纳米材料制备简述

新型材料及其应用期末论文纳米材料制备简述

作者:盛建飞

班级：冶金1班

学号：1045562119

摘要：由于纳米材料的特殊结构以及所表现出来的特异效应和性能, 使得纳米材料具有不同于常规材料的特殊用途。行之有效的制备方法将会成为纳米材料得以快速发展的基础。本文就纳米材料的制备方法进行简述。

关键词：纳米材料制备方法问题措施

0前言：通常我们把组分或晶粒结构控制在100nm以下的材料称为纳米材料。广义地说，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸范围的基本单元。纳米材料因其小尺寸效应，使其在热力学、电性能、性能、光性能、化学性能等方面具有诸多优良特性。纳米技术以其带给人类的全新的对物质领域的认识, 无疑正在掀起一场技术革命，因此提高纳米材料的制备技术就显得尤其重要，本文就纳米材料的的制备作一些简单的论述。

1纳米微粒的制备方法：

纳米微粒的制备方法一般可分为物理方法和化学方法，制备的关键是如何控制颗粒的大小和获得较窄且均匀的粒度分布。

1.1物理方法

1.1.1蒸发冷凝法

又称为物理气相沉积法( PhysicsVapor Depos-ition 简称PVD 法)，是用真空蒸发、激光、电弧高频感应、电子束照射等方法使原料气化或形成等离子体，然后在介质中急冷使之凝结。特点：纯度高、结晶组织好、粒度可控；但其技术设备要求高。

根据加热源的不同可分为:

(1)真空蒸发－冷凝法。其原理是在高纯度惰性气氛(如Ar,He)下，对蒸发物质进行真空加热蒸发，蒸气在气体介质中冷凝形成超细微粒。此法是目前制备纳米微粒的主要方法。特点：粒径可控，纯度较高，可制得粒径为5~10nm的微粒；但其仅适用于制备低熔点、成分单一的物质，在合成金属氧化物、氮化物等高熔点物质的纳米微粒时存在局限性。

(2)激光加热蒸发法。它是以激光为快速加热源，使气相反应物分子内部快速吸收和传递能量，瞬间完成气相反应的成核、长大和终止。特点：可获得粒径小(小于50nm)且粒度均匀的纳米微粒。但由于激光器的效率低，电能消耗较大，投资大，难以实现规模化生产。

(3)高压气体雾化法。它是利用高压气体雾化器将﹣20~﹣40℃的氦气和氩气以3倍于音速的速度射入熔融材料的液流内，熔体被破碎成极细颗粒的射流,然后急剧骤冷得到超微粒。特点:微粒粒径小且粒度分布较窄。

(4)高频感应加热法。是以高频线圈为热源，使坩埚内的物质在低压(1~10kPa)的He、N2等惰性气体中蒸发，蒸发后的金属原子与惰性气体原子碰撞，冷却凝聚成颗粒。特点: 微粒纯度高，粒度分布较窄；但成本较高，难以获得高沸点的金属。

(5)热等离子体法。它是用等离子体将金属等的粉末熔融、蒸发和冷凝以获得纳米微粒。特点：微粒纯度较高，粒度均匀，是制备氧化物、氮化物、碳化物系列、金属系列和金属合金系列纳米微粒的最有效的方法，同时为高沸点金属纳米微粒的制备开辟了前景。但离子枪寿命短、功率小、热效率低。

(6)电子束照射法。1995年许并社等人利用高能电子束照射母材, 成功地获得了表面非常洁净的纳米微粒，母材一般选用该金属的氧化物, 如用电子束照射Al2O3后，表层的Al －O键被高能电子“切断”，蒸发的Al原子通过瞬间冷凝、形核、长大，形成Al的纳米微粒。但目前该方法获得的纳米微粒限于金属纳米微粒。

1.1.2物理粉碎法

通过机械粉碎、冲击波诱导爆炸反应等方法合成单一或复合纳米粒子。特点:操作简单、成本较低；但易引入杂质，降低纯度，粒度不易控制且分布不均，难以获得粒径小于100nm 的微粒。

1.1.3机械合金化法

利用高能球磨方法, 控制适当的球磨条件以获得纳米级晶粒的纯元素、合金或复合材料。特点：工艺简单、制备效率高，并能制备出常规方法难以获得的高熔点金属和合金纳米材料，成本较低，不仅适用于制备纯金属纳米材料，还可以制得互不相溶体系的固溶体、纳米金属间化合物及纳米金属陶瓷复合材料等；但制备中易引入杂质，纯度不高，颗粒分布也不均匀。

1.1.4严重塑形变形法

严重塑性变形法是指在静压力的作用下，使块状材料发生严重的形变，最细化到纳米尺度，得到晶态材料和非晶态材料的合物，再经过一定的热处理，从而得到纳米材料。特点：制备的纳米材料纯度高，粒度可控性好。

此外，制备纳米微粒的物理方法还有：溅射法、流动液面上真空蒸镀法、金属蒸气合成法以及混合等离子法等。

1.2化学方法

1.2.1气相燃烧合成法

气相燃烧合成是指在气体燃烧火焰中形成纳米颗粒。该法不仅可以合成氧化物纳米颗粒，而且通过气体的无氧燃烧，可以合成金属氮化物、碳化物等非氧化物纳米颗粒，气相燃烧合成已应用于批量生产纳米石墨、超细氧化钛涂料。特点：合成的纳米颗粒粒度细，粒子团聚少，粒度分布窄，产物纯度高。

1.2.2溶胶－凝胶法

溶胶－凝胶法制备纳米材料的主要步骤是先制备金属化合物，然后金属化合物溶解在适当的溶剂中，经过溶胶、凝胶过程而固化，再经低温热处理得到纳米粒子。热点：与其他方法比，该法具有反应物种多、各组分混合均匀性好、合成温度低、过程易控制等优点，广泛应用于制备陶瓷纳米颗粒和氧化物纳米颗粒；该法的不足之处是必须进行后处理才能得到纳米颗粒，而且纳米颗粒容易发生团聚。

1.2.3有机液相合成法

有机液相合成法主要用在有机溶剂中，能够稳定存在的金属有机化合物和某些无机物成为反应原料，在适当的反应条件下生成纳米材料。特点：该法的显著优点是克服了某些反应物在水溶液中不能稳定存在的缺点，可以在许多介质中制备纳米材料，反应产物可以通过精馏或结晶达到很高纯度；缺点是反应时间过长，产物须进行后处理才能得到结晶较好的纳米颗粒。

1.2.4其它方法

其他化学方法还有相转移法、配位沉淀法、气相蒸发法、热解法、气相反应法、微波等离子体化学气相沉积法、机械化学法等制备方法。

2纳米材料的制备中存在的问题及措施

纳米材料制备中存在的一个突出问题是团聚问题，即纳米粒子会重新团聚成较大的粒子，给制备、稳定化贮存及在复合时的均匀分散和高密度素坯的形成带来了极大的困难。

引起团聚的原因有很多，有关机理尚须进一步研究，以下几点在国内外学术界已基本取得了共识：

①分子间力、氢键、静电作用等通常是引起颗粒团聚的因素，在纳米粒子中表现得更为