纳米粉体制备汇总
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
8
(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。
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。
4 2
x
C4H9OC4H9
SiO2的合成:
Si
OC2H5
4 +xH2O hydrolysisSi
OH x
OC2H5
4-x +xC2H5OH
Si(OH)x (OC2H5 )(4-x)
condensation SiO2
1 2
H2O
4
2
x
C2H5OC2H5
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。 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
M(OR)n + x(H2O) M(OH)(OR)n-x + xROH M(H2O)nz M(H2O)nz1(OH)(z1) + H+
缩合 Condensation
M OH + HO M M O M + H2O M OR + HO M M O M + ROH
M(OH)x
(OR)(n-x)
19
(5)MA工艺中的理论研究
超饱和固溶
20
非晶化机理
21
22
固相反应 ① 固态合成反应 ② 固态还原反应 ③ 固态复合反应 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。
成核阶段
生长阶段
核与微粒或微粒之
间通过聚积形成较
大的粒子。
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。
condensation MOn/2
(x
n 2)H2O
(n
-
x)ROH
29
30 30
实例
TiO2的合成:
Ti
OC4H9
4 +xH2O hydrolysisTi
OH x
OC4H9
4-x +xC4H9OH
Ti(OH)x (OC4H9 )(4-x)
condensation TiO2
1 2
H2O
第3章 纳米粉体制备
3.1 纳米粉体材料的物理法制备 3.2 纳米粉体材料的湿化学法制备 3.3 纳米粉体材料的湿声化学法制备
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
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
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
成核炉
锅炉
流量计 过滤器
干燥剂
冷凝器 加热器
载体气流
水解器 气溶胶出口
上水馏 液溶胶入口 泵
落下膜
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
(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
研磨装置:行星磨、搅拌磨、振动磨等 研磨速度:一般研磨机转速越高越好 研磨时间:研磨时间越长,颗粒尺寸变小,但污染越严重 研磨介质:合适的研磨体 球料比: 充填率: 气体环境 过程控制剂 研磨温度:
(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。
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。
4 2
x
C4H9OC4H9
SiO2的合成:
Si
OC2H5
4 +xH2O hydrolysisSi
OH x
OC2H5
4-x +xC2H5OH
Si(OH)x (OC2H5 )(4-x)
condensation SiO2
1 2
H2O
4
2
x
C2H5OC2H5
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。 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
M(OR)n + x(H2O) M(OH)(OR)n-x + xROH M(H2O)nz M(H2O)nz1(OH)(z1) + H+
缩合 Condensation
M OH + HO M M O M + H2O M OR + HO M M O M + ROH
M(OH)x
(OR)(n-x)
19
(5)MA工艺中的理论研究
超饱和固溶
20
非晶化机理
21
22
固相反应 ① 固态合成反应 ② 固态还原反应 ③ 固态复合反应 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。
成核阶段
生长阶段
核与微粒或微粒之
间通过聚积形成较
大的粒子。
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。
condensation MOn/2
(x
n 2)H2O
(n
-
x)ROH
29
30 30
实例
TiO2的合成:
Ti
OC4H9
4 +xH2O hydrolysisTi
OH x
OC4H9
4-x +xC4H9OH
Ti(OH)x (OC4H9 )(4-x)
condensation TiO2
1 2
H2O
第3章 纳米粉体制备
3.1 纳米粉体材料的物理法制备 3.2 纳米粉体材料的湿化学法制备 3.3 纳米粉体材料的湿声化学法制备
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
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
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
成核炉
锅炉
流量计 过滤器
干燥剂
冷凝器 加热器
载体气流
水解器 气溶胶出口
上水馏 液溶胶入口 泵
落下膜
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
(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
研磨装置:行星磨、搅拌磨、振动磨等 研磨速度:一般研磨机转速越高越好 研磨时间:研磨时间越长,颗粒尺寸变小,但污染越严重 研磨介质:合适的研磨体 球料比: 充填率: 气体环境 过程控制剂 研磨温度: