纳米粉体的制备(气相方法)分解
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。
纳米粉体的制备
纳米粉体的制备材料的开发与应用在人类社会进步上起了极为关键的作用。
人类文明史上的石器时代、铜器朝代、铁器时代的划分就是以所用材料命名的。
材料与能源、资讯为当代技术的三大支柱，而且资讯与能源技术的发展也离不一材料技术的支援。
纳米材料指的是颗粒尺寸为1～100nm的粒子组成的新型材料。
由于它的尺寸小、比表面大及量子尺寸效应，使之具有常规粗晶材料不具备的特殊性能，在光吸收、敏感、催化及其它功能特性等方面展现出引人注目的应用前景。
早在1861年，随着胶体化学的建立，科学家就开始对直径为1～100nm的粒子的体系进行研究。
真正有意识地研究纳米粒子可追溯到30年代的日本，当时为了军事需要而开展了“沉烟试验”，但受到实验水平和条件限制，虽用真空蒸发法制成世界上第一批超微铅粉，但光吸收性能很不稳定。
直到本世纪60年代人们才开始对分立的纳米粒子进行研究。
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，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。
国际上发达国家对这一新的纳米材料研究领域极为重视，日本的纳米材料的研究经历了二个七年计画，已形成二个纳米材料研究制备中心。
德国也在Auburg建立了纳米材料制备中心，发展纳米复合材料和金属氧化物纳米材料。
1992年，美国将纳米材料列入“先进材料与加工总统计画”，将用于此专案的研究经费增加10％，增加资金1.63亿美元。
美国Illinoi大学和纳米技术公司建立了纳米材料制备基地。
我国近年来在纳米材料的制备、表征、性能及理论研究方面取得了国际水平的创新成果，已形成一些具有物色的研究集体和研究基地，在国际纳米材料研究领域占有一席之地。
在纳米制备科学中纳米粉体的制备由于其显著的应用前景发展得较快。
1.化学制备法1.1化学沉淀法沉淀法主要包括共沉淀法、均匀沉淀法、多元醇为介质的沉淀法、沉淀转化化、直接沉淀法等。
《Ni纳米粉体的制备及SPS烧结块体的高压扭转变形行为》范文
《Ni纳米粉体的制备及SPS烧结块体的高压扭转变形行为》篇一一、引言随着材料科学的不断发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质而受到广泛关注。
镍（Ni）纳米粉体作为一种重要的纳米材料，具有优异的磁性、电导率和机械性能，广泛应用于催化、电磁材料、储能装置等领域。
本篇论文旨在详细阐述Ni纳米粉体的制备方法，以及其经由SPS烧结形成的块体在高压扭转变形行为的研究。
二、Ni纳米粉体的制备（一）实验材料与设备实验所需材料主要包括金属镍和适当的还原剂，设备包括高温炉、球磨机、干燥器等。
（二）制备方法本实验采用化学还原法来制备Ni纳米粉体。
首先，将金属镍盐溶解在适当的溶剂中，然后加入还原剂进行还原反应，得到Ni 纳米颗粒。
经过离心、洗涤和干燥后，得到Ni纳米粉体。
（三）表征与性能分析通过透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射仪（XRD）对制备的Ni纳米粉体进行表征，分析其形貌、粒径和晶体结构。
同时，通过磁性测量仪测试其磁性能。
三、SPS烧结块体的制备（一）SPS烧结技术简介放电等离子烧结（SPS）技术是一种快速、低能耗的烧结方法，适用于制备纳米材料。
它利用脉冲电流在压制成型的坯体上施加电压，通过等离子体的加热效应使坯体烧结。
（二）SPS烧结块体的制备过程将制备好的Ni纳米粉体压制成坯体，然后采用SPS技术进行烧结。
在烧结过程中，控制烧结温度、压力和时间等参数，得到致密的Ni块体材料。
四、高压扭转变形行为研究（一）实验方法采用高压扭转装置对SPS烧结的Ni块体进行扭转变形实验。
在实验过程中，施加一定的压力和扭矩，使块体发生扭转变形。
通过改变扭转变形的条件，如温度、应变速率等，研究其变形行为。
（二）结果与讨论通过观察扭转变形过程中的宏观现象和微观结构变化，分析Ni块体的变形机制。
利用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察扭转变形后的微观结构，分析其晶粒尺寸、位错密度和相变等变化。
同时，通过硬度计和拉伸试验机测试其力学性能，分析其强度、延展性和韧性等变化规律。
纳米粉体材料的制备
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Preparation of nanoparticles
（一）溶胶制备工艺
1、 有机途径
组成： 母体——醇盐，浓度10~50%；
溶剂——乙醇； 催化剂——盐酸、醋酸等 螯合剂——乙酰丙酮 水——用量一定要控制
特点：水、溶剂挥发，干燥龟裂；
薄膜厚度受限； 但可反复涂覆。
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Preparation of nanoparticles
优缺点
A 样品的晶型结构完整，原料便宜；
B 设备简单、适于批量生产；
C 粉末易团聚，制备较为困难。
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Preparation of nanoparticles
2) 水热法(高温水解法)
定义：指在高温（100~1000℃）高压（10~100Mpa）下，利用
溶液中物质化学反应进行的合成。
水的作用：作为一种组分参与反应（即是溶剂又是矿化
研究进展：己制备出多种单质、无机化合物和复合材料超细微粉
末；目前已进入规模生产阶段，美国的MIT(麻省理工学)于1986 年已建成年产几十吨的装置。
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Preparation of nanoparticles
4 液相法 特点：化学组成可控 → 高纯、均相 成核速度可控 → 合成温度低 形状大小可控 → 纳米颗粒
分类：溶胶凝胶法；沉淀法；水热法等。
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Preparation of nanoparticles
1）沉淀-共沉淀法
定义：含阳离子的溶液中加入沉淀剂后，使离子沉淀的 方法。（以沉淀反应为基础） 分类： 单组分沉淀：溶液只含一种阳离子，得到单组分沉淀。 单相共沉淀：溶液含多种阳离子，沉淀为化合物 （固溶体）。 共沉淀：溶液中含多种阳离子，沉淀产物为混合物。
纳米TiO2粉体制备方法
1.纳米TiO 2粉体制备方法1.1.物理法1.1.1.气相冷凝法:预先处理为气相的样品在液氮的气氛下冷凝成核制得纳米TiO2 粉体,但该法不适于制备沸点较高的半导体氧化物1.1.2.高能球磨法:工艺简单,但制得的粉体形状不规则,颗粒尺寸分布宽,均匀性差1.2.化学法1.2.1.固相法:依靠固体颗粒之间的混合来促进反应,不适合制备微粒1.2.2.液相法:就是将钛的氯化物或醇盐先水解生成氢氧化钛(或羟基氧钛) ,再经煅烧得到TiO2. 研究最广泛。
以四氯化钛为原料,其反应为TiCl4 + 4H2O → Ti (OH) 4 + 4HCl ,Ti (OH) 4 → TiO2 + 2H2O.以醇盐为原料,其反应为Ti (OR) 4 + 4 H2O → Ti (OH) 4 + 4 ROH ,Ti (OH) 4TiO2 + 2 H2O.−−−→煅烧主要包括硫酸法、水解法、溶胶-凝胶(Sol2gel) 法、超声雾化、热解法等。
溶胶- 凝胶法就是将钛醇盐制备成二氧化钛溶胶. 为了得到多孔催化剂,通常采用煅烧等方法将凝胶进行干燥,去除溶剂,制得干凝胶. Dagan 等[25 ]采用超临界干燥法所制得的TiO2气凝胶孔隙率为85 % ,比表面积高达600 m2·g - 1 ,晶粒尺寸为5. 0 nm ;对水杨酸的光催化氧化表明该催化剂具有比Degussa P - 25 TiO2粉末更高的催化活性.1.2.3.气相法:其核心技术是反应气体如何成核的问题. 通过四氯化钛与氧气反应或在氢氧焰中气相水解获得纳米级TiO2 ,目前德国Degussa 公司P-25 粉末光催化剂是通过该法生产的常用的化学制备方法有溶胶-凝胶法、沉淀法、水解法、喷雾热解法、水热法和氧化- 还原法等。
2.纳米TiO2薄膜制备方法：除了与粉体制备相同的制备方法如溶胶-凝胶法、热解法外,还有液相沉积法、化学气相沉积法、磁控溅射法等。
2.1.溶胶-凝胶法(Sol-Gel)：制备的薄膜纯度高,且制备工艺简单,易批量生产;2.2.水热合成法：通过水解钛的醇盐或氯化物前驱体得到无定形沉淀，然后在酸性或碱性溶液中胶溶得到溶胶物质，将溶胶在高压釜中进行水热Ostwald熟化。
喷雾热解法资料.
金属盐溶液
冻结液滴 溶剂升华
喷 雾 (10~20μm)
热风中溶 高温介质中 溶剂蒸发+
剂蒸发
溶剂蒸发
热分解
金属盐粒子
热分解
分类 冷冻干燥法
氧化物粒子 喷雾干燥法 热煤油法 喷雾热解法
喷雾干燥装置图
喷雾干燥法的特点
原料盐必须能溶于溶剂中 快速干燥，粉体呈球形； 粉体组分均一，纯度高； 可用于造粒。 如镍、铁、锌混合硫酸盐的制备，粒径约10~20μm
盐→200nm软铁氧体微粉
喷雾热解法
较为新颖的方法，最早出现于60年代末； 溶剂蒸发与金属盐热解在瞬间同时发生，生成产物与
原料盐具有不同的化学组成；也称为喷雾焙烧法，火 焰喷雾法，溶液蒸发分解法等。 喷雾可进入加热的反应器或喷至高温火焰两种方法， 一般用可燃性溶剂，以利用其燃烧热
喷雾热解装置图
1m 500nm
0.5M-g2-600
0.5M-g2-700
还原剂种类对粉体形貌的影响
1m
0.5M-g2-500
500nm 500nm
0.5M-u2-500
0.5M-u2-600
烧结体的SEM
0.5M-500
0.5M-g2-500 0.5M-u2-500 0.5M-u2-600
SDC样品的电导率与温度的关系
致密Ni的制备
改变以表面反应(沉淀)为主的反应方式，到以 体内反应(沉淀)为主的反应方式
方法：在Ni(NO3)3溶液中加入一定的氨水，使 之与Ni2+形成络合物
反应方程式
(a) T1 = 200 oC,
T2=400 oC, pure NiO;
(b) T1= 300 oC, T2 . =800oC, containing Ni and NiO;
纳米ZnS粉体简介
2019/4/20
微乳液法：微乳液法又称为反胶束溶液法,微乳液反应体系是由以下四 个部分组成:水、有机溶剂、表面活性剂和助表面活性剂,其中助表面 活性剂不一定是必须的,而水是作为反应物的溶剂,被表面活性剂(助表 面活性剂)包裹,构成水核(或称作“水池”),从而形成微小(纳米级)的反 应容器,加入的水量的多少决定了水核的大小,进一步限制反应形成的 纳米颗粒的粒径,与乳液法不同,微乳液反应体系是热力学稳定的,得到 的纳米颗粒的粒径较小。微乳液法的制备纳米材料的过程是首先制备 微乳液,再加入反应物溶液进行反应形成纳米颗粒。该方法的优点是在 室温条件下制备,操作比较简单,得到的纳米颗粒粒径小且均勻,重要的 是通过实验条件可以有效控制纳米颗粒的粒。
2019/4/20
2.纳米ZnS粉体常用测试手段
X射线衍射(XRD) X射线能量色散能谱(EDS):获取样品中元素组成和比例的信
息
透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微 镜(HRTEM) 紫外可见吸收光谱(UV-vis absorption spectroscopy):从吸收谱上可以得到样品禁带宽度、缺陷能级的信
溶胶-凝胶法：以无机盐或有机盐(如金属醇盐)为前躯体,将其溶于水或 有机溶剂形成均质溶液,溶质发生水解、醇解或螯合反应,生成纳米尺寸 的颗粒且不团聚的溶胶,通过物理或化学方法使溶胶转化为凝胶,再将凝 胶进行热处理形成一定尺寸的纳米结构。该方法的优点是:制备方法简单, 热处理温度较低,制备的纳米材料纯度高且尺寸均勻。
1. ZnS纳米粉体
1.1体相ZnS型发光材料
ZnS是一种宽禁带半导体，Eg=3.68eV。ZnS型荧 光化合物是发现较早的发光材料,也是被研究的最多 的发光材料之一。它具备了多种荧光特性,如光导性、 长余辉,并能发出蓝色、绿色和红色荧光。它既是光 致发光材料,又是电致发光材料、阴极射线发光材料。 在完美的ZnS晶体中即使离子间有一点极化作用, 但不足以使电子云产生足够的形变将电子激励到禁 带中,所以没有荧光现象。
纳米粉末的制备方法
纳米粉末的制备方法材料研1203 Z1205020 石南起纳米科技是20世纪80年代末90年代初诞生并迅速发展和渗透到各学科领域的一门崭新的高科技。
由于它在21世纪产业革命中具有战略地位，因而受到世界的普遍关注。
有人说，70年代微电子学产生了世界性的信息革命，那么纳米科技将是21世纪信息革命的核心。
纳米技术的飞速发展极大的推动了材料科学的研究和发展，而纳米材料研究的一个重要阶段是纳米粉体的制备。
1.纳米粉体的制备要使纳米材料具有良好的性能，纳米粉末的制备是关键。
纳米粉末的制备方法主要有物理法、化学法和高能球磨法。
1.1物理法物理法中较重要的是气体中蒸发法，在惰性气体中蒸发金属，急冷生成纳米粉体。
如在容器中导入低压的氩或氦等惰性气体，通过发热体使金属熔化、蒸发，蒸发的金属原子和气体分子碰撞，使金属原子凝聚成纳米颗粒。
通过蒸发温度、气体种类和压力控制颗粒大小，一般制得颗粒的粒径为10nm左右。
比较重要的物理法还有溅射法、金属蒸气合成法及流动油上真空蒸发法等。
1.2化学法化学法制备纳米粉可分气相反应法和液相反应法。
1.2.1气相反应法气相反应法是利用化合物蒸气的化学反应的一种方法，其特点是：（1）原料化合物具有挥发性，提纯比较容易，生成物纯度高，不需要粉碎。
（2）气相物质浓度小，生成的粉末凝聚较小。
（3）控制生成条件，容易制得粒径分布窄，粒径小的微粒。
（4）气氛容易控制，除氧化物外，用液相法直接合成困难的金属、碳化物、氮化物均可合成。
气相合成中除了反应原料均为挥发性物外，也可用电弧、等离子体、激光加热固体使其挥发，再与活性气体反应生成化合物纳米粉体。
1.2.2液相反应法液相反应法作为一种制备超细粉体的方法成为各国材料科学家研究的热点，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越。
常用的液相反应法有共沉淀法、水解法、溶胶凝胶法、微乳液反应法等。
共沉淀法是利用各种在水中溶解的物质，经反应成不溶解的氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐等，再经加热分解生成高纯度的超微粉料。
陶瓷粉体
纳米陶瓷： 指显微结构中的物相(包括晶粒尺 寸、晶界宽度、第二相分布、气孔与尺 寸缺陷等)都在纳米量级的水平上的陶 瓷材料。
现有陶瓷材料的晶粒尺寸一般是在微 米级的水平。当其晶粒尺寸变小到纳米级 的范围时，晶粒的表面积和晶界的体积会 以相应的倍数增加，晶粒的表面能亦随之 剧增。 由于颗粒的线度减少而引起表面效应 和体积效应，使得材料的物理、化学性质 发生一系列变化，而且甚至出现许多特殊 的物理与化学性质。
纳米材料的制备： 纳米粉体的合成 素坯的成型 产品的烧结
粉体合成按合成条件分类： 1、气相法：气相法是直接利用气体，或 者通过各种手段将物质转变为气体，使之 在气体状态下发生物理变化或者化学反应， 最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子 的方法。 优点：制得的纳米陶瓷粉体的纯度较 高，团聚较少，烧结性能较好 缺点：产量低，设备昂贵
2、应用于提高陶瓷材料的超塑性 只有陶瓷粉体的粒度小到一定程度 才能在陶瓷材料中产生超塑性行为,其 原因是晶粒的纳米化有助于晶粒间产生 相对滑移,使材料具有塑性行为。
3、应用于制备电子(功能)陶瓷 纳米陶瓷粉体之所以广泛地用于 制备电子陶瓷,原因在于陶瓷粉体晶粒 的纳米化会造成晶界数量的大大增加, 当陶瓷中的晶粒尺寸减小一个数量级, 则晶粒的表面积及晶界的体积亦以相 应的倍数增加
3、固相法：指纳米粉体是由固相原 料制得，按其加工的工艺特点可分 为机械粉碎法和固相反应法两 类。 优点：所用设备较简单，方便操作 缺点：纯度较形状、
体积和强度的坯体的过程,素坯的相对 密 度和显微结构的均匀性对陶瓷在烧结过 程 中的致密化有极大的影响
纳米陶瓷的性能：
1、高强度： 纳米陶瓷材料在压制、烧结后，其强度比 普通陶瓷材料高出4-5倍，如在 100度下，纳米 TiO2陶瓷的显微硬度为13000KN/mm2，而普通 TiO2陶瓷的显微硬度低于2000KN/mm2。日本 的新原皓一制备了纳米陶瓷复合材料，并测定 了其相关的力学性能，研究表明纳米陶瓷复合 材料在韧性和强度上都比原来基体单相材料均 有较大程度的改善，对 Al2O3/SiC 系统来说， 纳米复合材料的强陶度比单相氧化铝的强度提 高了3-4倍。
以硫酸亚铁为原料制备四氧化三铁纳米粉体材料的方法(一)
以硫酸亚铁为原料制备四氧化三铁纳米粉体材料的方法(一)以硫酸亚铁为原料制备四氧化三铁纳米粉体材料的方法简介本文将详细介绍使用硫酸亚铁为原料制备四氧化三铁纳米粉体材料的几种常见方法。
四氧化三铁（Fe3O4）是一种重要的磁性材料，具有广泛的应用前景，如磁性颗粒、磁性液体以及磁性传感器等。
方法一：共沉淀法1.准备一定量的硫酸亚铁溶液和含氢氧化钠的溶液。
2.将两种溶液缓慢加入反应容器中，同时搅拌。
3.调节反应条件，如温度和反应时间，以促进反应的进行。
4.反应结束后，通过离心将沉淀物分离出来。
5.将沉淀物洗涤干净，并进行干燥。
方法二：热分解法1.将硫酸亚铁放入高温炉中，并进行加热处理。
2.根据热分解曲线，通过调整温度和时间，在合适的条件下进行热分解。
3.确保反应容器密封良好，以防止杂质的进入。
4.等待反应结束后，将产物取出，进行洗涤和干燥处理。
方法三：水热法1.将硫酸亚铁加入适量的水中，并搅拌均匀。
2.调整反应物的浓度和反应时间，用高温高压的水热反应条件来制备纳米粉体材料。
3.等待反应结束后，用离心等方法将产物分离出来。
4.对产物进行洗涤和干燥处理，以去除杂质。
方法四：溶剂热法1.准备硫酸亚铁和有机溶剂。
2.将硫酸亚铁和溶剂混合，得到反应溶液。
3.调整反应条件，如温度和反应时间，在一定压力下进行反应。
4.反应结束后，通过过滤或离心将产物分离。
5.将产物洗涤、干燥，以得到纯净的四氧化三铁纳米粉体材料。
结论以上是以硫酸亚铁为原料制备四氧化三铁纳米粉体材料的四种常见方法。
根据实际需求和条件，选择合适的方法进行制备，可以得到高纯度、均匀分散的纳米粉体材料，为磁性材料的研究和应用提供了重要的基础。
纳米材料-制备方法
纳米粒子合成的物理方法-PVD -- 优点
材料適用氣體蒸發法
可合成金屬、合金、陶瓷、複合化合物、 有機化合物的奈米微粒子。 優點：乾淨、粒徑很一致，粒度分佈小、 容易控制粒徑。
纳米粒子合成的物理方法-PVD -- 加热方式
纳米粒子合成的物理方法-PVD -- 电阻加热法
PVD电阻加热法 --影響金屬奈米微粒製作之因素
氣相法
化學氣相沈積法 利用金屬化合物蒸氣的化學反應合成奈米材料。其特點產品純度高，粒度分 佈窄。
奈米微粒子合成技術要求
奈米微粒之純度及表面乾淨度；
奈米微粒之平均粒徑及粒度分佈；
奈米微粒之粒型及晶相穩定度； 奈米粉體是否容易團聚，二次粒子粒徑為何？ 能長時間運轉、容易收集、安定而保存性良好； 生產成本符合商業化量產。
纳米粒子合成的物理方法-构筑法
构筑法是由小极限原子或分子的集合体人工合成超微粒子 块体材料 如何使块体材料 通过物理的方法 原子分子化？
蒸发、 离子溅射、 溶剂分散…… 惰性气体中或不活泼气体中凝 电阻加热、等离子体加热、 激光加热、电子束加热、 电弧放电加热、高频感应加 热、太阳炉加热……
原子分子化
纳米粒子合成的物理方法-PVD
物理氣相沉積法的原理可由蒸發金屬以產生奈米粒子的 現象加以說明；通常，在高度真空下將金屬加熱-蒸發，金 屬原子會在容器壁或固體表面上形成薄膜，即一般的真空 蒸鍍作業。但是，若在0.01至數百torr的惰性氣體環境下， 被蒸發的原子則會和環境中的氣體分子相互碰撞-冷卻，而 於氣相中凝結成奈米粉體。綜合以上說明，可知氣相沉積 法是利用加熱原材料，使其成為氣相原子或分子，離開熱 源到達冷的一端，藉由濃度過飽和而沉積為奈米材料的方 法。氣相沉積法又依加熱方式的不同，可分為電阻式、電 漿法、電弧法、輝光放電法、高周波加熱法、電子束、離 子束、雷射加熱法以及微波加熱法等。
纳米粉体的制备方法
纳米粉体的制备方法一、纳米粉体应具备的特性1、化学成分配比准确：尽量符合化学计量，避免烧结出现液相或阻碍烧结；2、纯度高：出现液相或影响电性能；3、成分分布均匀：尤其微量掺杂；4、粒度要细，尺寸分布范围要窄；结构均匀，密度高；5、无团聚体：软团聚，硬团聚。
二、制备方法分类化学法化学法是指通过适当的化学反应，从分子、原子、离子出发制备纳米物质，它包括化学气相沉积法、化学气相冷凝法、溶胶一凝胶法、水热法、沉淀法、冷冻干燥法等。
化学气相沉积(CVD)是迄今为止气相法制备纳米材料应用最为广泛的方法，该方法是在一个加热的衬底上，通过一种或几种气态元素或化合物产生的化学元素反应形成纳米材料的过程，该方法主要可分成热分解反应沉积和化学反应沉积。
该法具有均匀性好，可对整个基体进行沉积等优点。
其缺点是衬底温度高。
随着其它相关技术的发展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积门、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。
化学气相冷凝法(CVC)主要通过有机高分子热解获得纳米粉体，具体过程是先将反应室抽到或更高真空度，然后注入惰性气体He，使气压达到几百帕斯卡，反应物和载气He从外部系统先进入前部分的热磁控溅射CVD装置由化学反应得到反应物产物的前驱体，然后通过对流达到后部分的转筒式骤冷器，用于冷却和收集合成的纳米微粒。
化学沉淀法是在金属盐类的水溶液中控制适当的条件使沉淀剂与金属离子反应，产生水合氧化物或难溶化合物，使溶液转化为沉淀，然后经分离、干燥或热分解而得到纳米级超微粒。
化学沉淀法可分为直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法和醇盐水解沉淀法。
物理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抗积一层膜，经过热处理，即可得到纳米颗粒的阵列。
制备高纯纳米氧化铝粉体的方法
制备高纯纳米氧化铝粉体的方法高纯纳米氧化铝粉体的制备方法有很多，大致可分为固相法、液相法、气相法等。
各种方法都有其一定优势，但是也存在不足，因此一般根据实际产品要求来选择不同的制备方法。
1.固相法固相法主要是将铝或铝盐研磨煅烧，发生固相反应后直接得到纳米氧化铝的方法。
该法可分为：机械粉碎法、固相反应法；机械粉碎法是用各种超细粉碎机将原料直接粉碎成超细粉。
常见的超细粉碎机有：球磨机、行星磨、塔式粉碎机和气流磨粉碎机等；应用较多的是球磨机，但该法很难使粒径达到100nm以下。
固相法制备超细粉比较简单，但是生成的粉体容易产生团聚并且粉末粒度不易控制。
固相反应法又可大致化学溶解法、非晶晶化法、燃烧法。
a)化学溶解法化学溶解法主要包括碳酸铝铵热解法、喷雾热解法、铵明矾热解法三种；铵明矾热解法是通过用硫酸铝铵与硫酸铵反应制得明矾，再根据产品纯度要求再多次重结晶精制，最后将精制的铵明矾加热分解成Al2O3,其反应过程为: 2Al(OH)3+3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 6H2O Al2(SO4)3 + (NH4)2SO4 + 24H2O → 2NH4Al(SO4)2·12H2O 2NH4Al(SO4)2·12H2O → Al2O3 + 2NH3 + 4SO3 + 13H2O 煅烧过程收集的炉气可制成硫酸铵循环使用。
该方法工艺简单，但由于生产周期长，难于应用于实际规模化生产。
对铵明矾热解法改进后形成了碳酸铝铵热解法，通过前驱体NH4AlO(OH)HCO3的合成和热解得到高纯度超细氧化铝。
李江[6]等应用分析纯硫酸铝铵和碳酸氢铵为原料，采用湿化学法制备单分散超细NH4Al2(OH)2CO3先驱沉淀物,在1100℃下灼烧得到平均粒径为20nm的α-Al2O3纳米粉体。
该方法不产生腐蚀性气体，无热分解时的溶解现象，有利产品粒径的控制并且能简化操作，适合于工艺化生产。
喷雾热解法是将金属盐溶液以雾状喷入高温气氛中，从而使其中的水分蒸发，金属盐发生分解，析出固相，直接制备出纳米氧化铝陶瓷粉好方法。
纳米陶瓷的制备过程
纳米陶瓷的制备过程如下：
1. 纳米粉体的制备：纳米粉体的制备是纳米陶瓷生产中最重要的一步，在某种程度上可以说，纳米粉体决定了纳米陶瓷烧结后的质量。
目前，纳米粉体制备方法主要有两种，一种是气相合成法，包括化学气相合成法、高温裂解法和雾转化法。
这是一种极为实用的纳米粉体制备方法。
纳米氧化物粉或非氧化物粉可以通过这种方法制备。
气相合成法最大的优点是制备的纳米粉纯度高，烧结后的纳米陶瓷表面纯度高。
一种是凝结合成法，主要用于制备复合氧化物纳米陶瓷材料。
2. 纳米陶瓷的烧结：在获得所需纳米粉体后，需要对其进行烧结以形成纳米陶瓷材料。
烧结过程通常在高温下进行，以促进原子间的扩散和重新排列，以获得所需的结构和性能。
以上信息仅供参考，如需了解更多信息，建议咨询纳米陶瓷领域的专业人士。
纳米材料的制备方法
纳米/微米三维结构的制备纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。
纳米级结构材料简称为纳米材料(nano material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。
由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。
并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子(nano particle)组成。
纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。
纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。
其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产（超微粉、镀膜、纳米改性材料等），性能检测技术（化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能）。
纳米加工技术包含精密加工技术（能量束加工等）及扫描探针技术。
纳米材料具有一定的独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为，当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以二者行为上将产生明显的差异。
纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表面能的不安定原子。
纳米粉体制备方法
纳米粉体制备方法纳米粉体制备办法纳米技术是当今世界各国争先进展的热点技术，纳米技术和材料的生产及其应用在中国已起步，可以产业化的惟独为数不多的几个品种，纳米二氧化钛（ＴｉＯ2）、纳米氧化锌（ＺｎＯ）、纳米碳酸钙（ＣａＣＯ3）便是其中较具代表性的几个品种。
纳米粉体的制备办法无数，可分为物理办法和化学办法。
以下是对各种办法的分离阐述并举例。
1. 物理办法(1)真空冷凝法用真空蒸发、加热、高频感应等办法使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。
其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。
1。
金属烟粒子结晶法是早期讨论的一种试验室办法。
将金属原料置于真空室电极处，真空室抽空（真空度1P a）导入102到103 P a 压力的氩气或不活泼性气体，然后像通常的真空蒸发那样，用钨丝蓝蒸发金属。
在气体中，通过蒸发、凝结产生的金属蒸气形成金属烟粒子，像煤烟粒子一样沉积于真空室内壁上。
在钨丝篮上方或下方位置可以预先放置格网收集金属烟粒子样品，以备各类测试所用。
2。
流淌油面上的真空蒸发沉积法（VEROS），VEROS法是将物质在真空中延续的蒸发到流淌着的油面上，然后把含有纳米粒子的油回收到储藏器内，再经过真空蒸馏、浓缩，从而实现在短时光制备大量纳米粉体。
(2)物理粉碎法通过机械粉碎、电火花爆炸等办法得到纳米粒子。
其特点操作容易、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不匀称。
例，有一种制备纳米粉体材料新办法，最适用于碳化物、氮化物及部分金属粉体的制备。
第1页/共4页其办法是先对反应器抽真空，然后充入庇护气体或反应气体，在反应器中设置石墨电极，在石墨电极与反应器坩埚中的金属之间通电，使之产生高温碳电弧，由高温电弧产生金属蒸汽。
采纳庇护气体可以生产出由石墨原子包覆的纳米镍粉、铜粉、铝粉等不易团圆的金属纳米粉末；采纳反应气体可以生产碳化物、氮化物纳米粉末。
与现有技术相比，生产的纳米粉末不易团圆，具有成本低，电弧功率大，可以实现规模化生产，具有广泛的有用性。
纳米粉体的制备(气相方法)分解课件
实验注意事项与安全防范
01
02
03
04
安全操作规程
严格遵守实验室安全操作 规程，避免发生意外事故 。
气体处理
对有毒或有腐蚀性的气体 进行适当处理，确保安全 排放。
设备维护
定期对设备进行检查和维 护，确保设备正常运行和 使用安全。
个人防护
在实验过程中，务必佩戴 安全防护眼镜、实验服和 化学防护手套等防护用品 ，防止意外伤害。
适用范围
适用于制备各种类型的纳 米粉体，如金属、氧化物 、碳化物等。
材料选择与处理
材料要求
材料储存与运输
选择具有高纯度、高稳定性的原材料 ，以保证制备出的纳米粉体质量。
确保材料在储存和运输过程中不受污 染，保持其纯度和稳定性。
材料预处理
对原材料进行破碎、干燥、除杂等预 处理，以满足设备对材料的要求。
特性
高比表面积、量子尺寸效应、表 面效应、小尺寸效应等。
纳米粉体的应用领域
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04
电子
制造高性能电子器件、光电子 器件等。
能源
高效电池、太阳能电池、燃料 电池等。
医学
药物载体、生物成像、癌症治 疗等。
环保
空气净化、水处理等。
纳米粉体的制备方法
01
02
03
气相法
利用气体为原料直接合成 纳米粉体，包括物理气相 法和化学气相法。
05 气相法制备纳米 粉体的实验结果 与数据分析
实验结果展示
实验结果一
实验结果二
实验结果三
实验结果四
气相法制备的纳米粉体 粒径分布
不同制备条件下粉体的 形貌变化
粉体的化学组成与结构 分析
粉体的物理性能测试数 据
纳米粉体的制备方法
纳米粉体的制备方法
纳米粉体的制备方法有很多种，以下是常用的几种方法：
1. 气相法：通过将原料加热或溶解在溶剂中，产生气态物质，然后在特定条件下让气态物质在高温下反应，生成纳米粉末。
2. 溶胶-凝胶法：将溶胶形成的溶液倒入容器中，经过固化和烘烤等步骤，形成凝胶，然后将凝胶破碎成纳米粉末。
3. 原位化学还原法：在溶液中加入还原剂和金属盐，通过还原反应生成纳米粉末。
4. 机械法：通过高能球磨等机械装置，将原料粉末磨碎成纳米粉末。
5. 热分解法：将有机化合物加热分解，生成纳米粉末。
6. 水热法：将金属离子和金属氧化物在高温高压条件下反应形成纳米粉末。
以上是纳米粉体的制备常用方法，不同的方法适用于不同的材料和纳米粉末的制备要求。
气相法制备纳米材料
基本原理是先将金属丝固定在一个充满惰性气体510pa的卡头为两个电极它们与一个大电容相连接形成回路加15kv的高电压金属丝在500800ka电流下进行加热熔断后在电流中断的瞬间卡头上的高压在熔断处放电使熔融的金属在放电过程中进一步加热变成蒸气在惰性气体碰撞下形成纳米金属或合金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
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。
对分子质量， 所以粒子直径 ｄ 为：
ｄ＝２ｒ ＝（ ６ｃ０Ｍ／!Ｎ!）
（３）
这表明粒子大小可通过原料源浓度加以控制。
随着反应进行， 气相过饱和度急剧降低， 核成长速率
就会大于均匀成核速率。晶核和晶粒的析出反应必
将优先于均相成核反应， 因此， 从均相成核开始， 由
于过饱和度变化， 超微粉反应就受自身控制， 致使气
综述
气相法制备纳米材料
李 敏， 李 盼， 王维刚
（大庆石油学院 机械科学与工程学院， 黑龙江 大庆 １６３３１８）
摘 要： 阐述了粒子成核、粒径控制和粒子凝聚等气相合成反应的基
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§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％)。
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纳 米 粒 子 合 成 方 法 分 类
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粉碎法
干式粉碎 湿式粉碎
物理法
气体冷凝法
构筑法 溅射法
纳
氢电弧等离子体法
米 粒
气相分解法
气相反应法 气相合成法
子
气－固反应法
制
共沉淀法
备 化学法
沉淀法 均相沉淀法
方 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
• 两种情况不能使用这种方法进行加热和蒸发： ① 发热体与蒸发原料在高温熔融后形成合金。 ② 蒸发原料的蒸发温度高于发热体的软化温度。
目前这一方法主要是进行Ag、Al、Cu、Au等低 熔点金属的蒸发。
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气体冷凝法根据加热源分类
• 电阻发热体是用Al2O3等耐火材料将钨丝进行包覆, 熔化了的蒸发材料不与高温发热体直接接触，可 以用于熔点较高的金属的蒸发:Fe, Ni等(熔点～ 1500C)。
• 缺点：
• 难以获得高熔点的纳米微粒。
• 主要用于Ag、Al、Cu、Au等低熔点金属纳米 粒子的合成。
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§3.1.1 气体冷凝法
• 根据加热源进行分类: 不同的加热方法制备出的超微粒的量、品种、粒径 大小及分布等存在一些差别。
• 1）电阻加热; • 2）高频感应加热； • 3）阴极溅射加热； • 4）激光加热； • 5）微波加热； • 6）等离子体加热
• 由于产量小，该法通常用于研究。
• ……
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气体冷凝法根据加热源分类
• (1) 电阻加热:(电阻丝) • 电阻加热法通常使用螺旋纤维或舟状的电阻发
热体。如图
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气体冷凝法根据加热源分类
• 加热材料: 金属类：如铬镍系,铁铬系，温度可达1300℃;
• 钼，钨，铂，温度可达1800℃; 非金属类：SiC(1500℃)， MoSi2 (1700℃)，石 墨棒(3000℃)。
方 法
干式粉碎 粉碎法 湿式粉碎
热分解法
固相法 固相反应法 4 其它方法
§3.1 气相法制备纳米微粒 ——PVD和CVD法
• 1. 定义: • 气相法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。 • 2.优势： 气相法通过控制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。
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§3.1.1 气体冷凝法（物理气相沉积）
1. 定义: • 气体冷凝法是在低压的氦、氩等惰性气体中加
热金属、合金或陶瓷使其蒸发气化,然后与惰性 气体碰撞冷凝形成超微粒(1—1000 nm)或纳米 微粒(1—100 nm)的方法。源自2. 气体冷凝法的研究进展：
• 1963年，Ryozi Uyeda及其合作者研制出，通过 材料在纯净的惰性气体中的蒸发和冷凝过程获 得较干净的纳米微粒。
• 纳米微粒的制备方法分类:
• 1. 根据是否发生化学反应,纳米微粒的制备方法 通常分为两大类：物理法和化学法。
• 2. 根据制备状态的不同，制备纳米微粒的方法 可以分为气相法、液相法和固相法等;
• 3. 按反应物状态分为干法和湿法。
• 大部分方法具有粒径均匀，粒度可控，操作简 单等优点;
• 有的也存在可生产材料范围较窄，反应条件较 苛刻，如高温高压、真空等缺点。
第三章 纳米材料的制备方法
• 教学目的:讲授纳米材料的制备方法及其原理 • 重点内容： • 气相法制备纳米微粒
(气体冷凝法,氢电弧等离子体法、化学气相沉积 法) • 液相法制备纳米微粒 (沉淀法，水热法，溶胶凝胶法、模板法)
• 难点内容:
气相法和液相法合成纳米材料的成核和生长机理。
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其它方法(如球磨法)
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纳 米 粒 子 合 成 方 法 分 类
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气相分解法
化学气相法 气相合成法
气－固反应法
气相法
气体冷凝法 氢电弧等离子体法
物理气相法
溅射法 真空沉积法
纳
加热蒸发法
米
混合等离子体法
粒
共沉淀法 沉淀法 均匀沉淀法
子
水热法 水解沉淀法
制 备
液相法 溶胶－凝胶法
冷冻干燥法 喷雾法
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§3.1.1 气体冷凝法
• 欲蒸的物质(例如,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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§3.1.1 气体冷凝法
• 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。
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§3.1.1 气体冷凝法
4. 气体冷凝法影响纳米微粒粒径大小的因素:
•(1) 惰性气体压力。 惰性气体压力的增加,粒 子变大。 (如图)
•(2) 惰性气体的原子量。 大原子质量的惰性气体 将导致大粒子。 (碰撞机会增多，冷却速 度加快)。
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§3.1.1 气体冷凝法
(3)蒸发物质的分压,即蒸发温度或速率。
• 实验表明，随着蒸发速率的增加(等效于蒸发源 温度的升高)，或随着原物质蒸气压力的增加， 粒子变大。 (原物质气体浓度增大，碰撞机会增多，粒径增 大)。
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§3.1.1 气体冷凝法
5. 气体冷凝法优点: • 设备相对简单,易于操作。 • 纳米颗粒表面清洁, • 粒度齐整，粒度分布窄， • 粒度容易控制。