纳米材料与制备04

第二章纳米材料的制备方法

“自上而下”(Top-Down)

的方法，是一个由大变小

的过程，大块物体通过破

碎、粉碎、研磨等方式，

转变成纳米量级的颗粒。

“自下而上”(Bottom-Up)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，从分

子、原子出发制备纳米颗

第一节液相方法

1.1沉淀法(precipitation)

1.1.1 沉淀法的类型

直接沉淀法

共沉淀法

均匀沉淀法

水解法

1.1.2 沉淀法实例

LiCoO

500 nm

500 nm (Ni0.5Mn0.5)2CO3

均匀沉淀法制备α-Co(OH)2和β-Co(OH)2纳米片

HMT: 六次甲基四胺

α-Co(OH)

2

β-Co(OH)

2

The XRD patterns in Figure 3 demonstrate the proportion of β-phase in samples increased with the time, confirming α-βtransformation.

At room temperature, the substitution reaction for NO3-anions was incomplete even after 7 days of the reaction time, and no reaction occurred for DS anions. It was found that the reactions could be driven in relatively short periods at an elevated temperature. Both intercalated products obtained at 90 °C after about 12 and 48 h for NO3-and DS anions, respectively.

DS anions: 十二烷基硫酸根阴离子

CoCl2 concentration.

1.2 溶胶-凝胶法(Sol-Gel)

溶胶的运动性质——布朗运动

布朗运动是分散质粒子受到其周围在做热运动的分散介质分子的撞击而引起的无规则运动。由于英国植物学家布朗首先发现花粉在液面上做无规则运动而得名。

溶胶的光学性质——丁达尔现象

当一束光线透过胶体，从入射光的垂直方向可以观察到胶体里出现的一条光亮的“通路”，这种现象叫丁达尔效应，也叫丁达尔现象(Tyndall effect)。

丁达尔现象是胶体中分散质粒子对可见光的散射形成的。一束光线入射分散体系时，会发生三种情况：

(1) 对于胶体体系，分散质粒子的粒径小于入射光的波长时，对入射光散射，出现乳白色光柱，即丁达尔现象。

(2) 对于粗分散体系，分散质粒子的粒径大于入射光波长，主要发生反射现象，使体系呈现浑浊状。

(3) 对于溶液体系，分子或离子粒径极小，但因散射光的强度随散射粒子粒径的减小而显著减弱，因而溶液对于光的散射作用很弱，呈现透明状。

可见光波长400-700 nm

1.2.1 溶胶-凝胶法

溶胶向凝胶转化

1.2.2溶胶-凝胶法基本原理

溶胶-凝胶法作为低温或温和条件下合成无机材料的重要方法，与其他化学合成方法相比具有许多独特的优点：

(1) 所用的原料首先被分散在溶剂中形成低粘度的溶液，因此可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性，在形成凝胶时，反应物之间在分子水平被均匀混合。

(2) 由于经过溶液反应步骤，很容易均匀定量地掺入一些微量元素，实现分子水平上的均匀掺杂。

(3) 与固相反应相比，化学反应将更容易进行，所以仅需较低的合成温度。

(4) 选择合适的条件可以制备各种类型的材料。

1.2.3溶胶-凝胶法实例

实验流程图实验采用Stober法制备单分散的二氧化硅微球胶体醇溶液，然后采用重力沉积、浸渍—提拉及垂直沉积法在清

洁干净的玻璃基片上组装SiO

2

胶晶阵

列模板。随后将SiO

2

胶晶阵列模板于550℃下焙烧1小时，再采用浸渍—提拉法在模板胶晶微球的间隙内填充

TiO

2

溶胶后固化、焙烧使无机物晶

化，为获得足够的TiO

2

添料，多次重复浸渍和焙烧循环。最后通过超声辅

助化学腐蚀的方法去除SiO

2

微球胶晶阵列模板，最终得到了具有较高厚度、大比表面积、热稳定性良好的纳

米晶TiO

2

多孔薄膜。

SiO2微球模板/溶胶浸渍法制备TiO2多孔薄膜