纳米微粒制备_气相法
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直流溅射是利用金属、半导体靶制取薄膜的有效方法。 当靶是绝缘体时由于撞击到靶上的离子会使靶带电，靶的 电位上升，结果离子不能继续对靶进行轰击。
• • 射频是指无线电波发射范围的频率，为了避免干扰电台工
作，溅射专用频率规定为 13.56MHz。 • 在射频电源交变电场作用下，气体中的电子随之发生振荡，
4.1.5 通电加热蒸发法
• 主要用于碳化物 纳米粒子的制备
• 使碳棒与金属相 接触，通电加热 使金属熔化，金 属与高温碳素反 应并蒸发形成碳 化物纳米颗粒．
制备Si,Cr，Ti，V，Zr，Hf，Mo，Nb，Ta和W等碳化物纳米粒 子
4.1.5 通电加热蒸发法
棒状碳棒与Si板(蒸发材料)相 接触，在蒸发室内充有Ar或He 气，压力为l~10 KPa，在碳棒 与Si板间通交流电(几百安培)， Si板被其下面的加热器加热， 随Si板温度上升，电阻下降， 电路接通，当碳棒温度达白热 程度时，Si板与碳棒相接触的 部位熔化。当碳棒温度高于 2473 K时，在它的周围形成了 SiC超微粒的“烟”，然后将它 们收集起来。
➢ 随惰性气体压力的增大，粒子近似地成比例增大; ➢ 大原子质量的惰性气体将导致粒子变大； ➢ 惰性气体温度下降将导致粒子减小。
蒸发源的加热方式
① 电阻加热法； （工艺简单，成本低，加热温度有限， 有器壁污染）
② 等离子喷射法； （功率大，制备速度快，污染小） ③ 高频感应法；（热效率高，加热温度有限，有污染） ④ 电子束法；（加热温度高，污染小，装置复杂，成本高） ⑤ 激光法；（温度梯度大，污染小，）
3） 高频感应：电磁感应现象产生的热来加 热。类似于变压器的热损耗。
• 高频感应加热是利用金属材料在高频交变电磁 场中会产生涡流的原理，通过感应的涡流对金 属工件内部直接加热，因而不存在加热元件的 能量转换过程而无转换效率低的问题；加热电 源与工件不接触，因而无传导损耗；加热电源 的感应线圈自身发热量极低，不会因过热毁损 线圈，工作寿命长；加热温度均匀，加热迅速 工作效率高。
4.1.5 通电加热蒸发法
影响因素： • 1）SiC超微粒的获得量随电流的增大而增多。 • 例如，在400 Pa的Ar气中，当电流为400 A，SiC
超微粒的收率为约0.58 g/min。
• 2）惰性气体种类不同超微粒的大小也不同。（与 气体冷凝法类似）。
• He气中形成的SiC为小球形，Ar气中为大颗粒。
• 为了制取陶瓷超微粒子，如TiN及AlN，则掺有 氢的惰性气体采用N2气，被加热蒸发的金属为 Ti及Al等。
• 产量： 以纳米Pd为例，该装置的产率一般可 达到300 g/h
• 品种：该方法已经制备出十多种金属纳米粒子； 30多种金属合金，氧化物；也有部分氯化物及 金属间化物。
• 产物的形貌和结构：用这种方法，制备的金属 纳米粒子的平均粒径和制备的条件及材料有关。
(1700℃)。
• 有两种情况不能使用这种方法进行加热和蒸发： • ①两种材料(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。
• 目前使用这一方法主要是进行Ag、Al、Cu、Au 等低熔点金属的蒸发。
2）等离子体喷射：电离产生的等离子体气体对
原料进行加热。
• 四极溅射又称为等离子弧柱溅射，在原来二极溅射靶和基 板垂直的位置上，分别放置一个发射热电子的灯丝(热阴 极)和吸引热电子的辅助阳极，其间形成低电压、大电流 的等离子体弧柱，大量电子碰撞气体电离，产生大量离子。
• 这种溅射方法沉积速度高，但还是不能抑制由靶产生的高 速电子对基片的轰击。
③射频溅射。 可以制取从导体到绝缘体任意材料的膜。
• 在蒸发过程中，由原物 质发出的原子由于与惰
性气体原子碰撞而迅速
损失能量而冷却，这种
有效的冷却过程在原物
质蒸气中造成很高的局
域过饱和，这将导致均
匀的成核．
抽气
4.1.1低压气体中蒸发法(气体冷凝法)
液氮
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Biblioteka Baidu表面
的区域内，由于单个纳 米微粒的聚合而长大， 最后在冷却棒表面上积 聚起来．
• 激光能在10-8秒内对任何金属都能产生高密度 蒸气，能产生一种定向的高速蒸气流。
4.1.2 活性氢—熔融金属反应法
• 定义：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。
纳米微粒的制备-气相法
低压气体中蒸发法
纳
氢电弧等离子体法 溅射法
米
气相法
流动液面真空镀膜法 混合等离子体法
粒
爆炸丝法 化学气相反应法
子 合
纳 米 粒
沉淀法 金属醇盐水解法 微乳液发
共沉淀法 化合物沉淀法
成
子
水热法 溶胶－凝胶法
方
制
液相法 冷冻干燥法
法
备 方
喷雾法 辐射合成法
分
法
粉碎法
类
热分解法
固相法 固相反应法
这些不同的加热方法使得制备出的纳米粒的量、品 种、粒径大小及分布等存在一些差别．
• 1） 电阻加热：(电阻丝) • 电阻加热法使用的螺旋纤维或者舟状的
电阻发热体。如图 • 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℃) ， 石 墨 棒 (3000℃) ， MoSi2
• 20世纪80年代初，Gleiter等人首先提出，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).
4.1.1低压气体中蒸发法(气体冷凝法)
液氮
• 在超高真空室内进行,通
过分子涡轮泵使其达到
0.1Pa以上的真空度， 然后充人低压(约2kPa) 的纯净惰性气体(He或 Ar，纯度为9．9996％)。
• 用此种方法还可以制备Cr，Ti，V，Zr，Mo，Nb， Ta和W等碳化物超微粒子。
4.1.6 爆炸丝法
• 这种方法适用于工业上连续生产纳米金属、合金和金属氧 化物纳米粉体。
• 基本原理是先将金属丝固定在一个充满惰性气体(5x106 Pa) 的反应室中(见图)，丝两端的卡头为两个电极，它们与一个 大电容相连接形成回路，加15kV的高压，金属丝在500~800 KA电流下进行加热，融断后在电流中断的瞬间，卡头上的 高压在融断处放电，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。
细纳米微粒，平均粒径约 3nm； 用隋性气体蒸发法是难获得这样小的微粒；
➢ (2)粒径均匀，分布窄； ➢ (3)纳米粒子分散地分布在油中，化学稳定性好； ➢ (4)粒径的尺寸可控性好；
通过改变蒸发条件来控制粒径的大小，例如蒸发速度， 油的黏度，圆盘转速等．圆盘转速低，蒸发速度快，油的 黏度高均使粒子的粒径增大，最大可达8nm．
• 粒径：一般为几十纳米。如Ni；10～60 nm间 的粒子所占百分数达约为78%
• 形状：一般为多晶多面体,磁性纳米粒子一般 为链状。
4.1.3 溅射法
• 原理、制备过程： 用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两
电 极 间 充 人 Ar 气 (40-250Pa) ， 两 电 极 间 施 加 的 电 压 范 围 为 0 ． 3 ～ 1．5kV．由于两电极间的辉光放电使Ar离子形成，在电场的作用下 Ar离子冲击阴极靶材表面，使靶材原子从其表面蒸发出来形成纳米 粒子，并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 • 气体压力．
• 靶材的表面积愈大，原子的蒸发速度愈高，纳米粒的获得 量愈多．
• 用溅射法制备纳米微粒有以下优点：
➢ (1)可制备多种纳米金属，包括高熔点和低熔点金属．常 规的热蒸发法只能适用于低熔点金属；
➢ (2)能制备多组元的合金和化合物纳米微粒，如Al52Ti48， Cu91Mn9及ZrO2等；
4.1.4 流动液面上真空蒸度法
• 基本原理 • 在高真空中蒸发的金
属原子在流动的油面 内形成纳米粒子，纳 米粒子悬浮在高沸点 的油中，需要较复杂 的分离才能得到纳米 微粉。
• 产品一般为含有大量 纳米微粒的糊状油．
• 本方法的特点 ➢ (1)可制备Ag，Au，Pd，Cu，Fe，Ni， Co，Al，In等超
其它方法
4.1纳米微粒的气相制备
• 低压气体中蒸发法(气体冷凝法) • 活性氢—熔融金属反应法 • 溅射法 • 流动液面上真空蒸度法 • 电加热蒸发法 • 混合等离子法 • 爆炸丝法 • 气相化学反应法
4.1.1低压气体中蒸发法(气体冷凝法)
• 在低压的氩、氮等惰性气体中加热金属，使 其蒸发后形成纳米粒(1～1000nm)或纳米微 粒.
并使气体电离为等离子体。
• 缺点是大功率的射频电源不仅价高，而且对于人身防护也 成问题。因此，射频溅射不适于工业生产应用。
• ④磁控溅射
• 磁控溅射是70年代迅速发展起来的新型溅射技术， 目前已在工业生产中应用。
• 这是由于磁控溅射的镀膜速率与二极溅射相比提 高了一个数量级，具有高速、低温、低损伤等优 点。
➢ (3)通过加大被溅射的阴极表面可提高纳米微粒的获得量。
溅射方式
①直流二级溅射
最简单的直流二级溅射装置。
它是一对阴极和阳极组成的冷阴极辉光放电管结构。 被溅射靶(阴极)和成膜的基片及其固定架(阳极)构成溅射装 置的两个极。阴极上接1-3kV的直流负高压，阳极通常接 地。
工作时先抽真空，再通Ar气，使真空室内达到溅射气 压。接通电源，阴极靶上的负高压在两极间产生辉光放电 并建立起一个等离子区，其中带正电的Ar离子在阴极附近 的阴极电位降作用下，加速轰击阴极靶，使靶物质表面溅 射，并以分子或原子状态沉积在基片表面，形成靶材料的 薄膜。
4.1.2 活性氢—熔融金属反应法
• 基本制备过程： • 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 体中形成了金属的纳米粒子. • 用离心收集器、过滤式收集器使微粒与气体分离面获得纳米 微粒．
优点是纳米粒子的生成量随等离子气体中的氢气浓度增加而 上升．
• 优点是结构简单，控制方便。
• 缺点有：在工作压力较高时膜层有沾污；沉积速率低，不能镀l0μm以 上的膜厚；由于大量二次电子直接轰击基片，使基片升温过高。
②三级和四极溅射。
• 三极溅射是在二极溅射的装置上附加一个电极，使它放出 热电子强化放电，它既能使溅射速率有所提高，又能使溅 射工况的控制更为方便。与二极溅射不同的是，可以在主 阀全开的状态下制取高纯度的膜。
缺点纳米粒子尺寸难以控制，粒径分散度大。
4.1.2 活性氢—熔融金属反应法
• 此种制备方法的优点是超微粒的生成量随等离 子气体中的氢气浓度增加而上升。
• 例 如 ， Ar 气 中 的 H2 占 50 ％ 时 ， 电 弧 电 压 为 30~40V，电流为150~170 A的情况下每秒钟可 获得20 mg的Fe超微粒子。
用聚四氟乙烯刮刀
刮下并收集起来获得纳 米粉．
抽气
纳米粒子尺寸的影响因素
• 通过调节惰性气体压力，蒸发物质的分压即蒸发温度或速率， 或惰性气体的温度，来控制纳米微粒粒径的大小。
➢ 随蒸发速率的增加(等效于蒸发源温度的升高)粒子变大，或 随着原物质蒸气压力的增加，粒子变大．在一级近似下，粒 子大小正比于lnPv(pv为金属蒸气的压力);
4）电子束轰击：
利用静电加速器或电子直线加速得到高 能电子束，以其轰击材料，使其获得能 量，（通过与电子的碰撞）而受热气化。 在高真空中使用
5） 激光加热：
• 利用大功率激光器的激光束照射子反应物，反 应物分子或原子对入射激光光子的强吸收，在 瞬间得到加热、活化，在极短的时间内反应分 子或原子获得化学反应所需要的温度后，迅速 完成反应、成核凝聚、生长等过程，从而制得 相应物质的纳米微粒。
爆炸丝法可制备易氧化的金属的氧化物纳米粉体
• 两种法来实现： ➢ （1）在惰性气体中充人一些氧气， ➢ （2）将已获得的金属纳米粉进行水热氧化。
• 用这两种方法制备的纳米氧化物有时会呈现不同的形状， 例如由前者制备的氧化铝为球形，后者则为针状粒子．
• • 射频是指无线电波发射范围的频率，为了避免干扰电台工
作，溅射专用频率规定为 13.56MHz。 • 在射频电源交变电场作用下，气体中的电子随之发生振荡，
4.1.5 通电加热蒸发法
• 主要用于碳化物 纳米粒子的制备
• 使碳棒与金属相 接触，通电加热 使金属熔化，金 属与高温碳素反 应并蒸发形成碳 化物纳米颗粒．
制备Si,Cr，Ti，V，Zr，Hf，Mo，Nb，Ta和W等碳化物纳米粒 子
4.1.5 通电加热蒸发法
棒状碳棒与Si板(蒸发材料)相 接触，在蒸发室内充有Ar或He 气，压力为l~10 KPa，在碳棒 与Si板间通交流电(几百安培)， Si板被其下面的加热器加热， 随Si板温度上升，电阻下降， 电路接通，当碳棒温度达白热 程度时，Si板与碳棒相接触的 部位熔化。当碳棒温度高于 2473 K时，在它的周围形成了 SiC超微粒的“烟”，然后将它 们收集起来。
➢ 随惰性气体压力的增大，粒子近似地成比例增大; ➢ 大原子质量的惰性气体将导致粒子变大； ➢ 惰性气体温度下降将导致粒子减小。
蒸发源的加热方式
① 电阻加热法； （工艺简单，成本低，加热温度有限， 有器壁污染）
② 等离子喷射法； （功率大，制备速度快，污染小） ③ 高频感应法；（热效率高，加热温度有限，有污染） ④ 电子束法；（加热温度高，污染小，装置复杂，成本高） ⑤ 激光法；（温度梯度大，污染小，）
3） 高频感应：电磁感应现象产生的热来加 热。类似于变压器的热损耗。
• 高频感应加热是利用金属材料在高频交变电磁 场中会产生涡流的原理，通过感应的涡流对金 属工件内部直接加热，因而不存在加热元件的 能量转换过程而无转换效率低的问题；加热电 源与工件不接触，因而无传导损耗；加热电源 的感应线圈自身发热量极低，不会因过热毁损 线圈，工作寿命长；加热温度均匀，加热迅速 工作效率高。
4.1.5 通电加热蒸发法
影响因素： • 1）SiC超微粒的获得量随电流的增大而增多。 • 例如，在400 Pa的Ar气中，当电流为400 A，SiC
超微粒的收率为约0.58 g/min。
• 2）惰性气体种类不同超微粒的大小也不同。（与 气体冷凝法类似）。
• He气中形成的SiC为小球形，Ar气中为大颗粒。
• 为了制取陶瓷超微粒子，如TiN及AlN，则掺有 氢的惰性气体采用N2气，被加热蒸发的金属为 Ti及Al等。
• 产量： 以纳米Pd为例，该装置的产率一般可 达到300 g/h
• 品种：该方法已经制备出十多种金属纳米粒子； 30多种金属合金，氧化物；也有部分氯化物及 金属间化物。
• 产物的形貌和结构：用这种方法，制备的金属 纳米粒子的平均粒径和制备的条件及材料有关。
(1700℃)。
• 有两种情况不能使用这种方法进行加热和蒸发： • ①两种材料(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。
• 目前使用这一方法主要是进行Ag、Al、Cu、Au 等低熔点金属的蒸发。
2）等离子体喷射：电离产生的等离子体气体对
原料进行加热。
• 四极溅射又称为等离子弧柱溅射，在原来二极溅射靶和基 板垂直的位置上，分别放置一个发射热电子的灯丝(热阴 极)和吸引热电子的辅助阳极，其间形成低电压、大电流 的等离子体弧柱，大量电子碰撞气体电离，产生大量离子。
• 这种溅射方法沉积速度高，但还是不能抑制由靶产生的高 速电子对基片的轰击。
③射频溅射。 可以制取从导体到绝缘体任意材料的膜。
• 在蒸发过程中，由原物 质发出的原子由于与惰
性气体原子碰撞而迅速
损失能量而冷却，这种
有效的冷却过程在原物
质蒸气中造成很高的局
域过饱和，这将导致均
匀的成核．
抽气
4.1.1低压气体中蒸发法(气体冷凝法)
液氮
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Biblioteka Baidu表面
的区域内，由于单个纳 米微粒的聚合而长大， 最后在冷却棒表面上积 聚起来．
• 激光能在10-8秒内对任何金属都能产生高密度 蒸气，能产生一种定向的高速蒸气流。
4.1.2 活性氢—熔融金属反应法
• 定义：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。
纳米微粒的制备-气相法
低压气体中蒸发法
纳
氢电弧等离子体法 溅射法
米
气相法
流动液面真空镀膜法 混合等离子体法
粒
爆炸丝法 化学气相反应法
子 合
纳 米 粒
沉淀法 金属醇盐水解法 微乳液发
共沉淀法 化合物沉淀法
成
子
水热法 溶胶－凝胶法
方
制
液相法 冷冻干燥法
法
备 方
喷雾法 辐射合成法
分
法
粉碎法
类
热分解法
固相法 固相反应法
这些不同的加热方法使得制备出的纳米粒的量、品 种、粒径大小及分布等存在一些差别．
• 1） 电阻加热：(电阻丝) • 电阻加热法使用的螺旋纤维或者舟状的
电阻发热体。如图 • 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℃) ， 石 墨 棒 (3000℃) ， MoSi2
• 20世纪80年代初，Gleiter等人首先提出，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).
4.1.1低压气体中蒸发法(气体冷凝法)
液氮
• 在超高真空室内进行,通
过分子涡轮泵使其达到
0.1Pa以上的真空度， 然后充人低压(约2kPa) 的纯净惰性气体(He或 Ar，纯度为9．9996％)。
• 用此种方法还可以制备Cr，Ti，V，Zr，Mo，Nb， Ta和W等碳化物超微粒子。
4.1.6 爆炸丝法
• 这种方法适用于工业上连续生产纳米金属、合金和金属氧 化物纳米粉体。
• 基本原理是先将金属丝固定在一个充满惰性气体(5x106 Pa) 的反应室中(见图)，丝两端的卡头为两个电极，它们与一个 大电容相连接形成回路，加15kV的高压，金属丝在500~800 KA电流下进行加热，融断后在电流中断的瞬间，卡头上的 高压在融断处放电，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。
细纳米微粒，平均粒径约 3nm； 用隋性气体蒸发法是难获得这样小的微粒；
➢ (2)粒径均匀，分布窄； ➢ (3)纳米粒子分散地分布在油中，化学稳定性好； ➢ (4)粒径的尺寸可控性好；
通过改变蒸发条件来控制粒径的大小，例如蒸发速度， 油的黏度，圆盘转速等．圆盘转速低，蒸发速度快，油的 黏度高均使粒子的粒径增大，最大可达8nm．
• 粒径：一般为几十纳米。如Ni；10～60 nm间 的粒子所占百分数达约为78%
• 形状：一般为多晶多面体,磁性纳米粒子一般 为链状。
4.1.3 溅射法
• 原理、制备过程： 用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两
电 极 间 充 人 Ar 气 (40-250Pa) ， 两 电 极 间 施 加 的 电 压 范 围 为 0 ． 3 ～ 1．5kV．由于两电极间的辉光放电使Ar离子形成，在电场的作用下 Ar离子冲击阴极靶材表面，使靶材原子从其表面蒸发出来形成纳米 粒子，并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 • 气体压力．
• 靶材的表面积愈大，原子的蒸发速度愈高，纳米粒的获得 量愈多．
• 用溅射法制备纳米微粒有以下优点：
➢ (1)可制备多种纳米金属，包括高熔点和低熔点金属．常 规的热蒸发法只能适用于低熔点金属；
➢ (2)能制备多组元的合金和化合物纳米微粒，如Al52Ti48， Cu91Mn9及ZrO2等；
4.1.4 流动液面上真空蒸度法
• 基本原理 • 在高真空中蒸发的金
属原子在流动的油面 内形成纳米粒子，纳 米粒子悬浮在高沸点 的油中，需要较复杂 的分离才能得到纳米 微粉。
• 产品一般为含有大量 纳米微粒的糊状油．
• 本方法的特点 ➢ (1)可制备Ag，Au，Pd，Cu，Fe，Ni， Co，Al，In等超
其它方法
4.1纳米微粒的气相制备
• 低压气体中蒸发法(气体冷凝法) • 活性氢—熔融金属反应法 • 溅射法 • 流动液面上真空蒸度法 • 电加热蒸发法 • 混合等离子法 • 爆炸丝法 • 气相化学反应法
4.1.1低压气体中蒸发法(气体冷凝法)
• 在低压的氩、氮等惰性气体中加热金属，使 其蒸发后形成纳米粒(1～1000nm)或纳米微 粒.
并使气体电离为等离子体。
• 缺点是大功率的射频电源不仅价高，而且对于人身防护也 成问题。因此，射频溅射不适于工业生产应用。
• ④磁控溅射
• 磁控溅射是70年代迅速发展起来的新型溅射技术， 目前已在工业生产中应用。
• 这是由于磁控溅射的镀膜速率与二极溅射相比提 高了一个数量级，具有高速、低温、低损伤等优 点。
➢ (3)通过加大被溅射的阴极表面可提高纳米微粒的获得量。
溅射方式
①直流二级溅射
最简单的直流二级溅射装置。
它是一对阴极和阳极组成的冷阴极辉光放电管结构。 被溅射靶(阴极)和成膜的基片及其固定架(阳极)构成溅射装 置的两个极。阴极上接1-3kV的直流负高压，阳极通常接 地。
工作时先抽真空，再通Ar气，使真空室内达到溅射气 压。接通电源，阴极靶上的负高压在两极间产生辉光放电 并建立起一个等离子区，其中带正电的Ar离子在阴极附近 的阴极电位降作用下，加速轰击阴极靶，使靶物质表面溅 射，并以分子或原子状态沉积在基片表面，形成靶材料的 薄膜。
4.1.2 活性氢—熔融金属反应法
• 基本制备过程： • 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 体中形成了金属的纳米粒子. • 用离心收集器、过滤式收集器使微粒与气体分离面获得纳米 微粒．
优点是纳米粒子的生成量随等离子气体中的氢气浓度增加而 上升．
• 优点是结构简单，控制方便。
• 缺点有：在工作压力较高时膜层有沾污；沉积速率低，不能镀l0μm以 上的膜厚；由于大量二次电子直接轰击基片，使基片升温过高。
②三级和四极溅射。
• 三极溅射是在二极溅射的装置上附加一个电极，使它放出 热电子强化放电，它既能使溅射速率有所提高，又能使溅 射工况的控制更为方便。与二极溅射不同的是，可以在主 阀全开的状态下制取高纯度的膜。
缺点纳米粒子尺寸难以控制，粒径分散度大。
4.1.2 活性氢—熔融金属反应法
• 此种制备方法的优点是超微粒的生成量随等离 子气体中的氢气浓度增加而上升。
• 例 如 ， Ar 气 中 的 H2 占 50 ％ 时 ， 电 弧 电 压 为 30~40V，电流为150~170 A的情况下每秒钟可 获得20 mg的Fe超微粒子。
用聚四氟乙烯刮刀
刮下并收集起来获得纳 米粉．
抽气
纳米粒子尺寸的影响因素
• 通过调节惰性气体压力，蒸发物质的分压即蒸发温度或速率， 或惰性气体的温度，来控制纳米微粒粒径的大小。
➢ 随蒸发速率的增加(等效于蒸发源温度的升高)粒子变大，或 随着原物质蒸气压力的增加，粒子变大．在一级近似下，粒 子大小正比于lnPv(pv为金属蒸气的压力);
4）电子束轰击：
利用静电加速器或电子直线加速得到高 能电子束，以其轰击材料，使其获得能 量，（通过与电子的碰撞）而受热气化。 在高真空中使用
5） 激光加热：
• 利用大功率激光器的激光束照射子反应物，反 应物分子或原子对入射激光光子的强吸收，在 瞬间得到加热、活化，在极短的时间内反应分 子或原子获得化学反应所需要的温度后，迅速 完成反应、成核凝聚、生长等过程，从而制得 相应物质的纳米微粒。
爆炸丝法可制备易氧化的金属的氧化物纳米粉体
• 两种法来实现： ➢ （1）在惰性气体中充人一些氧气， ➢ （2）将已获得的金属纳米粉进行水热氧化。
• 用这两种方法制备的纳米氧化物有时会呈现不同的形状， 例如由前者制备的氧化铝为球形，后者则为针状粒子．