纳米材料制备与表征概述

化学方法－气相分解法
又称单一化合物热分解法。一般是将待分解的化合物或经 前期预处理的中间化合物行加热、蒸发、分解，得到目标 物质的纳米粒子。一般的反应形式为： A（气） → B（固）＋ C（气）↑ Fe(CO)5(g) Fe(s)+5CO(g)
气相分解法的原料通 常是容易挥发、蒸汽 压高、反应性好的有 机硅、金属氯化物或 其它化合物
物料被粉碎时常常会导致物质结构及表面物理化学性 质发生变化，主要表现在： 1、粒子结构变化，如表面结构自发的重组，形成非晶 态结构或重结晶。 2、粒子表面的物理化学性质变化，如电性、吸附、分 散与团聚等性质。 3、受反复应力使局部发生化学反应，导致物料中化学 组成发生变化。
物理方法－构筑法
构筑法是由小极限原子或分子的集合体人工合成超微粒子
关键：如何使组成材料的多种离 子同时沉淀？？？
• 高速搅拌 • 过量沉淀剂 • 调节pH值
液相反应法——沉淀法
在金属盐溶液中加入沉淀剂溶液时，即使沉淀剂的含量很 低，不断搅拌，沉淀剂浓度在局部溶液中也会变得很高。 均匀沉淀法是不外加沉淀剂，而是使沉淀剂在溶液内缓慢 地生成，消除了沉淀剂的局部不均匀性。 例如： 将尿素水溶液加热到70oC左右，就会发生如下水解反应： (NH2)2CO + 3H2O → 2NH4OH + CO2 该反应在内部生成了沉淀剂NH4OH。
SiH4(g) Si(s)+2H2(g)
3[Si(NH)2] Si3N4(s)+2NH3(g) (CH3)ห้องสมุดไป่ตู้Si SiC(s)+6H2(g) 2Si(OH)4 2SiO2(s)+4H2O(g)
化学方法－气相合成法
通常是利用两种以上物质之间的气相化学反应，在高温 下合成为相应的化合物，再经过快速冷凝，从而制备各 类物质的纳米粒子。一般的反应形式为： A（气）＋ B（气） → C（固）＋ D（气）↑ 3SiH4(g)+4NH3(g) Si3H4(s)+12H2(g) 激光诱 导气相 反应
沉淀法——共沉淀法
在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂后，所有离子完全 沉淀的方法称为共沉淀法。根据沉淀的类型可分为单相共 沉淀和混合共沉淀。
例如：
1. 在Ba，Ti的硝酸盐溶液中加入草酸沉淀剂后，形成了单相化合物 BaTiO(C2H4)2.4H2O沉淀。经高温分解，可制得BaTiO3的纳米粒子。
2. 将Y2O3用盐酸溶解得到YCl3，然后将ZrOCl2.8H2O和YCl3配成一 定浓度的混合溶液，在其中加入NH4OH后便有Zr(OH)4和Y(OH)3的 沉淀形成，经洗涤、脱水、煅烧可制得ZrO2(Y2O3)的纳米粒子。
化学合成方法
化学法主要是“自下而上”的方法，即是通过适当 的化学反应（化学反应中物质之间的原子必然进行组排， 这种过程决定物质的存在状态），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。
化学法包括气相反应法和液相反应法。 气相反应法可分为：气相分解法、气相合成法及气－固 反应法等
液相反应法可分为：沉淀法、溶剂热法、溶胶－凝胶法、 反相胶束法等
液相反应法——水热法
水热过程是指在高温、高压下在水、水溶液或蒸气等 流体中所进行有关化学反应的总称。水热条件能加速 离子反应和促进水解反应。 • • • • • • 水热氧化： mM + nH2O → MmOn + H2 水热沉淀： KF + MnCl2 → KMnF2 水热合成： FeTiO3 + KOH → K2O.nTiO2 水热还原： MexOy + yH2 → xMe + yH2O 水热分解： ZrSiO4 + NaOH → ZrO2 + Na2SiO3 水热结晶： Al(OH)3 → Al2O3.H2O
SEM image of samples obtained at 180°C after a reaction time of A)6h, B)9h, C)12h
水热法合成Ag纳米粒子
5mL 0.02M AgNO3 和5mL 0.02M NaCl ，加入到30mL蒸馏水中，搅拌生成 AgCl胶体，然后0.04g,0.2mmol的葡萄糖溶在上述胶体溶液中，移入内衬 Teflon的50mL合成弹中，在加热炉中180°C下保持18小时，空气中冷却至 室温，蒸馏水和酒精冲洗银灰色沉淀，真空60 °C干燥2小时。
液相反应法——水解沉淀法
反应的产物一般是氢氧化物或水合物。因为原料是水解反应 的对象是金属盐和水，所以如果能高度精制金属盐，就很容 易得到高纯度的纳米粒子。
常用的原料有：氯化物、硫酸盐、硝酸盐、氨盐等无机盐 以及金属醇盐。
无机盐水解法 通过配置无机盐的水合物，控制其水解条件，合成单分散性 的球、立方体等形状的纳米粒子。例如对钛盐溶液的水解可 以使其沉淀，合成球状的单分散形态的二氧化钛纳米粒子。 通过水解三价铁盐溶液，可以得α－Fe2O3纳米粒子。
纳米材料制备与表征概述
物理方法－粉碎法
一般的粉碎作用力 都是几种力的组合，如 球磨机和振动磨是磨碎 和冲击粉碎的组合；雷 蒙磨是压碎、剪碎和磨 碎的组合；气流磨是冲 击、磨碎与剪碎的组合， 等等。 几种典型的粉碎技术： 球磨、振动球磨、振动 磨、搅拌磨、胶体磨、 纳米气流粉碎气流磨
物理方法－粉碎法
3SiCl4(g)+4NH3(g) Si3N4(s)+12HCl(g)
2SiH4(g)+C2H4(g) 2SiC(s)+6H2(g) BCl3(g)+3/2NH3(g) B(s)+3HCl(g)
液相反应法——沉淀法
沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质 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。存在于溶液中的离子A＋和B－结合， 形成晶核，由晶核生长和在重力的作用下发生沉降，形 成沉淀物。一般而言，当颗粒粒径成为1微米以上时就形 成沉淀。沉淀物的粒径取决于核形成与核成长的相对速 度。即核形成速度低于核成长，那么生成的颗粒数就少， 单个颗粒的粒径就变大。 沉淀法类别：直接沉淀法、共沉淀法、均匀沉淀 法、水解沉淀法、化合物沉淀法等