纳米材料的制备与合成

纳米材料的合成与制备 (1)

摘要 (1)

关键词 (1)

The synthesis and preparation of nanomaterials (1)

Abstract (1)

Keywords (1)

引言 (1)

1纳米材料的化学制备 (1)

1.1纳米粉体的湿化学法制备 (1)

1.2纳米粉体的化学气相法制备 (2)

1.2.1气体冷凝法 (2)

1.2.2溅射法 (2)

1.2.3真空蒸镀法 (2)

1.2.4等离子体方法 (3)

1.2.5激光诱导化学气相沉积法(LICVD) (3)

1.2.6爆炸丝方法 (3)

1.2.7燃烧合成法 (3)

1.3纳米薄膜的化学法制备 (4)

1.4纳米单相及复相材料的制备 (4)

2纳米材料的物理法制备 (5)

2.1纳米粉体(固体)的惰性气体冷凝法制备 (5)

2.2纳米粉体的高能机械球磨法制备 (5)

2.3纳米晶体非晶晶化方法制备 (6)

2.4深度塑性变形法制备纳米晶体 (6)

2.5纳米薄膜的低能团簇束沉积方法(LEBCD)制备 (6)

2.6纳米薄膜物理气相沉积技术 (6)

3纳米材料的应用展望 (7)

4 总结 (7)

参考文献 (8)

纳米材料的合成与制备

摘要本文综述了近年来在纳米材料合成与制备领域的一些最新研究进展，包括纳米粉体、块体及薄膜材料的物理与化学方法制备。从纳米材料合成和制备的角度出发,较系统的阐述了纳米材料合成与制备的最新研究进展,包括气相法,液相法及固相法合成与制备纳米材料;并介绍了纳米材料在高科技领域中的应用展望。

关键词纳米材料，合成，制备

The synthesis and preparation of nanomaterials

Abstract This paper summarized the recent years in the field of nanometer material synthesis and preparation of some of the latest research progress, including nano powder, bulk and thin film materials preparation physical and chemical methods. From the perspective of nano material synthesis and preparation, systematically expounds the synthesis and the latest progress in the preparation of nanometer materials, including gas phase, liquid phase method and solid phase synthesis and preparation of nano materials; And introduces the application of nanomaterials in the field of high-tech prospects.

Keywords nano materials, synthesis, preparation

引言

纳米材料是晶粒尺寸小于100nm的单晶体或多晶体,由于晶粒细小,使其晶界上的原子数多于晶粒内部的,即产生高浓度晶界,因而使纳米材料有许多不同于一般粗晶材料的性能,如强度硬度增大、低密度、低弹性模量、高电阻低热导率等。正是因为纳米材料具有这些优良性能,因此纳米材料在今后一定有着广泛的应用。本文系统地阐述纳米材料的结构、性能、制备以及应用,以获得对纳料材料更为深刻和全面的理解。[1]

纳米材料的制备科学在当前纳米材料科学研究中占据极为重要的地位。新的材料制备工艺和过程的研究与控制对纳米材料的微观结构和性能具有重要的影响.纳米材料的合成与制备包括粉体、块体及薄膜材料的制备。

1纳米材料的化学制备

1.1纳米粉体的湿化学法制备

湿化学法制备工艺主要适用于纳米氧化物粉体,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异。

上海硅酸盐所在采用共沉淀法、乳浊液法、水热法图等湿化学法制备氧化错

超细粉体的工作中,得到了10~15nm的性能优良的纳米粉体.由于湿化学方法中对超细粒子的团聚体的形成及强度的控制是非常重要的,采用共沸蒸馏、有机溶剂洗涤等方法,有效地控制了氧化错纳米粉体的合成及硬团聚的形成.特别是有巨大比表面积的纳米粉体能达到微米粉体的素坯成型密度,并且能在比微米粉体烧结温度低500~600℃的温度下烧结致密,达到理论密度的89 5%以上,晶粒尺寸只有1 0nm左右。其它的溶液化学方法还可包括如金属盐的还原法制备金属纳米颗粒和金属一氧化物复合材料等。[2]

1.2纳米粉体的化学气相法制备

气相法制备纳米材料在较高温度下,使用固体原材料蒸发成蒸气或直接使用气体原料,经过化学反应,或者使气体直接达到过饱和状态,凝聚成固态纳米微粒并收集得到纳米材料的方法称之为气相法。气相方法是制备纳米粉体,晶须,纤维,薄膜的主要方法,但该方法所需设备复杂,制造成本较高,气相法可以分为气体冷凝法,溅射法,真空蒸镀法,混合等离子体法,激光诱导化学气相沉积法,爆炸丝法及燃烧合成法等。[3]

1.2.1气体冷凝法

气体冷凝法是在1963年由Ryozi Uyeda及其合作者提出的,即通过在纯净的惰性气体(氩,氮气)中蒸发和冷凝过程获得纳米微粒。20世纪80年代初,Gleiter 等人提出了将该方法制备的纳米微粒在超高真空条件下紧压致密可以得到多晶体,从而进一步完善了该方法[3]。该方法加热源有以下几种:电阻加热,等离子体喷射,高频感应,电子束,激光加热等。该方法可以通过调节惰性气体压力,蒸发物质的分压即蒸发温度或速率,或者惰性气体的温度来控制纳米微粒的大小。例如采用SiH4- CH3NH2- NH3系统制备了Si/C/N复合粉末,微粒粒径是30～72nm[5]。

1.2.2溅射法

该方法采用金属板分别作为阴、阳极,阴极为蒸发用材料,在两电极间充入氩气(40～250Pa),两电极间电压范围是0.3～ 1.5kV。由于电极间辉光放电使Ar 离子形成,在电场作用下Ar离子冲击阴极靶材表面,使靶材原子从其表面蒸发形成纳米粒子。粒子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,靶材的表面积越大,原子的蒸发速度越高,纳米颗粒的获得量越多。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;(2)能制备多组元的化合物纳米微粒,例如Al52Ti48,Cu91Mn9及ZrO2等;(3)可获得较大量的纳米颗粒材料。

1.2.3真空蒸镀法

该方法的原理是在高真空中采用电子束加热,使金属粒子蒸发,打开快门使粒