纳米材料的制备方法ppt
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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。
粉碎法
“粉碎”一词是指块体物料粒子 由大变小过程的总称，它包括“破碎” 和“粉磨”。前者是由大料块变成小 料块的过程，后者是由小料块变成粉 末的过程。粉碎过程就是在粉碎力的 作用下固体物料或粒子发生形变进而 破裂的过程。当粉碎力足够大时，力 的作用又很迅猛，物料块或粒子之间 瞬间产生的引力大大超过了物料的机 械强度。因而物料发生了破碎。粉碎 作用力的类型主要有如右图所示几种。 可见物料的基本粉碎方式是压碎、剪 碎、冲击粉碎和磨碎。常借助的外力 有机械力、流能力、化学能、声能、 热能等。主要由湿法粉碎和干法粉
(1) 可以制备多种纳米金属，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) 能制备出多组元的化合物纳米微粒，如AlS2，Tl48，Cu91， Mn9，ZrO2等；
通过加大被溅射阴极表面可加大纳米微粒的获得量。采用磁控 溅射与液氮冷凝方法可在表面沉积有方案膜的电镜载网上支撑制备 纳米铜颗粒。
冷冻干燥法
先使干燥的溶液喷雾在冷冻剂中冷冻，然后 在低温低压下真空干燥，将溶剂升华除去，就可 以得到相应物质的纳米粒子。如果从水溶液出发 制备纳米粒子，冻结后将冰升华除去，直接可获 得纳米粒子。如果从熔融盐出发，冻结后需要进 行热分解，最后得到相应纳米粒子。冷冻干燥法 用途比较广泛，特别是以大规模成套设备来生产 微细粉末时，其相应成本较低，具有实用性。
机械粉碎法
气流磨技术发展较快，20 世纪80 年代德国Alpine 公 司开发的流化床逆向气流磨可粉碎较高硬度的物料粒子， 产品粒度达到了1 ～ 5m。降低入磨物粒度后，可得平均 粒度1m 的产品，也就是说，产品的粒径下限可达到 0.1m 以下。除了产品粒度微细以外，气流粉碎的产品还 具有粒度分布窄、粒子表面光滑、形状规则、纯度高、活 性大、分散性好等优点。因此，气流磨引起了人们的普遍 重视，其在陶瓷、磁性材料、医药、化工颜料等领域有广 阔的应用前景。
➢ 近十年来各种高技术，如激光技术、等离子体技术等的应 用，使得制备粒度均匀、高纯、超细、分散性好的纳米粒子成 为可能，但问题是如何规模化。
纳米粒子制备方法分类
粉碎法
干式粉碎法 湿式粉碎法
物理法
纳 米
构筑法
气体蒸发法 活化氢-熔融金属反应法 溅射法 真空沉积法 加热蒸发法
粒 子 制 备 化学法
混合等离子体法
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。
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
机械粉碎法
机械粉碎就是在粉碎力的作用下，固体料块或粒子发生变形 进而破裂，产生更微细的颗粒。物料的基本粉碎方式是压碎、剪 碎、冲击粉碎和磨碎。一般的粉碎作用力都是这几种力的组合， 如球磨机和振动磨是磨碎与冲击粉碎的组合；气流磨是冲击、磨 碎与剪碎的组合，等等。理论上，固体粉碎的最小粒径可达 0.01～0.05m。然而，用目前的机械粉碎设备与工艺很难达到这 一理想值。粉碎极限取决于物料种类、机械应力施加方式、粉碎 方法、粉碎工艺条件、粉碎环境等因素。比较典型的纳米粉碎技 术有：球磨、振动磨、搅拌磨、气流磨和胶体磨等。其中，气流 磨是利用高速气流(300～500m/s)或热蒸气(300～450℃)的能量使 粒子相互产生冲击、碰撞、摩擦而被较快粉碎。
粉碎作用力的作用形式
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。
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。
离子溅射法
用两块金属板分别作为阴极和阳极，阴极为蒸发用材料，在两 电极间充入Ar(40～250Pa)，两极间施加的电压范围为0.3～1.5 kV。 由于两极间的辉光放电使Ar 粒子形成，在电场作用下Ar 离子冲击 阳极靶材表面，使靶材原子从其表面蒸发出来形成超微粒子，并在 附着面上沉积下来。离子的大小及尺寸分布主要取决于两极间的电 压、电流、气体压力。靶材的表面积愈大，原子的蒸发速度愈高， 超微粒的获得量愈大。溅射法制备纳米微粒材料的优点是：
蒸发凝聚法
蒸发凝聚法是将纳米粒子的原料加热、蒸发，使 之成为原子或分子；再使许多原子或分子凝聚，生成 极微细的纳米粒子。利用这种方法得到的粒子一般在 5 ～ 100 nm 之间。蒸发法制备纳米粒子大体上可分 为：金属烟粒子结晶法、真空蒸发法、气体蒸发法等 几类。而按原料加热技术手段不同，又可分为电极蒸 发、高频感应蒸发、电子束蒸发、等离子体蒸发、激 光束蒸发等几类。
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
块体材料
原子分子化
纳米粒子
如何使块体材料 通过物理的方法
原子分子化？
如何使许多原子 或分子凝聚生成
纳米粒子？
蒸发、离子溅射、溶剂分散……
电阻加热、等离子体加热、激光加 热、电子束加热、电弧放电加热、 高频感应加热、太阳炉加热……
➢ 惰性气体中或不活泼气体中凝聚 ➢ 流动的油面上凝聚 ➢ 冷冻干燥法 ……
纳米粒子制备方法
纳米粒子合成概述
➢ 自然界中的纳米粒子——尘埃、烟20世纪初人们已开始用 蒸发法制备金属及其氧化物的纳米粒子。
➢ 20世纪中期人们探索机械粉碎法使物质粒子细化(极限为数 微米)。
➢ 近几十年来机械粉碎法可以使微粒小到0.5微米左右。
➢ 多种化学方法（表面活性剂的应用）和物理方法的开发。
气相反应法
气相分解法 气相合成法 气-固反应法
共沉淀法Baidu Nhomakorabea沉淀法 化合物沉淀法 水热法 水解沉淀法
方
液相反应法
溶胶-凝胶法 氧化还原法
法 其他方法
冻结干燥法 喷雾法
纳米粒子合成的物理方法
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
粒子体，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。
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。
粉碎法
“粉碎”一词是指块体物料粒子 由大变小过程的总称，它包括“破碎” 和“粉磨”。前者是由大料块变成小 料块的过程，后者是由小料块变成粉 末的过程。粉碎过程就是在粉碎力的 作用下固体物料或粒子发生形变进而 破裂的过程。当粉碎力足够大时，力 的作用又很迅猛，物料块或粒子之间 瞬间产生的引力大大超过了物料的机 械强度。因而物料发生了破碎。粉碎 作用力的类型主要有如右图所示几种。 可见物料的基本粉碎方式是压碎、剪 碎、冲击粉碎和磨碎。常借助的外力 有机械力、流能力、化学能、声能、 热能等。主要由湿法粉碎和干法粉
(1) 可以制备多种纳米金属，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) 能制备出多组元的化合物纳米微粒，如AlS2，Tl48，Cu91， Mn9，ZrO2等；
通过加大被溅射阴极表面可加大纳米微粒的获得量。采用磁控 溅射与液氮冷凝方法可在表面沉积有方案膜的电镜载网上支撑制备 纳米铜颗粒。
冷冻干燥法
先使干燥的溶液喷雾在冷冻剂中冷冻，然后 在低温低压下真空干燥，将溶剂升华除去，就可 以得到相应物质的纳米粒子。如果从水溶液出发 制备纳米粒子，冻结后将冰升华除去，直接可获 得纳米粒子。如果从熔融盐出发，冻结后需要进 行热分解，最后得到相应纳米粒子。冷冻干燥法 用途比较广泛，特别是以大规模成套设备来生产 微细粉末时，其相应成本较低，具有实用性。
机械粉碎法
气流磨技术发展较快，20 世纪80 年代德国Alpine 公 司开发的流化床逆向气流磨可粉碎较高硬度的物料粒子， 产品粒度达到了1 ～ 5m。降低入磨物粒度后，可得平均 粒度1m 的产品，也就是说，产品的粒径下限可达到 0.1m 以下。除了产品粒度微细以外，气流粉碎的产品还 具有粒度分布窄、粒子表面光滑、形状规则、纯度高、活 性大、分散性好等优点。因此，气流磨引起了人们的普遍 重视，其在陶瓷、磁性材料、医药、化工颜料等领域有广 阔的应用前景。
➢ 近十年来各种高技术，如激光技术、等离子体技术等的应 用，使得制备粒度均匀、高纯、超细、分散性好的纳米粒子成 为可能，但问题是如何规模化。
纳米粒子制备方法分类
粉碎法
干式粉碎法 湿式粉碎法
物理法
纳 米
构筑法
气体蒸发法 活化氢-熔融金属反应法 溅射法 真空沉积法 加热蒸发法
粒 子 制 备 化学法
混合等离子体法
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。
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
机械粉碎法
机械粉碎就是在粉碎力的作用下，固体料块或粒子发生变形 进而破裂，产生更微细的颗粒。物料的基本粉碎方式是压碎、剪 碎、冲击粉碎和磨碎。一般的粉碎作用力都是这几种力的组合， 如球磨机和振动磨是磨碎与冲击粉碎的组合；气流磨是冲击、磨 碎与剪碎的组合，等等。理论上，固体粉碎的最小粒径可达 0.01～0.05m。然而，用目前的机械粉碎设备与工艺很难达到这 一理想值。粉碎极限取决于物料种类、机械应力施加方式、粉碎 方法、粉碎工艺条件、粉碎环境等因素。比较典型的纳米粉碎技 术有：球磨、振动磨、搅拌磨、气流磨和胶体磨等。其中，气流 磨是利用高速气流(300～500m/s)或热蒸气(300～450℃)的能量使 粒子相互产生冲击、碰撞、摩擦而被较快粉碎。
粉碎作用力的作用形式
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。
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。
离子溅射法
用两块金属板分别作为阴极和阳极，阴极为蒸发用材料，在两 电极间充入Ar(40～250Pa)，两极间施加的电压范围为0.3～1.5 kV。 由于两极间的辉光放电使Ar 粒子形成，在电场作用下Ar 离子冲击 阳极靶材表面，使靶材原子从其表面蒸发出来形成超微粒子，并在 附着面上沉积下来。离子的大小及尺寸分布主要取决于两极间的电 压、电流、气体压力。靶材的表面积愈大，原子的蒸发速度愈高， 超微粒的获得量愈大。溅射法制备纳米微粒材料的优点是：
蒸发凝聚法
蒸发凝聚法是将纳米粒子的原料加热、蒸发，使 之成为原子或分子；再使许多原子或分子凝聚，生成 极微细的纳米粒子。利用这种方法得到的粒子一般在 5 ～ 100 nm 之间。蒸发法制备纳米粒子大体上可分 为：金属烟粒子结晶法、真空蒸发法、气体蒸发法等 几类。而按原料加热技术手段不同，又可分为电极蒸 发、高频感应蒸发、电子束蒸发、等离子体蒸发、激 光束蒸发等几类。
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
块体材料
原子分子化
纳米粒子
如何使块体材料 通过物理的方法
原子分子化？
如何使许多原子 或分子凝聚生成
纳米粒子？
蒸发、离子溅射、溶剂分散……
电阻加热、等离子体加热、激光加 热、电子束加热、电弧放电加热、 高频感应加热、太阳炉加热……
➢ 惰性气体中或不活泼气体中凝聚 ➢ 流动的油面上凝聚 ➢ 冷冻干燥法 ……
纳米粒子制备方法
纳米粒子合成概述
➢ 自然界中的纳米粒子——尘埃、烟20世纪初人们已开始用 蒸发法制备金属及其氧化物的纳米粒子。
➢ 20世纪中期人们探索机械粉碎法使物质粒子细化(极限为数 微米)。
➢ 近几十年来机械粉碎法可以使微粒小到0.5微米左右。
➢ 多种化学方法（表面活性剂的应用）和物理方法的开发。
气相反应法
气相分解法 气相合成法 气-固反应法
共沉淀法Baidu Nhomakorabea沉淀法 化合物沉淀法 水热法 水解沉淀法
方
液相反应法
溶胶-凝胶法 氧化还原法
法 其他方法
冻结干燥法 喷雾法
纳米粒子合成的物理方法
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
粒子体，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。