第三讲-纳米粒子制备讲解学习
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5. 其它物理方法：
火花放电法、爆炸烧结法、活化氢熔融金属反应法等。
三. 化学制备方法
1.化学沉淀法
• 定义：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。
• 类型：共沉淀法、均匀沉淀法、水解沉淀法 等。
第三讲-纳米粒子制备
二、制备纳米粒子的物理方法
1. 机械粉碎法
• 定义：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。
• 特点：理论上，达到的最小粒径为10-50nm，实 际极限值为50nm，粒径较大；方法简单易行， 但易引入杂质，要注意易燃、易爆物料。
• 分类：按振动方式不同，振动磨可分为惯性式 和偏转式；按筒体数目可分为单筒式和多筒式 ；按操作方式可分为间歇式和连续式。
• 特点：可用于各种硬度物料，使其粉碎；粒径 达1微米以下。
（4）搅拌磨
• 定义： 由一个静止的研磨筒和一个旋转的搅拌 器构成。一般研磨介质为直径小于6毫米的球 形介质。
• 分类：根据结构和研磨方式可分为间歇式、循 环式和连续式三种类型。
• 应用：广泛用于金属氧化物纳米粒子的制备， 粒径小于100nm的PbTiO3、粒径在80-300nm的 AlTiO5以及La1-xSrxFeO3复合氧化物纳米晶系 列等。
3. 水热法
• 如钛盐溶液水解可以制备球形的TiO2纳米粒子；三 价的铁盐溶液水解可以制备Fe2O3 纳米粒子。
2. 溶胶-凝胶法
• 原理：用金属无机盐为前驱物，前驱物在一定 条件下水解成溶胶，再制成凝胶，经干燥纳米 材料热处理后制得所需纳米粒子。
• 技术要点：反应物在液相下均匀混合，均匀反 应，形成稳定的溶胶，反应过程中不能有沉淀 产生。影响因素包括：溶液的PH值、溶液的浓 度、反应温度、反应时间等。
3. 离子溅射法
• 基本原理：两块金属板放在惰气中作为阴、阳 极，加高压电流，辉光放电中的离子撞击阴极 靶，靶中的原子从表面蒸发而制备纳米粒子。
• 特点：溅射法一般用于制膜，也可被粒子；粒 子的收率高，粒子均匀、分布窄，粒径小（纳 米银可达5-20nm）；适合于制高熔点金属纳米 粒子，可以制金属或化合物粒子，但设备贵， 产量低。
（2）振动球磨
• 定义：振动球磨是以球或棒为介质，介质在 粉碎室内振动，冲击物料使其粉碎 ；
• 行星磨：物料和介质在公转和自转两种方式 互相摩擦、冲击。
• 特点：可用于各种硬度物料，使其粉碎。可 获得小于2微米的粒子达90%，甚至获得 50nm的粒子。
（3）振动磨
• 定义：振动磨是利用球磨介质，在一定振幅的 筒体内，对物料进行冲击、摩擦、剪切使物料 粉碎。
4. 冷冻－干燥法
• 原 理：先使含金属的溶液喷雾在冷冻剂中冷冻，然后在低 温低压下真空干燥，将溶剂升华除去，就可以得到相应物 质的纳米粒子。
• 常见的冷冻剂：乙烷、液氮。借助于干冰－丙酮的冷却使 乙烷维持在-77°C的低温，而液氮能直接冷却到-196°C， 但是用乙烷的效果较好 。
• 特点：适合大规模生产，成本低廉，粒子的粉碎性好。
• 特点：研磨介质为球形，用于纳米粉碎时，球 形介质的直径一般小于3mm。
（5）胶体磨
• 定义：利用一对固体磨子和高速旋转磨 体的相对运动所产生的剪切、摩擦、冲 击来分散物料。
• 特点：处理浆料，分散、乳化物料；短 时间内，粒子粒径达1微米以下。
（6）纳米气流粉碎磨
• 定义： 这是一种较成熟的纳米粉碎技术。该 技术利用高速气流（300~500m/s)或热蒸汽（ 300~450℃）的能量是粒子相互冲击、碰撞、 摩擦而被较快粉碎。在粉碎室里，粒子之间的 碰撞频率远高于粒子与器壁之间的碰撞。
• 流动油面蒸发凝聚法：将物质在真空中连续的 蒸发到流动的油面上，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。
• 原料的蒸发方式： 电阻蒸发、等离子体 蒸发、激光束加热蒸发、电子束加热蒸 发、电弧放电加热蒸发、高频感应电流 加热蒸发、太阳炉加热蒸发等。
• 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、蒸发法所得产品的粒径一般 5~100nm,；原则上适用于任何被蒸发的 元素以及化合物 。
（1）共沉淀法
• 定义: 在含有多种金属离子的溶液中加入沉淀剂 ，使共存与溶液中的金属离子完全沉淀的方法称 为共沉淀法。
• 优点：生成的粉末具有较高的化学均匀性，粒度 较细，颗粒尺寸分布较窄且具有一定形貌。
• 应用：共沉淀法可制备BaTiO3、PbTiO3等电子陶 瓷等粉体。
（2）均匀沉淀法
• 在溶液中加入某种能缓慢生成沉淀剂的物质 ，使溶液中的沉淀均匀出现，称为均匀沉淀法 。
• 优 点：产品粒度细、产品粒度的下限可达到 0.1微米以下。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。
2. 蒸发凝聚法
• 原理：它是在高真空条件下，将金属原料加热、 蒸发，使之成为原子或分子，再凝聚生成纳米 粒子。制备过程一般不伴有燃烧之类的化学反 应，是纯粹的物理过程。
• 金属烟粒子结晶法：将金属放在真空中，充惰 气，通过蒸发、凝聚形成金属烟粒子，沉积到 真空室内壁上。
• 本法多数在金属盐溶液中采用尿素热分解生 成沉淀剂NH4OH，促使沉淀均匀生成。
• 制备的Fra Baidu bibliotek体有Al、Zr、Fe、Sn的氢氧化物及 Nd2(CO3)3等。
（3）水解沉淀法
• 利用金属盐水解生成氢氧化物或水合物沉淀来制备 纳米粒子水解沉淀物经干燥、煅烧之后可以得到各 类氧化物的纳米粒子。
• 用来水解的盐类可以用氯化物、硫酸盐、硝酸盐、 氨盐等无机盐，也可以用金属醇盐。
• 应用：可以制备纳米纯金属粉和合金粉，多用 于粉体的后续加工 。
（1）球磨
• 定义：球磨机是目前广泛采用的纳米磨碎 设备。它是利用利用介质和物料之间的相 互研磨和冲击使物料粒子磨碎。
• 特点：获得粒子较大； 经几百小时的长时 间球磨，可使小于1微米的粒子达到20%；
• 应用：可以用高速旋转磨机连续生产，临 界粒径3微米。
火花放电法、爆炸烧结法、活化氢熔融金属反应法等。
三. 化学制备方法
1.化学沉淀法
• 定义：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。
• 类型：共沉淀法、均匀沉淀法、水解沉淀法 等。
第三讲-纳米粒子制备
二、制备纳米粒子的物理方法
1. 机械粉碎法
• 定义：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。
• 特点：理论上，达到的最小粒径为10-50nm，实 际极限值为50nm，粒径较大；方法简单易行， 但易引入杂质，要注意易燃、易爆物料。
• 分类：按振动方式不同，振动磨可分为惯性式 和偏转式；按筒体数目可分为单筒式和多筒式 ；按操作方式可分为间歇式和连续式。
• 特点：可用于各种硬度物料，使其粉碎；粒径 达1微米以下。
（4）搅拌磨
• 定义： 由一个静止的研磨筒和一个旋转的搅拌 器构成。一般研磨介质为直径小于6毫米的球 形介质。
• 分类：根据结构和研磨方式可分为间歇式、循 环式和连续式三种类型。
• 应用：广泛用于金属氧化物纳米粒子的制备， 粒径小于100nm的PbTiO3、粒径在80-300nm的 AlTiO5以及La1-xSrxFeO3复合氧化物纳米晶系 列等。
3. 水热法
• 如钛盐溶液水解可以制备球形的TiO2纳米粒子；三 价的铁盐溶液水解可以制备Fe2O3 纳米粒子。
2. 溶胶-凝胶法
• 原理：用金属无机盐为前驱物，前驱物在一定 条件下水解成溶胶，再制成凝胶，经干燥纳米 材料热处理后制得所需纳米粒子。
• 技术要点：反应物在液相下均匀混合，均匀反 应，形成稳定的溶胶，反应过程中不能有沉淀 产生。影响因素包括：溶液的PH值、溶液的浓 度、反应温度、反应时间等。
3. 离子溅射法
• 基本原理：两块金属板放在惰气中作为阴、阳 极，加高压电流，辉光放电中的离子撞击阴极 靶，靶中的原子从表面蒸发而制备纳米粒子。
• 特点：溅射法一般用于制膜，也可被粒子；粒 子的收率高，粒子均匀、分布窄，粒径小（纳 米银可达5-20nm）；适合于制高熔点金属纳米 粒子，可以制金属或化合物粒子，但设备贵， 产量低。
（2）振动球磨
• 定义：振动球磨是以球或棒为介质，介质在 粉碎室内振动，冲击物料使其粉碎 ；
• 行星磨：物料和介质在公转和自转两种方式 互相摩擦、冲击。
• 特点：可用于各种硬度物料，使其粉碎。可 获得小于2微米的粒子达90%，甚至获得 50nm的粒子。
（3）振动磨
• 定义：振动磨是利用球磨介质，在一定振幅的 筒体内，对物料进行冲击、摩擦、剪切使物料 粉碎。
4. 冷冻－干燥法
• 原 理：先使含金属的溶液喷雾在冷冻剂中冷冻，然后在低 温低压下真空干燥，将溶剂升华除去，就可以得到相应物 质的纳米粒子。
• 常见的冷冻剂：乙烷、液氮。借助于干冰－丙酮的冷却使 乙烷维持在-77°C的低温，而液氮能直接冷却到-196°C， 但是用乙烷的效果较好 。
• 特点：适合大规模生产，成本低廉，粒子的粉碎性好。
• 特点：研磨介质为球形，用于纳米粉碎时，球 形介质的直径一般小于3mm。
（5）胶体磨
• 定义：利用一对固体磨子和高速旋转磨 体的相对运动所产生的剪切、摩擦、冲 击来分散物料。
• 特点：处理浆料，分散、乳化物料；短 时间内，粒子粒径达1微米以下。
（6）纳米气流粉碎磨
• 定义： 这是一种较成熟的纳米粉碎技术。该 技术利用高速气流（300~500m/s)或热蒸汽（ 300~450℃）的能量是粒子相互冲击、碰撞、 摩擦而被较快粉碎。在粉碎室里，粒子之间的 碰撞频率远高于粒子与器壁之间的碰撞。
• 流动油面蒸发凝聚法：将物质在真空中连续的 蒸发到流动的油面上，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。
• 原料的蒸发方式： 电阻蒸发、等离子体 蒸发、激光束加热蒸发、电子束加热蒸 发、电弧放电加热蒸发、高频感应电流 加热蒸发、太阳炉加热蒸发等。
• 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、蒸发法所得产品的粒径一般 5~100nm,；原则上适用于任何被蒸发的 元素以及化合物 。
（1）共沉淀法
• 定义: 在含有多种金属离子的溶液中加入沉淀剂 ，使共存与溶液中的金属离子完全沉淀的方法称 为共沉淀法。
• 优点：生成的粉末具有较高的化学均匀性，粒度 较细，颗粒尺寸分布较窄且具有一定形貌。
• 应用：共沉淀法可制备BaTiO3、PbTiO3等电子陶 瓷等粉体。
（2）均匀沉淀法
• 在溶液中加入某种能缓慢生成沉淀剂的物质 ，使溶液中的沉淀均匀出现，称为均匀沉淀法 。
• 优 点：产品粒度细、产品粒度的下限可达到 0.1微米以下。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。
2. 蒸发凝聚法
• 原理：它是在高真空条件下，将金属原料加热、 蒸发，使之成为原子或分子，再凝聚生成纳米 粒子。制备过程一般不伴有燃烧之类的化学反 应，是纯粹的物理过程。
• 金属烟粒子结晶法：将金属放在真空中，充惰 气，通过蒸发、凝聚形成金属烟粒子，沉积到 真空室内壁上。
• 本法多数在金属盐溶液中采用尿素热分解生 成沉淀剂NH4OH，促使沉淀均匀生成。
• 制备的Fra Baidu bibliotek体有Al、Zr、Fe、Sn的氢氧化物及 Nd2(CO3)3等。
（3）水解沉淀法
• 利用金属盐水解生成氢氧化物或水合物沉淀来制备 纳米粒子水解沉淀物经干燥、煅烧之后可以得到各 类氧化物的纳米粒子。
• 用来水解的盐类可以用氯化物、硫酸盐、硝酸盐、 氨盐等无机盐，也可以用金属醇盐。
• 应用：可以制备纳米纯金属粉和合金粉，多用 于粉体的后续加工 。
（1）球磨
• 定义：球磨机是目前广泛采用的纳米磨碎 设备。它是利用利用介质和物料之间的相 互研磨和冲击使物料粒子磨碎。
• 特点：获得粒子较大； 经几百小时的长时 间球磨，可使小于1微米的粒子达到20%；
• 应用：可以用高速旋转磨机连续生产，临 界粒径3微米。