碎的陶瓷制作为 “纳米陶瓷”，使之可以在室温下任意弯曲等等。人
制备纳米粒子的物理方法
气流粉碎是用高速气流来实现物料超微粉碎， 粉末在高速气流中相互撞击而被粉碎，其破碎工作 原理如图1 所示。经过净化、干燥的高压空气通过特 殊配置的几个超音速喷嘴向同一位置高速喷射，粉 末进入喷嘴交汇处反复被冲击、碰撞，达到粉碎细化
由于粉末颗粒的运动是从流态气体中获得的，因此， 提高颗粒的动能必须要提高载流气体的速度。
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。 振动球磨制取超细碳化钨的最小粒度取 决于球磨强度、球磨时间和球料比
2．2．1机械粉碎法
3．振动磨
利用研磨介质可以在一定振幅振动的筒体内对物料进 行冲击、摩擦、剪切等作用而使物料粉碎。 与球磨机不同，振动磨是通过介质与物料一起振动将 物料进行粉碎的。
2．2．1机械粉碎法
原理： 压缩空气经喷嘴加速成超音速气 流后射入粉碎区使物料呈流化状态。 在粉碎区，被加速的物料在各喷 嘴的交汇点高速汇合。在此，颗粒 互相对撞粉碎。 粉碎后的物料被负压上升气流输 送至分级区，由内分级轮筛选出的
粒度即为所要求的细粉，未满足粒
度要求的粗粉返回粉碎区继续粉碎 （无大颗粒产生）。 合格细粉经分级轮随气流进入收 集系统进行收集，含尘气体经布袋 收尘器过滤净化后排入大气。
2）高能球磨制备大容量贮氢合金电极材料
环保意识增强呼唤电动汽车。电动汽车的关键之一是 要有大容量充电电池。本项目即针对电动汽车用电池负极 材料。 西安交通大学正在开发的高能球磨MgNi合金电池负极 材料，处于国内先进，可做为大容量充电电池的负极候选 材料，为进一步开发制备大容量合金负极，进而开发大容 量充电电池奠定基础。
纳米颗粒的制备方法
通过控制溶液中的化学反应，使溶液中的组分形 成凝胶，再经过干燥和热处理制备出纳米颗粒。
3
微乳液法
利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下 形成微乳液，通过控制反应条件制备出纳米颗粒。
生物法制备纳米颗粒的应用
微生物合成法
利用微生物发酵或培养过程中产 生的代谢产物，通过控制代谢产 物中的化学反应制备出纳米颗粒。
基因工程法
通过基因工程技术，将所需的纳米颗 粒基因导入微生物或植物中，通过其 表达合成纳米颗粒。
基因工程法具有高选择性、可调控性 强等优点，但技术难度较高，成本也 较高。
05 应用实例
物理法制备纳米颗粒的应用
激光熔化法
利用高能激光束将金属或非金属 粉末熔化，通过控制熔化过程中 的物理和化学变化，制备出纳米
纳米颗粒的制备方法
contents
目录
• 引言 • 物理法 • 化学法 • 生物法 • 应用实例
01 引言
纳米颗粒的定义与重要性
定义
纳米颗粒是指尺寸在1-100纳米 的超微粒子，具有小尺寸效应、 表面效应和量子效应等特性。
重要性
纳米颗粒在材料科学、医学、能 源、环境等领域具有广泛的应用 前景，是当前研究的热点之一。
植物提取法
利用植物中的某些活性成分，通 过提取和纯化制备出具有特定功 能的纳米颗粒。
酶催化法
利用酶的催化作用，将底物转化 为纳米颗粒，该方法具有高选择 性、高效率和环保等优点。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
设备成本高，产量较低。
机械研磨法
优点
设备简单，成本低，可制备多种材料 。
缺点
粒径较大，分布不均匀，易引入杂质 。
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。
纳米粒子的常见制备方法讲课文档
洗涤、脱水、防团聚
5. 煅烧
Zr(OH)4 + n Y(OH)3 煅烧
Zr1-xYxO2
第四页，共54页。
• 化学还原法
• 1.溶液还原法
•
利用还原剂与金属盐溶液发生氧化还原反应，而制得金属或非
晶合金。
• （1）水溶液还原法
•
采用水合肼、葡萄糖、硼氢化钠(钾)等还原剂，在水溶液中制
备超细金属粉末或非晶合金粉末，并利用高分子保护剂PVP (聚乙
1. 原料混合 ZrOCl2.8H2O
按比例混合 YCl3
2. 加沉淀剂
ZrOCl2.8H2O+YCl3 NH4OH
3. 沉淀反应控 ZrOCl2 + 2NH4OH + H2 Zr(OH)4 + 2NH4Cl
PH、浓度搅拌、促 进形核、控生长
YCl3
+
3NH4OH
Y(OH)3 + 2NH4Cl
4. 洗涤、脱水、防团聚
•水热脱水法
水热氧化法 例如： mM十nH2O MmOn+H2
其中M可为铬、铁及合金等
水热还原法 例如 MexOy+yH2 xMe+yH2O
其中Me可为铜、银等
•水热沉淀法 例如 KF+MnCl2 KMnF2
第十三页，共54页。
设备
第十四页，共54页。
溶剂热合成法
用有机溶剂（如：苯、醚）代替水作介质，采用 类似水热合成的原理制备纳米微粉。非水溶剂代替 水，不仅扩大了水热技术的应用范围，而且能够实 现通常条件下无法实现的反应，包括制备具有亚稳 态结构的材料。
于200℃的情况下，硝酸盐分解制备
10nm的Fe2O3，碳酸盐分解制备14nm的 ZrO2。
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。
(完整版)纳米颗粒制备方法
优 点： 制备的纳米粉纯度高、粒度分布 窄、结晶性好、表面清洁、粒度易于控 制、原则上适用于任何被蒸发的元素以 及化合物 。
• 蒸发法所得产品的粒径一般5~100nm, 但如果将物质在真空中连续的蒸发到流 动着的油面上，然后把含有纳米粒子的 油会受到储存器内，再经过真空蒸馏、 浓缩，可以在短时间内制得平均粒径为 3nm的Ag、Au、Cu、Pb等粒子。 这就是 流动油面蒸发凝聚法。
• 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 。
纳米粒子采用的方法是蒸发法。如20 世纪30年
代日本为了军事需要而开展了“沉烟试验”，
用蒸发冷凝法制成了世界上第一批超微铅粉；
• 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[1]，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。
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。
纳米粒子的制备和应用技巧
纳米粒子的制备和应用技巧纳米技术是近年来发展最为迅猛的科技领域之一，其在各个领域都展示出了强大的应用潜力。
而纳米粒子的制备和应用技巧则是实现纳米技术应用的关键步骤之一。
本文将针对纳米粒子的制备方法及其在不同领域中的应用技巧进行介绍，以期为读者提供一定的参考和指导。
纳米粒子的制备方法多种多样，常见的方法包括物理方法、化学方法和生物合成法等。
物理方法主要包括凝聚态物理方法、气相法等，通过物理手段制备出纳米尺度的颗粒。
化学方法主要包括溶剂热法、沉淀法、蒸汽相法等，通过控制化学反应条件制备出纳米粒子。
生物合成法则利用生物体内的生物学活性分子在特定条件下合成纳米粒子。
不同的制备方法在纳米粒子的形状、尺寸及性质上有所差异，选择合适的制备方法对于实现特定应用目标至关重要。
在纳米粒子的应用方面，由于其独特的尺寸效应和表面效应，具备了许多传统材料所不具备的优异性能。
其中，纳米粒子在能源领域的应用尤为突出。
纳米粒子作为催化剂可以提高能源转换效率、降低能源消耗和污染物排放。
此外，纳米粒子在光伏、光催化和电池等领域也有广泛的应用。
例如，利用纳米粒子制备的高效催化剂可以大幅度提高氢能源的制备效率，实现清洁能源的可持续发展。
在医学领域，纳米粒子也发挥着重要作用。
纳米粒子可以作为药物载体，实现药物的靶向输送并提高疗效，同时也减少了药物对正常细胞的损伤。
此外，纳米粒子还可以作为成像剂，在肿瘤的早期诊断和治疗中发挥重要的作用。
纳米粒子通过改变其表面性质、尺寸和结构，可以实现对肿瘤细胞的高选择性，从而提高治疗效果。
纳米粒子还广泛应用于环境保护和食品安全等领域。
纳米材料可以用于水处理、废气净化和土壤修复等环境保护工作，通过纳米粒子的吸附和催化作用，有效地去除有害物质和污染物，从而净化环境。
同时，纳米粒子也可以作为食品安全领域的重要组成部分，例如利用纳米材料对食品质量进行监测和检测，提高食品安全性。
在纳米粒子的应用中，需要注意一些技巧和考虑因素。
纳米粒子的常见制备方法
•水热结晶法 •水热合成法 •水热分解法 •水热脱水法
例如 例如 例如
Al(OH)3 Al203·H2O FeTiO3+K0H K2O.nTiO2
ZrSiO4+NaOH ZrO2+Na2SiO3
水热氧化法 水热还原法
例如： mM十nH2O MmOn+H2
其中M可为铬、铁及合金等
例如 MexOy+yH2 xMe+yH2O
核剂，可得到纳米级粒子。
2.气相还原法
• 本法也是制备微粉的常用方法。例如， 用径小15于%H32-58n5m%的ArC还uR原h，金g属-N复i0.3合3F氧e0.化66等物。制备出粒 3.碳热还原法
• 原料碳，热在还高原温法炉的内基氮本气原保理护是下以，炭进黑行、碳SiO热2为还 原反应获得微粉，通过控制工艺条件可获得 不及S同iC产-S物i3N。4复目合前粉研体究的较制多备的。是Si3N4、SiC粉体
（2）溶胶-凝胶法工艺流程
• （3）溶胶—凝胶法的应用
• 溶胶—凝胶法按其反应机理可分为三类，即 传统胶体型、无机聚合物型（金属醇盐型） 和络合物型。主要应用于如下几个方面：① 粉体原材料。②线型材料。③薄膜或涂层材 料。④复合材料。⑤体型材料。
• （3）溶胶—凝胶法的优缺点
• 优点：
• （1）由于溶胶－凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂 中而形成低粘度的溶液，因此，就可以在很短的时间内获 得分子水平的均匀性，在形成凝胶时，反应物之间很可能 是在分子水平上被均匀地混合。
其中Me可为铜、银等
•水热沉淀法 例如 KF+MnCl2 KMnF2
设备
3.1.5 溶剂热合成法
用有机溶剂（如：苯、醚）代替水作介质， 采用类似水热合成的原理制备纳米微粉。非水 溶剂代替水，不仅扩大了水热技术的应用范围， 而且能够实现通常条件下无法实现的反应，包 括制备具有亚稳态结构的材料。
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。
纳米微粒的制备方法
纳米微粒的制备方法应用化工技术08.2 刘碧08032050208物理制备方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、分子束外延法等等。
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沉积一层银膜，经过热处理，即可得到银纳米颗粒的阵列。
中科院物理所开发了对玻璃态合金进行压力下纳米晶化的方法。
例如：ZrTiCuBeC玻璃态合金在6GPa和623Ｋ的条件下进行晶化,可以制备出颗粒尺寸小于5nm的纳米晶。
化学制备方法固相法固相法包括固相物质热分解法和物理粉碎法。
固相物质热分解法是利用金属化合物的热分解来制备超微粒，但其粉末易固结，还需再次粉碎，成本较高。
物理粉碎是通过机械粉碎、电火花爆炸等法制得纳米粒子。
其原理是利用介质和物料间相互研磨和冲击，以达到微粒的超细化，但很难使粒径小于100纳米。
机械合金法(ＭＡ)是1970年美国ＩNCO公司Benjamin 为制作镍的氧化物粒子弥散强化合金而研制成功的一种新工艺。
该法工艺简单，制备效率高，并能制备出常规法难以获得的高熔点金属或合金纳米材料，成本较低但易引进杂质，降低纯度，颗粒分布也不均匀。
近年来，助磨剂物理粉碎法和超声波粉碎法的采用，可制得粒径小于100纳米的微粒。
但仍然存在上述不足，故固相法还有待继续深入研究。
气相法气相法在纳米微粒制造技术中占有重要地位，利用此法可以制造出纯度高、颗粒分布性好、粒径分布窄而细的纳米超微粒。
尤其是通过控制气氛，可制备出液相法难以制备的金属碳化物、硼化物等非氧化物的纳米超微粒.该法主要包括：真空蒸发—冷凝法在高纯惰性气氛下(Ar、He) ，对蒸发物质进行真空加热蒸发，蒸气在气体介质中冷凝形成超细微粒。
在1987年，Biegles等采用此法又成功制备了纳米级TiO2陶瓷材料。
纳米颗粒制备方法
iv.激光加热
v.等离子体加热
等离子体：物质存在的第四种状态，有大量的电 子、正离子、负离子、激发态的原子和分子，基 态的原子和分子以及光子组成的准中性气体，具 有很高的活性。
多级氢电弧等离子体反应装置
该设备是崔作林、张志焜自行设计研制出的、 具有独立知识产权的我国首台可连续工作的氢 电弧等离子体纳米材料制备设备。以该设备为 基础获得的研究成果“高熔点纳米金属催化剂 的制备方法” 1997年获国家技术发明二等奖， 这是迄今为止我国纳米科技领域荣获的最高等 级的国家奖励，也是我国纳米研究领域最早获 得的国家奖励。
(NH2)2CO + 3H2O 2NH4OH + CO2
生成的沉淀剂NH4OH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。
由于尿素的分解速度受加热温度和尿素浓
度的影响，可以控制这两种因素使尿素分 解生成NH4OH的速度降得很低。
因此，均相沉淀法不是外加沉淀剂，而是
使沉淀剂在溶液内部缓慢的生成，消除了 沉淀剂的局部不均匀性。
反 向 共 沉 淀 法
影响沉淀纯度的因素
①表面吸附
原因：由于沉淀表面离子电荷的作用力未达到平衡，吸引 溶液中带相反电荷的离子，使沉淀微粒带有电荷，形成吸 附层。带电荷的微粒又吸引溶液中带相反电荷的离子，形 成扩散层，构成电中性的分子。 措施：物理吸附，洗涤沉淀
② 吸留和包藏
A 吸留是被吸附的杂质机械地嵌入沉淀中。 B 包藏常指母液机械地包藏在沉淀中。 原因：由于沉淀剂加入太快，使沉淀急速生长，沉淀表面 吸附的杂质来不及离开就被随后生成的沉淀所覆盖，使杂 质离子或母液被吸留或包藏在沉淀内部。 措施：陈化
缺陷反应方程规则： 位置关系；位置增值；质量平衡；电荷守恒；表 面位置； Y2O3 掺入ZrO2晶格中形成氧空位的缺陷反应为：
第二章纳米粒子的制备
2.5.溶胶—凝胶法 溶胶—凝胶法是60年代发展起来的一种制备玻 璃、陶瓷等无机材料的新工艺，近年来许多人 用此法来制备纳米微粒．其基本原理是：将金 属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝 形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶 干燥、焙烧去除有机成分，最后得到无机材 料．溶胶—凝胶法包括以下几个过程：
(1)溶胶的制备 有两种方法制备溶胶， 一是先将部分或全部组分用适当沉淀剂先沉淀 出来，经解凝，使原来团聚的沉淀颗粒分散成 原始颗粒。因这种原始颗粒的大小一般在溶胶 体系中胶核的大小范围，因而可制得溶胶 另一种方法是由同样的盐溶液出发，通过对沉淀 过程的仔细控制，使首先形成的颗粒不致团聚 为大颗粒而沉淀，从而直接得到胶体溶胶．
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， 由于单个纳米微粒的聚合而长大，最后在冷却棒表面上 积累起来．用聚四氟乙烯刮刀刮下并收集起来获得纳米 粉．
2.2沉淀法
包含一种或多种离子的可溶性盐溶液， 当加入沉淀剂(如OH-，C2O42-，CO32-等)后， 或于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 子洗去，经热分解或脱水即得到所需的氧 化物粉料．
活性氢-熔融金属反应法 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N2，Ar等气体和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。
2、化学法制备纳米粒子 2.1气相化学反应法
欲蒸的物质(金属，CaF2．NaCl， FeF等离子化合物、过渡族金属 氮化物及易升华的氧化物等)置 于坩埚内，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，产生原物质烟雾， 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)．
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B：纳米铋粉的制备 在每个金属罐中加入无水乙醇100 ml、铋粒12.54 g、 PVP 6.27 g, 调整转速为400r/min, 时间设置为4h, 球磨。 结束后将产物取出封存静置, 得到黑色胶体溶液, 粉体在其 中分散均匀而稳定, 溶液长久不见澄清。
C：纳米铋粉的收集 该溶液中的粉体采用离心沉降收集很困难, 高速离 心也不能使溶液澄清, 分离出的粉体也很少, 将溶剂干 燥也不能析出纳米铋粉。 因此铋粉的收集采用电解质聚沉法, 每100 ml均相 溶液加入2 g硬脂酸, 用玻璃棒搅拌使其溶解, 封存静 置, 几天后黑色粉体沉降底部, 黑色溶液全部澄清, 无 色透明。去除上层清液, 加入无水乙醇清洗数次, 真空
1.1.1 球磨(Milling)
球磨机是目前广泛 采用的纳米磨碎设备。 1）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。 2）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。
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％。
按材质
纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米高分子材料和 纳米复合材料。 按形态 纳米颗粒材料、纳米固体材料（也称纳米块体材料）、
纳米膜材料以及纳米液体材料。
按功能 纳米生物材料、纳米磁性材料、纳米药物材料、纳米 催化材料、纳米智能材料、纳米吸波材料、纳米热敏 材料以及纳米环保材料等。
发展历史
1.1.3 振动磨
利用研磨介质可以在一定振幅对物料进行冲击、摩擦、 剪切等作用而使物料粉碎。 与球磨机不同，振动磨是通过介质与物料一起振动将物 料进行粉碎的。
选择适当研磨介质，振动磨可用于各种硬度物料的纳米
粉碎，相应产品的平均粒径可达1μm以下。
振动磨优点：在高频下工作，而高频振动易使物 料生成裂缝，且能在裂缝中产生相当高的应力集中， 故它能有效地进行超细磨。
切等作用,从颗粒中近似等体积地分割出两个小颗粒 , 称为冲击压缩粉碎或体积粉碎。
粉碎过程的另一现象“逆粉碎现象” 物料在超细粉碎过程中，随着粉碎时间的延长， 颗粒粒度的减小，比表面积的增加，颗粒的表面 能增大，颗粒之间的相互作用增强，团聚现象增
加，达到一定时间后，粉碎
团聚
是各种粉碎存在最低粒度下限的主要原因； 是相似条件下湿法球磨比干法粒度下限低的原因 .
干燥, 得到黑色的纳米铋粉。
参考资料4
孔慧.高能球磨法制备高电位梯度的ZnO 压敏电阻.电子元 件与材料.2007,26(1):11-13 (华东师范大学)
ZnO 压敏电阻在工业生产中主要用低能球磨搅拌混合、 高温烧结的方法制备，烧结温度一般为1100-1350℃。 高能球磨是制备纳米级粉体的一种常见方法，可以提
蒸发法
机械粉碎法
搅拌磨及高速气流磨
粉碎极限一般为微米级 粒子的纯度、产率、 粒径分布、均匀性 及粒子的可控制性 等问题依然存在
物理方法与化学方法
制备方法的分类：
过去一般把超微粒子(包括1-100nm的纳米微粒)制 备方法分为两大类：物理方法和化学方法。
液相法和气相法被归为化学方法，机械粉碎法被划 为物理方法。
高粉体的活性，从而降低烧结温度。在制备ZnO 压敏电阻 方面，使用高能球磨的报道较少。
Fah：采用高能球磨法，将粉料细化至17nm左右，烧结温度 降至1100℃，但温度仍然较高，其等静压成型使成本增加。
孔慧等：高能球磨5h即可制备纯度较高、晶粒尺寸较小的以 ZnO为主的混合粉体，最佳烧结温度1000℃比一般的固相法烧 结温度降低了100-300℃，大大节省了生产成本。
随着烧结温度的升高，电位梯度显著变小。
C： 添加剂是否预处理的影响 粉体预处理后制得的样品的电位梯度更大。
1.1.2 振动球磨
以球或棒为介质，介质
在粉碎室内振动，冲击物料
使其粉碎，可获得小于 2μm 的粒子达 90 ％，甚至可获得 0.5μm的纳米粒子。
振动球磨机结构示意图
振动球磨
参考资料1 高能振动球磨法制备纳米SiCp/Al复合材料的研究
的碳化钨粉,经300h的球磨后获得纳米碳化钨粉,且
干磨粉末粒度更为均匀(5～10nm)，而湿磨粉末粒
度分布较宽(1～50nm)。
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。振动球磨制取超细碳化钨的最小粒度 取决于球磨强度、球磨时间和球料比。
滚筒式球磨
参考资料1
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。
参考资料3
周勇敏. 高能球磨法制备纳米铋粉的研究.润滑与密 封,2006.10 南京工业大学
纳米铋粉由于特殊的性能在冶金添加剂、润滑油添加剂、 催化剂、医药、半导体原料等具有广阔的应用前景, 但有关 制备纳米铋粉的报道并不多见。
A：实验原料和设备 原 无水乙醇、PVP、硬脂酸均为分析纯, 铋粒；国产高能 行星磨, 4个不锈钢金属罐中分别配有<2cm的金属球20枚, <1cm的金属球100枚。
1）安全性问题
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。
2）纳米机械粉碎极限
在纳米粉碎中，随着粒子粒径的减小，被粉碎物料的结 晶均匀性增加，粒子强度增大，断裂能提高，粉碎所需的机 械应力也大大增加。因而粒度越细，粉碎的难度就越大。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。
3) 对相变温度影响
摘要:为了探讨球磨作用对纳米Al2O3颗粒相变温度的影响, 利用高能振动球磨机分别对纳米Al2O3进行不同时间的球磨, 并将球磨作用后的Al2O3粉末在不同温度下进行退火处理。 结果:随着球磨时间的增长, Al2O3的相变温度降低,当球磨时 间达50h时,γ-Al2O3到θ-Al2O3相变以及θ-Al2O3到αAl2O3相变的温度均降低了100℃左右;球磨作用促进了Al2O3 的晶化,同时可以造成纳米氧化铝的晶格缺陷,是导致相变温 度降低的主要原因。
未被N2气保护的ZnSe样品
被N2气保护的ZnSe样品
参考资料2
高能球磨制备大容量贮氢合金电极材料 环保意识增强呼唤电动汽车。电动汽车的关键之一是 要有大容量充电电池。目的：针对电动汽车用电池负极材 料。 西安交通大学正在开发的高能球磨MgNi合金电池负极 材料，处于国内先进，可做为大容量充电电池的负极候选 材料，为进一步开发制备大容量合金负极，进而开发大容 量充电电池奠定基础。
第八章 第二节 纳米粒子的制备方法
纳米材料的主要形式
纳米粒子
纳米线
纳米带
纳米管
纳米膜
纳米固体材料
纳米材料的分类 按结构：
零维纳米材料：指空间三维尺度均在纳米尺度以内的 材料，如 纳米粒子、原子团簇等。 一维纳米材料：有两维处于纳米尺度的材料，如纳米 线 纳米管。 二维纳米材料：在三维空间有一维在纳米尺度的材料， 如超薄膜。 三维纳米材料（纳米固体材料）：指由尺寸小于20nm 的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理 工序后所生成的致密性固体材料。纳米固体材料的主 要特征是具有巨大的颗粒间界面，如5 nm颗粒所构成 的固体每立方厘米将含1019个晶界，从而使得纳米材 料高韧性。
1963年，Ryozi Uyeda等人用气体蒸发（或“冷凝”） 法获得了较干净的超微粒，并对单个金属微粒的形貌和 晶体结构进行了电镜和电子衍射研究。
1984年，Gleiter等人
用同样的方法制备出了 纳米相材料TiO2。
纳米粒子制备方法评述
可以制备金属氧化物、 制备了各种金属及合 氮化物、碳化物、超导 金化合物等几乎所有 材料、磁性材料等几乎 物质的纳米粒子 所有物质的纳米粒子。 高能球磨、振动、
气相法笼统划为化学法不合适，
把粉碎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。
纳米微粒合成技术要求
纳米微粒的纯度及表面干净程度；
纳米微粒的平均粒径及粒度分布；
纳米微粒的晶型及晶相稳定度； 纳米粉体是否容易团聚； 能长时间运转、容易收集、安定而保存性良好； 生产成本符合商业化运转。
打破以上平衡,可采取的一个重要方法就是加 入助磨剂。助。磨剂： 助磨剂定义：在超细粉碎过程中，能够显著提高
粉碎效率或降低能耗的化学物质称为助磨剂。
例如：
A：在干法研磨水泥熟料时加入乙二醇作为助磨剂，产率 可提高25～50％；
B： 在湿法球磨锆英石时加入0.2％的三乙醇胺法需注意的问题：
1 制备纳米粒子的物理方法
1.1机械粉碎法 粉碎作用力的类型
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。
基本粉碎方式：压碎、剪碎、冲击粉碎和磨碎。 种类：湿法粉碎
干法粉碎
一般的粉碎作用力都是几种力的组合，如球磨机
介质：一般使用球形研磨 介质，其平均直径小于 6mm 。 用 于 纳 米 粉 碎 时 ， 一般小于3mm。
特点：不出现死角、临界转速的限制、 减小磨球直径的办法来提高磨球的总 撞击几率。
参考资料1
【关键词】搅拌磨; 超细SiO2粉; 操作参数; 助磨剂;