纳米颗粒制备方法

振动球磨 搅拌磨
物
胶体磨
理
气流磨
方
法
构筑法
蒸发法 溅射法
1.1 蒸发法制备纳米颗粒
➢ 定义：直接利用气体或利用各种手段将物质变成气体，
使之在气体状态下发生物理或化学变化，在冷却过程中凝 聚长大形成纳米粒子。
➢ 气相蒸发法原理：在高真空室中冲入低压的纯净惰性气
体或反应气体，预蒸发的物质置于坩埚，通过加热装置逐 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（与反应气体发生化学反应）并接近充液氮的 冷却棒（77K）。在蒸发过程中原物质原子与惰性气体碰 撞损失能量冷却，造成局域的过饱和，形成均匀的成核过 程，然后形成原子簇，长大成纳米粒子。收集。
➢ 原理：
将反应室抽真空，冲入少量的惰性气体，形 成数百帕的真空度，（通入反应气体），在加热 的反应器内得到目标产物或其前驱体，然后在对 流的作用下，到达后部的骤冷转筒器（加入液氮 作为冷却介质），转筒后面有一刮刀不断的移去 沉积的纳米颗粒，可以提供一个干净的金属表面 来进行连续的收集操作。
➢ 特点：粒径小、分布窄、避免团聚。
第二章 纳米颗粒的化学合成方法
➢ 定义： 通过适当的化学反应，包括液相、气相和固
相反应，从分子、原子出发制备纳米颗粒物质。 ➢ 化学法包括气相法、液相法和固相法。 ➢ 气相法分为：气相分解法、气相合成法、气-固反
应法 ➢ 液相法分为：沉淀法、水热法、溶剂热法、溶胶-
凝胶法、蒸发溶剂热解法、模板法 ➢ 固相法分为：热分解法、固相反应法、火花放电
➢ 反应原料是气态或易于挥发成蒸气的液态或固态 物质。
➢ 根据反应类型不同分为热解化学气相沉积和化学 合成气相沉积。
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，如氢化物、金属有机化合物。
➢ 优点：由于电磁波的作用，熔体发生由坩埚的中
心部分向上、向下以及向边缘部分的流动，熔体 不断被搅拌，温度相对均匀恒定
因此，规模越大（使用大坩埚），粒子的粒 径越均匀，便于工业化生产。
➢ 缺点：很难制备高熔点物质，如：W、Ta、Mo
等。
III.电子束加热
优点：可制备Mo、W、Ta等高熔点金属 和Zr、Ti等活性大的金属；制备TiN、AlN 等高熔点化合物。
纳
粉碎法
干式粉碎 湿式粉碎
米
物理法
粒
纳
子 合
米 粒 子
构筑法
蒸发法 溅射法
成
制
气相分解法
气相反应法 气相合成法
方
备
气－固反应法
法
方 法 化学法
共沉淀法 沉淀法 均相沉淀法
分 类
水热法 水解沉淀法
液相反应法
溶剂热法 溶胶－凝胶法
蒸发溶剂热解法
模板法
纳米颗粒的物理制备方法
球磨
振动磨
粉碎法
机械 粉碎法
法
2.1 化学气相沉积法制备纳米粒子
➢ 化学气相沉积（CVD：Chemical Vapour Deposition） 是利用气态或蒸气态的物质在气相或气固界面上 生成固态沉积物的技术。 在远高于临界反应温度的条件下，通过化学 反应，使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 集成颗粒，随着气流进入低温区，最终在收集室 内得到纳米粉体。
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，Hale Waihona Puke Baidu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。
纳米颗粒的制备
同济大学
第一章 纳米粒子的制备方法
➢ 按照物质的原始状态，可分为固相法、液 相法和气相法。
➢ 按照研究纳米粒子的学科分类，可分为物 理方法、化学方法和物理化学方法。
➢ 按照制备的技术分类，可分为机械粉碎法、 气体蒸发法、溶液法、等离子体合成法、 激光合成法、溶胶凝胶法等
➢ 本文着重针对纳米粒子生成机理与制备过 程，粗略地分为物理方法、化学方法。
2Ti+N2
2TiN
2Al+2NH3
2AlN+3H2
电子枪内高真空(0.1Pa)，蒸发室内(1kPa)
设置排气室，再用电子透镜聚焦电子束，
保证高的投入密度。
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。
➢ 氢电弧等离子体法合成机理：
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，用离心收集器或过滤式收集器使微粒与气 体分离而获得纳米微粒。
用于在制备工艺中使用氢气作为工作气体,可 大幅度提高产量。其原因被归结为氢原子化合时 （H2）放出大量的热，从而强制性的蒸发，使产 量提高，而且氢的存在可以降低熔化金属的表面 张力加速蒸发。
➢ 按照原料加热蒸发技术手段的不同， 可将 蒸发法分为：
1）电阻加热； 2）等离子喷射加热； 3）高频感应加热； 4）电子束加热； 5）激光加热； 6）电弧加热； 7）微波加热。
I. 电阻式蒸发
应用最为普遍：只能制备Al、Cu、Ag、Au等 低熔点物质
电阻材料：难熔金属，如W、Mo、Ta等 形状：螺旋纤维或舟状
局限性： a.发热体和蒸发体在高温熔融后形成合金 b.蒸发材料的蒸发温度高于发热体的软化温度
要求：热源温度场分布空间范围尽量小，温度 梯度大
II.高频感应加热法
原理：高频大电流通过线圈，产生极性瞬间变化
的强磁束，将金属等被加热物质放置在线圈内， 磁束就会贯通整个被加热物质，在被加热物质内 部与加热电流相反的方向产生很大的涡电流，由 于被加热物质内的电阻产生焦耳热，使物质自身 的温度迅速上升。
流动油面上的真空蒸发沉积法 （VEROS）
将物质在真空中连续地蒸发到流动着 的油面上，然后把含有纳米粒子的油回收 到贮存器内，再经过真空蒸馏、浓缩，制 备纳米粒子。
优点：可以得到平均粒径小于10nm的各类 金属粒子，粒子分布窄。
缺点：粒子太细，难以从油中分离。
化学气相冷凝法（CVC）
化学气相冷凝法（CVC）