纳米粉体制备.
试述纳米粉体制备过程中粒子的团聚及控制方法
试述纳米粉体制备过程中粒子的团聚及控制方法1. 纳米粉体制备过程中粒子的团聚现象是指纳米粉体在制备过程中粒子之间相互吸引而形成的团块或聚集体。
2. 粒子团聚的主要原因是静电作用、范德华力、表面能及溶剂挥发等因素的影响，使粒子间发生相互吸引。
3. 粒子团聚对纳米材料性能的均匀性和稳定性产生不良影响，因此需要进行控制和消除。
4. 控制粒子团聚的方法之一是通过表面改性，如采用表面修饰剂对粒子进行包覆以增加粒子间的排斥力，从而减少团聚现象的发生。
5. 表面改性剂可以选择有机物、无机物等多种材料，通过吸附在粒子表面形成稳定的层以增加粒子间的隔离。
6. 表面改性剂的选择应考虑其与纳米粉体相容性的问题，以及对纳米粉体性能的影响。
7. 另一种控制纳米粉体团聚的方法是通过超声处理，超声波的作用力可以破坏粒子团聚，使之重新分散。
8. 超声波通过其高频振动和剪切力对粒子进行分散，从而有效地消除团聚现象。
9. 超声波处理时间和功率的选择需要根据具体纳米粉体的特性和制备条件来确定。
10. 在纳米粉体制备中，还可以通过添加稳定剂来控制粒子团聚。
11. 稳定剂的作用是通过与粒子表面发生相互作用，减少粒子间的吸引力。
12. 稳定剂可以选择阳离子型、阴离子型或非离子型等多种类型，具体选择需要根据纳米粉体的性质和要求来确定。
13. 在纳米粉体制备过程中，可以采用液固分离的方法来分离粒子团聚。
14. 液固分离是通过减小溶液中的中间质量浓度，使团聚体流失到液相中，从而实现团聚的去除。
15. 液固分离的方法主要包括离心、过滤和沉淀等，具体选择需要根据纳米粉体的性质和要求来确定。
16. 控制纳米粉体团聚还可以采用电场和磁场等外界力场的作用。
17. 电场作用可以通过施加外电压或使用电磁场来实现，在外电场的作用下，粒子间的相互作用力会发生变化，从而减少团聚现象。
18. 磁场作用可以通过外加磁场的作用下，使纳米粒子带上磁性，利用磁场的作用力来分散和控制纳米粉体的团聚。
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。
纳米粉体材料的制备
3-8
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。
3-9
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。
3 - 33
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。
水热法制备batio3纳米粉体原理
水热法制备batio3纳米粉体原理
水热法制备BaTiO3纳米粉体的原理是通过在高温高压的水热条件下，利用水分子和溶剂分子的高度活跃性，使得反应物中的离子在水热反应的过程中重新排列和结合，最终形成目标产物。
具体原理如下：
1. 水热环境：水热反应一般在高温高压下进行，典型的反应条件是温度在100-200摄氏度之间，压力在1-3 MPa左右。
这样的环境使得反应物能够在水分子的催化下更快地进行反应。
2. 溶解反应物：将所需的反应物，如钛酸铅和钡盐溶解在适当的溶剂中，形成反应物溶液。
溶剂通常选择对反应物具有较好的溶解性，如酸、碱或氢氧化钠等。
3. 反应：将制备好的反应物溶液加入到高压釜中，加热至设定的温度并保持一定的时间。
在高温高压的条件下，溶液中的离子发生迁移和重排，形成新的晶体。
4. 沉淀：经过一定时间的反应后，将高压釜冷却至室温，产物会经历一个从溶液中析出的过程。
这是因为溶解度随温度的下降而降低，导致产物退火结晶生成固态的BaTiO3纳米粉体。
通过水热法制备的BaTiO3纳米粉体具有高度纯净性、均匀性好、粒径小等优点，适用于丰富光电、催化及传感等领域的应用。
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。
纳米粉体材料的制备与应用研究
纳米粉体材料的制备与应用研究随着科学技术的不断进步，纳米材料逐渐引起了人们的关注。
纳米材料具备独特的物理、化学和生物性质，被广泛应用于诸如能源、材料、生物、医药等领域。
其中，纳米粉体材料的制备与应用研究正成为材料科学领域的热点之一。
在纳米粉体材料的制备方面，有多种方法可供选择。
目前最常见的方法是化学合成法和物理法。
化学合成法包括溶液法、凝胶法、气/液相法等。
通过选择不同的前驱体和合成条件，可以获得不同形貌、大小和组分的纳米颗粒。
而物理法则是利用物理机理产生纳米颗粒，如热蒸发法、溅射法、气相沉积法等。
这些方法在制备纳米粉体材料时具有较高的精确控制性和可扩展性。
纳米粉体材料的应用研究主要涵盖多个领域。
在能源方面，纳米颗粒的应用已经显示出巨大的潜力。
例如，纳米粉体材料被应用于太阳能电池中，可以提高光电转换效率；纳米陶瓷材料则被用于储能装置，提高储能密度。
此外，纳米粉体材料在材料科学中的应用也越来越受关注。
颇具应用前景的领域包括纳米复合材料、纳米生物材料和纳米传感器。
通过将纳米颗粒掺杂到常规材料中，可以显著改变材料的性能，并实现许多独特的功能。
纳米粉体材料在医学领域中的应用也备受关注。
纳米颗粒的小尺寸和大比表面积使得它们可以穿透细胞膜，并具有高度选择性。
因此，纳米粉体材料被广泛用于药物递送、肿瘤治疗和生物成像。
例如，通过将药物封装在纳米颗粒中，可以实现药物的缓释和针对性输送，减轻副作用并提高治疗效果。
此外，纳米粉体材料还可通过调整其表面性质和结构来实现生物成像，帮助医生更好地诊断疾病。
纳米粉体材料的制备与应用研究并不仅仅局限于上述领域。
事实上，纳米材料的潜在应用非常广泛。
例如，纳米颗粒被用于环境污染治理、食品安全检测、纳米电子器件和光学器件等方面。
纳米粉体材料的研究也为我们提供了更好的理解纳米尺度下物质的行为和性质的机会，推动了纳米科学的发展。
然而，纳米粉体材料的制备与应用研究仍然面临一些挑战。
首先，纳米颗粒的生产成本较高，制备方法需要进一步优化，以提高生产效率和降低成本。
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。
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。
《纳米粉体制备与表征》第5章 固相法制备纳米粉体
2015/10/22
高能球磨法
有的材料粉体经过高能球磨后可直接获得纳米
粉体，如Bi4Ti3O12、Fe2O3、BaTiO3、SiC等。 Xue等采用BaO和TiO2为原料，在氮气气氛下进 行进行高能球磨15h，可在常温下获得粒径仅为 20-30nm的BaTiO3粉体。 不少纳米粉体制备是利用高能球磨对反应物前 驱体进行预处理，然后再经热处理后获得最终 的粉体。 前驱体在经高能球磨处理后，由于颗粒很细， 表面能很高，因此热处理温度一般比普通球磨 低很多，最终的粉体还能保持在纳米尺度上。
(3) 依据 SHS 过程的特点， IS(s-s) 体系又可分为无气燃烧 的IS体系(凝聚体系)和伴随易挥发物质渗出的无气燃烧 IS体系，以及气体漫渗燃烧的HS体系。
2015/10/22
图5.4
2015/10/22
IS体系和HS体系示意图
燃烧反应机制
燃烧反应机制包括:研究原始混合物状态、 反应组分配比、初始温度、气体压力 等因素对主要过程参数v(燃烧波速)、 Tc(燃烧温度)和η(转化率)的影响,得 出反应物间相互作用的模型。
2015/10/22
表5.1 一些常见体系的SHS绝热温度
体系 Tad/K 体系 Tad/K 体系 Tad/K
TiB2
3190
TiC
3200
Si3N4
4300
ZrB2
3310
HfC
3900
BN
3700
NbB2
2400
SiC
1800
Ti5Si3
2500
TaB2
3370
TiN
4900
MoSi2
1910
预测SHS过程能否持续的一个重要的参数 是燃烧的绝热温度Tad。绝热温度定义为：在 绝热条件下，反应物完全转化时，反应释放化 学热使产物加热而达到的温度。计算绝热温度 可以大致了解反应体系SHS过程的可能性。
实验一电弧等离子体法制备纳米粉体
目录实验一、氢电弧等离子体法制备纳米粉体 (1)实验二、惰性气体蒸发法制备纳米粉体 (3)实验三、沉淀法制备纳米氧化锌粉体 (6)实验四、化学还原法制备金属纳米簇催化剂 (12)实验五、反相微乳液法制备纳米碳酸钙 (15)实验六、酒石酸铜热分解法制备纳米铜粒子 (19)实验七、模板法制备导电高分子纳米材料 (22)实验八、溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛薄膜 (28)实验九、水热法制备氧化钒纳米带 (32)实验一、氢电弧等离子体法制备纳米粉体一、实验目的1、了解氢电弧等离子体法制备纳米粉体的实验原理。
2、掌握氢电弧等离子体法制备纳米铁粒子的制备过程。
3、了解实验中对实验结果影响的各因素，并对实验结果会表征分析。
二、实验原理之所以称为氢电弧等离子体法，主要是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为氢分子放出大量的热，从而产生强制性的蒸发，使产量提高，而且氢的存在可以降低熔化金属的表面张力而加速蒸发。
合成机理为：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Ar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、过滤式收集器使微粒与气体分离而获得纳米微粒。
此种制备方法的优点是超微颗粒的生成量随等离子气体中的氢气浓度增加而上升。
三、实验仪器与试剂自制电弧法纳米粉制备设备图1电弧等离子体制备系统图实验设备如图1所示，主要有6部分组成，真空室、真空泵、电焊机、冷却系统、铜电极、钨电极等。
制备过程中，电极间距控制在5-10 mm，电压25-40 V，电流40-200 A。
在工作气体氛围下，通过直流电弧放电等离子体加热金属，使其熔化，蒸发而形成纳米粉。
在引弧后的很短时间内，阳极金属被迅速加热熔融蒸发形成蒸气，金属蒸气粒子与周围惰性气体原子激烈碰撞，并随热气流上升、扩散，通过“淬冷”的有效冷却过程，迅速损失能量，使之成核生长并冷却而凝聚成纳米粉。
水热法制备BaTO3纳米粉体
汤黎辉,张群飞,马金明,肖长江,栗正新(河南工业大学材料科学与工程学院,郑州450001)BaTiO 3纳米粉体的合成方式及合成粉末的样本表征,采取水热法合成方法,合成得到钛酸钡。
通过X 射线衍射、扫描电子显微镜表征手段以及JADE 、Origin 等软件的分析,得出其物相、晶体结构、颗粒大小以及外观形貌。
经过实验,使用水热法合成方式,能够制备出高品质的钛酸钡纳米粉末。
结果表明:用水热法得到了纯的钛酸钡粉体,粉体的晶粒大小较均匀,晶粒尺寸约为39.51nm,粉体的晶体结构为四方结构,形貌为类球形。
;纳米粉体;水热法;晶体结构;晶粒尺寸由于具有出色的介电性能，钛酸钡（BaTiO 3）已经成功地发展出了各种电子器件，如多层陶瓷电容器、正温度系数热敏电阻、动态随机存储器、声呐传感器、压电换能器以及各种光电子元件，从而在电子领域发挥着重要的作用，并且已经成为电子陶瓷领域的主要原材料[1,2]。
目前制备钛酸钡粉体最常用的方法主要有固相法、共沉淀法、微乳液合成方法、水解溶胶-凝胶法等。
固相法作为一种传统的合成工艺，具有制备产率高，操作简单等优点，但是，这种合成方法在制备过程中存在合成温度高、合成的粉体颗粒粗大、较高的杂质含量以及组分均匀度不高等缺点，一般作为低端产品合成时的首选工艺。
共沉淀法制备钛酸钡粉体难以形成均匀的沉淀物，而且颗粒容易团聚，粒径分布宽，产品质量不稳定[3]。
微乳液合成方法制备产物需要大量助剂、改性剂和有机剂，导致成本较高，而且还易引入杂质且产能有限，所以该合成方法目前还没有被广泛的使用，仅仅处于实验室研究中[4]。
凝胶法虽然可行，但由于技术复杂、时间较久，使得它的水解效果不易掌握。
相比之下，水热法更加经济实惠，可以在较短的时间内完成钛酸钡的生产，同时也能够保证产品的质量，能够满足更严格的质量标准[5]。
水热法合成粉体，能够在低温水溶液中得到分散性好的BaTiO 3超细粉体，合成的粉体晶粒发育比较完整，并且在水热法实验过程中，不需要经历高温的煅烧以及后期的球磨过程，进而可以避免了杂质的引入和球磨对粉体结构的破坏，从而有效地消除了杂质及其他形态问题，故文章实验采用水热法制备BaTiO 3纳米粉体，并对其进行深入研究。
纳米粉体制备汇总
（3）溅射法
Ar
阳
阴
极
极
3-1
原理：在惰性气体下，在 阳极和阴极蒸发材料间加 上几百V的直流电压，使 其产生辉光放电，放电中 的离子撞击阴极使靶材原 子蒸发，而后冷凝与活性 气体反应形成纳米颗粒。
9
（4） 流动液面真空蒸镀法
蒸发速度高、 油的粘度大、 圆盘转速快 可使粒子的 粒径增大
10
（5）通电加热蒸发法
43
44
45
3.2.5 水热法
水热法——热液法,指在密封的压力容器中,以水为溶剂,在高温 高压的条件下进行的化学反应，液相化学法。
溶胶——纳米级（1～100nm）固体颗粒在适当液体介质 中形成的稳定分散体系 凝胶——溶胶失去部分介质液体所形成的产物 溶胶-凝胶法——通过凝胶前驱体的水解缩合制备金属氧 化物材料的湿化学方法。
27
合成路线
溶解 无机盐或金属醇盐
水解、缩合 溶液
后ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ理
溶胶 陈化
凝胶
28
水解两个重要阶段
水解 Hydrolysis
11
（6）等离子体法
等离子体：气体
在外力作用下发
生电离，产生电
荷相反和数量相
等的电子、正离
子、游离基等的
集合体。
（1）是电离气
体，宏观上呈电
中性；
（2）是物质的
3-4
第四种状态。
12
（7） 激光诱导化学气相沉积法（LICVD）
13
（8） 化学蒸发凝聚法（CVC）
14
（9） 爆炸丝法
15
3.1.2 机械合金法（MA）——高能球磨技术
3
预习题
1、纳米粉体材料有哪些制备方法？ 2、列举几种制备纳米粉体材料的湿化学方法。
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
01
02
03
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。
《2024年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》篇一摘要本文主要探讨Ni纳米粉体的制备工艺，以及采用放电等离子烧结（SPS）技术制备的Ni基块体材料在高压扭转变形过程中的行为特征。
通过研究，我们深入理解了纳米粉体的合成过程以及其烧结后材料的力学性能和微观结构变化，为进一步优化Ni基材料的制备工艺和性能提供了理论依据。
一、引言随着纳米材料科学的发展，Ni纳米粉体因其优异的物理和化学性能在诸多领域得到了广泛应用。
制备高质量的Ni纳米粉体并研究其烧结后的力学性能和微观结构变化，对于开发高性能的Ni 基材料具有重要意义。
本文重点研究了Ni纳米粉体的制备工艺及SPS烧结块体在高压扭转变形过程中的行为特征。
二、Ni纳米粉体的制备1. 实验材料与方法采用化学还原法，以适当的还原剂与含有Ni离子的溶液反应，制备Ni纳米粉体。
通过控制反应条件，如温度、浓度、反应时间等参数，实现纳米粒子的可控合成。
2. 制备过程及机理详细描述了化学还原法的反应过程，包括原料的混合、反应的进行、产物的分离与纯化等步骤。
并从原子层面探讨了Ni纳米粒子的形成机理。
三、SPS烧结块体的制备1. SPS技术简介介绍放电等离子烧结（SPS）技术的原理、特点及在材料制备中的应用。
2. SPS烧结过程详细描述了SPS烧结过程中温度、压力、时间等参数的设置，以及烧结块体的成型过程。
四、高压扭转变形行为研究1. 实验方法与步骤通过高压扭转实验装置，对SPS烧结后的Ni基块体进行扭转变形实验，观察并记录其变形过程。
2. 变形行为分析对扭转变形过程中的块体进行微观结构观察，分析其变形机制、力学性能及微观结构变化。
探讨了不同条件下（如温度、压力、扭转速度等）的变形行为差异。
五、结果与讨论1. 纳米粉体表征结果通过透射电子显微镜（TEM）等手段，对制备的Ni纳米粉体进行表征，分析其粒径、形貌及结晶情况。
2. SPS烧结块体性能分析对SPS烧结后的块体进行硬度、强度、韧性等力学性能测试，分析其微观结构与性能之间的关系。
水热反应法制备纳米粉体的研究进展
水热合成法由于其具有反应温度低、操作简单、产物纯度高、粒径小等优点， 已经成为制备纳米粉体的重要方法之一。本次演示主要对水热合成法制备钛酸钡 纳米粉体的研究进展进行综述。
3、水热反应：将溶液放入高温高压的密闭容器中，控制反应温度和压力， 使氧化锆和氢氧化钠发生反应，生成纳米二氧化锆颗粒。
4、分离和洗涤：反应结束后，将得到的固体产物用离心机分离出来，并用 去离子水洗涤数次，以去除固体表面的杂质。
5、干燥：最后将固体产物在烘箱中干燥，得到纳米二氧化锆粉体。
谢谢观看
结论：
本次演示介绍了水热反应法制备纳米粉体的基本原理和影响因素，以及其在 制备不同种类的纳米粉体中的应用。水热反应法作为一种常用的制备纳米粉体的 方法，具有环境友好、操作简单等优点。通过控制反应温度、压力、反应物浓度 等参数，可以实现对纳米粉体形貌和尺寸的调控。
制备出的纳米粉体具有优异的物理性能和化学稳定性，适用于各种高要求场 合。未来发展将更加注重水热反应法制备纳米粉体的工业化应用和可持续性发展 等方面的研究。
适当的添加剂可以调节溶液的离子强度、PH值等参数，从而影响化学反应的 过程和产物的形貌。此外，添加剂还可以起到稳定剂、分散剂等作用，有助于提 高纳米粉体制备的稳定性和分散性。
水热反应法在制备不同种类的纳米粉体中的应用：
1、金属氧化物
金属氧化物是常见的纳米粉体材料之一，具有广泛的应用前景。水热反应法 在制备金属氧化物纳米粉体中具有较高的优势。例如，水热反应法可以制备出高 质量的二氧化钛、氧化锌、氧化铁等金属氧化物纳米粉体。通过控制反应温度、 压力、反应物浓度等参数，可以实现对纳米粉体形貌和尺寸的调控。
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缩合 Condensation
M OH + HO M M O M + H 2O M OR + HO M M O M + ROH
（2）沉淀反应：
Examples
Pb2+ + H2CO3 PbCO3 + 2H+ 工艺流程： 尿素+硝酸铅 → 溶解 → 加热反应 → 分离、洗涤 → 干燥 → 产品
53
例：均匀沉淀法合成硫化物
（1）硫化氢的生成：
CH3CSNH2 CH3CN + H2S 2 2 S2O3 H2O SO4 H2S
15
3.1.2 机械合金法（MA）——高能球磨技术
（1）MA过程：高能量干式球磨过程
高能球磨—— 在高能量磨球的撞击
研磨作用下，使研磨
的粉末间发生反复冷 焊和断裂，形成细化 的复合颗粒，发生固 态反应形成新材料的 过程。
16
（2）MA工艺过程
17
（3）MA工艺特点
18
（4）MA工艺的主要影响因素
n M(OH) x (OR)(n-x) MOn /2 ( x )H 2 O (n - x)ROH 2
condensation
29
30 30
实例
TiO2的合成：
hydrolysis Ti OC4H9 4 +xH2O Ti OHx OC4H9 4-x +xC4H9OH
第3章
3.1 3.2
纳米粉体制备
纳米粉体材料的物理法制备 纳米粉体材料的湿化学法制备
3.3
备
纳ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ粉体材料的湿声化学法制
1
教学目标及基本要求
掌握纳米材料的物理法和湿化学制备方法；
了解纳米材料的湿声化学法制备
2
教学重点和难点
重点：纳米粉体材料的湿化学法制备
难点：纳米粉体材料制备的理论研究
3
预习题
1、纳米粉体材料有哪些制备方法？
微乳液通常是表面活性剂、助表面活性剂、油和水组成的、
透明的、各向异性的热力学稳定体系。 工艺流程：
35
微乳液结构的三种类型
36
微乳液聚集体形态
37
微乳液的结构
38
39
乳液成膜过程
40
3.2.4
喷雾热分解法
基本过程：
溶液的制备、
喷雾、干燥、
收集与热处理
喷雾干燥法 雾化水解法 喷雾焙烧法
41
Si(OH) x (OC2 H5 )(4-x )
1 4 x SiO2 H 2O C2 H5OC2 H5 2 2
condensation
31
YBaCuO的合成：
32
BaTiO3的合成：
33
LiMn2O4的合成：
34
3.2.3
微乳液法
原理：利用两种互不相溶的溶剂，在表面活性剂的作用下形 成一个均匀的乳液，从乳液中析出固体。
直接沉淀法——直接加沉淀剂 共沉淀法——含多种阳离子的溶液中加入沉 淀剂后，所有离子完全沉淀的方法，有单相
共沉淀和混合物的共沉淀。
均相沉淀法——通过溶液中的化学反应使沉
淀剂在体系中慢慢生成。
49
（1）共沉淀法
Coprecipitation
在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，在各成分均一 混合后，使金属离子完全沉淀，得到沉淀物再经热分解 而制得微小粉体的方法。 可获得含两种以上金属元素的复合氧化物 BaCl2 + TiCl4 ＋H2C2O4溶液 BaTi(C2O4)2· 4H2O沉淀 过滤 洗涤 热分解
46
水热操作与反应釜
反应物源
solvent
磁力搅拌器
47
水热过程：
前驱体充分溶解→形成原子或分子生长→基原→成核
结晶→晶粒生长 水热制备的优点：
（1）可制备某些物相
（2）反应温度相对低
（3）可制备某些中间物相
（4）反应速率快 （5）可加速氧化物晶体的低温脱溶和有序-无序转变
48
3.2.6 沉淀法
5
3.1.1 真空冷凝法
（1）电子束加热法
（2）高频感应法 （3）溅射法 （4）流动液面真空蒸镀法 （5）通电加热蒸发法
（6）等离子体法
（7）激光诱导化学气相沉积法 （8）化学蒸发凝聚法 （9）爆炸丝法
3.1.2 机械合金法
6
（1）电子束加热法
7
（2） 高频感应法
1.2.3.1 气体中蒸发法
8
成核炉 流量计 过滤器 干燥剂 冷凝器 加热器 泵 载体气流
锅炉
上水馏 液溶胶入口 落下膜
水解器 气溶胶出口 下水馏 气溶胶入口
42
(1) 横坐标： 粒径大小 (2) 纵坐标高度：数量多少 (3) 峰宽度：分布情况
43
44
45
3.2.5
水热法
水热法——热液法,指在密封的压力容器中,以水为溶剂,在高 温高压的条件下进行的化学反应，液相化学法。 （1） 水热氧化 （2） 水热沉淀 （3） 水热合成 （4）水热还原 （5）水热分解 （6）水热结晶
（3）能耗降低
（4）超声波频率25kHz
56
Zn2+ + 2NH3· H2O Zn(OH)2↓+ 2NH4+
Examples
（3）热处理： Zn(OH)2 ZnO + H2O↑ 工艺流程：
尿素+硝酸锌→溶解→加热反应→
分离、洗涤→干燥→煅烧→产品
52
例：均匀沉淀法合成碳酸铅
（1）尿素加热分解： CO(NH2)2 + 4H2O H2CO3 + 2NH3· H2O
④ 机械力活化
⑤ 球磨过程中温度效应
23
3.2 纳米粉体材料的湿化学法制备
液相合成。 实现分子/原子水平的均匀混合。 制备纳米级微粒，颗粒尺寸分布窄。 主要包括溶胶-凝胶法、微乳液、水热法、共沉淀法、喷雾 热分解法等。
产物的形貌、组成及结构易控、成本低、操作简单、适用
面广。
24
3.2.1 液相中生成固相微粒的机理
液相中生成固相微 粒，要经过成核、 生长、凝结、团聚 过程。 晶体的生长是在生 成的晶核上吸附原 子或分子而使其长 大。 核与微粒或微粒之 间通过聚积形成较 大的粒子。 成核阶段 生长阶段
25
26
3.2.2
溶胶-凝胶法（Sol–Gel）
原理：金属、有机、无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而 固化，再经热处理而成氧化物或其他化合物固体。 溶胶——纳米级（1～100nm）固体颗粒在适当液体介质 中形成的稳定分散体系
11
（6）等离子体法
等离子体：气体 在外力作用下发 生电离，产生电 荷相反和数量相 等的电子、正离 子、游离基等的 集合体。 （1）是电离气 体，宏观上呈电 中性； （2）是物质的 第四种状态。 3-4
12
（7） 激光诱导化学气相沉积法（LICVD）
13
（8） 化学蒸发凝聚法（CVC）
14
（9） 爆炸丝法
Ti(OH) x (OC4 H 9 )(4-x )
1 4 x TiO 2 H 2O C 4 H 9OC4 H 9 2 2
condensation
SiO2的合成：
hydrolysis Si OC2H5 4 +xH2O Si OHx OC2H5 4-x +xC2H5OH
（3）溅射法
Ar
阳 极 阴 极
原理：在惰性气体下，在
阳极和阴极蒸发材料间加
上几百V的直流电压，使 其产生辉光放电，放电中
的离子撞击阴极使靶材原
子蒸发，而后冷凝与活性 气体反应形成纳米颗粒。
3-1
9
（4） 流动液面真空蒸镀法
蒸发速度高、
油的粘度大、 圆盘转速快 可使粒子的 粒径增大
10
（5）通电加热蒸发法
2、列举几种制备纳米粉体材料的湿化学方法。
4
3.1 纳米粉体材料的物理法制备
真空冷凝法：用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料 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。
物理粉碎法：通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米 粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分 布不均匀。 机械球磨法：采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、 合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低， 但产品纯度低，颗粒分布不均匀。
Examples
（2）沉淀反应：
(CH3COO)2 Pb H2S PbS 2CH3COOH
54
混合物共沉淀中不同种类的阳离子不能同时沉淀，各种离子
沉淀的先后与溶液的pH值密切相关。
55
3.3 纳米粉体材料的湿声化学法制备
工艺过程：利用溶胶-凝胶中的溶胶过程，将合成材料的部
分前驱体进行溶胶化，加入剩余前驱体的不可溶盐，再进行 超声雾化处理，再经凝胶化等热处理手段得到陶瓷粉体。 结合溶胶-凝胶法工艺与超声雾化技术，使物质的合成温度 下降，并且避免了某些不利因素的出现。 优点：（1）生产成本降低 （2）污染降低
50
BaTiO3晶体超细粉
（2）均匀沉淀法 Homogeneous precipitation
沉淀剂由化学反应缓慢地生成
避免沉淀剂浓度不均匀
可获得粒子均匀、夹带少、纯度高的超细粒子
沉淀剂：
尿素——合成氧化物、碳酸盐
硫代乙酰胺——合成硫化物
硫代硫酸盐——合成硫化物
51
例：均匀沉淀法合成纳米氧化锌