纳米材料的制备方法

• 液相法
1.沉淀法 2.喷雾法 3.水热法（高温水解法） 4.溶剂挥发分解法 5.溶胶--凝胶法（胶体化学法） 6.辐射化学合成法 7.微乳液法
• 固相法
1.盐类热分解。 2.球磨法- 机械合金法 纳米材料科学
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第一节 纳米材料的气相制备方法
气体冷凝法
• 此种制备方法是在低压的Ar、He等惰性气体中
第三章 纳米材料的制备方法
第一节 纳米材料的气相制备方法 第二节 纳米材料的液相制备方法 第三节 纳米材料的固相制备方法 第四节 一维纳米材料的制备方法
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纳米材料：指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围 （1～100 nm）或由它们作为基本单元构成的材料。 与常规材 料相比, 纳米材料表现出一些物理效应和奇特的物理特性。制 备技术是纳米科技的关键。影响纳米材料的微观结构和宏观性
– 表面物理和化学特性可控（表面状态）
• (表面改性和表面包覆)
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纳米微粒的常用制备方法
• 气相法
1.气体冷凝法 2.活性氢—熔融金属反应法 3.溅射法 4.流动液面上真空蒸镀法 5.通电加热蒸发法 6.混合等离子法 7.激光诱导化学气相沉积（LICVD） 8.爆炸丝法 9.化学气相凝聚法（CVC）和燃烧火焰化学气相凝聚法（CFCVC）
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§3-1 气相法制备纳米颗粒
——蒸发、冷凝法
1. 电阻加热法:
将 欲 蒸 发 的 物 质 ( 如 金 属 、 CaF2 、 NaCl 、 FeF2 等离子化合物、过渡金 属氮化物及氧化物等)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 源物质烟雾，由惰性气体的对流， 烟雾向上移动，并接近充液氮的冷 却棒(冷阱, 77K)。在蒸发过程中，由源物质发出的原子与惰性 气体原子碰撞因迅速损失能量而冷却，这种有效的冷却过程在 源物质蒸汽中造成很高的局域过饱和，这将导致均匀成核过程。
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液氮
蒸发源
漏斗
隋性气体
蒸发源
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2. 高频感应法 以高频感应线圈为热源 , 使坩埚内的导电物质在 涡流作用下加热，在低压惰性气体中蒸发,蒸发 后的原子与惰性气体原子碰撞冷却凝，聚成纳 米颗粒。 特点：采用坩埚，一般也只是制备象低熔点金属 类的低熔点物质。
Top-down Method - create nanostructures out of macrostructures 纳米材料制备途径
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Bottom-up Method - self assembly of atoms or molecules into nanostructures
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§3-1 气相法制备纳米颗粒
——蒸发、冷凝法
1. 电阻加热法:
因此，在接近冷却棒的过程中， 源物质蒸汽首先形成原子簇．然 真空室 后形成单个纳米微粒。最后在冷 却棒表面上积聚起来，用聚四氟 乙烯刮刀刮下并收集起来获得纳 真空泵 米粉。 特点:加热方式简单,工作温度受坩 埚材料的限制 , 还可能与坩埚反应。 所以一般用来制备 Al、Cu、Au等 低熔点金属的纳米粒子。
加热金属，使其蒸发汽化, 然后在气体介质中
冷凝后形成纳米微粒。通过在纯净的惰性气体 中的蒸发和冷凝过程获得较干净的纳米粉体。 • 加热源有以下几种：(i)电阻加热法；(ii)等离子 喷射法；(iii)高频感应法；(iv)电子束法；(v)激
光法。
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气相法
蒸发-冷凝法
• 制备方法
(按物态分类)
液相法
化学气相反应法 沉淀法 喷雾法
溶胶-凝胶法
固相法
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机械粉碎(高能球磨)法 固态反应法 5 非晶晶化法 化学化工学院
纳米材料的制备要求
– 大小、尺寸可控(一般小于 100 nm) – 组成成分可控（元素组成成分） – 形貌可控（外形）
– 晶型可控（晶体结构, 超晶格）
临界半径 r*
r* = 2σV/(kT㏑S)σ
S是过饱和度。
W(n*)=16πσ3V2/3(kT㏑S)2
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§3-1 气相法制备纳米颗粒
一、蒸发-冷凝法 此种制备方法是在低压的 Ar 、 He 等惰性气体中加热金属， 使其蒸发汽化, 然后在气体介 质中冷凝后形成 5-100 nm 的 纳米微粒。通过在纯净的惰 性气体中的蒸发和冷凝过程 获得较干净的纳米粉体。 右图为该方法的典型装置。
能。通过不同的制备技术可以得到纳米颗粒材料、纳米膜材料、
纳米固体材料等等。
纳米材料
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纳米颗粒材料(纳米荧光粉) 纳米膜材料(纳米磁性硬盘) 纳米固体材料(纳米磁体)
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A “Nano Tool-box”
To fabricate/probe nanostructures
Nanofabrication
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• 3.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， 在气体中形成金属纳米颗粒或氢化物。
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§3-1 气相法制备纳米颗粒
4. 溅射法 此方法的原理： 用两块金属板分别作 为阳极和阴极，阴极为蒸发用的源材 料 ， 在 两 电 极 间 充 入 Ar 气 (40 ～ 250Pa) ，两电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 离子形成，在电场的作用下 Ar 离子冲击阴极靶材表面，使原子从其 表面蒸发出来,冷凝后形成纳米颗粒． 在附着面上沉积下来。粒子的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。靶材的表面积愈大，原子 的蒸发速度愈高．纳米粒子的获得量愈多。
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从小到大: 原子团簇纳米颗粒 从大到小: 固体微米颗粒纳米颗粒
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“Bottom Up” Rather Than “ Top Down”
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纳米材料及制备方法简介
纳米材料
广义地说，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度
范 围或由它们作为基本单元构成的材料。