纳米粉体讲解

但无论是共沉淀法、水解法、溶胶—凝胶法，还是微乳液反应法， 都存在胶状物难于沉淀，水洗时沉淀再溶解等问题。此外，若采用铵 盐作为沉淀剂时，还会造成大量的铵络合离子。采用溶剂蒸发法不会 有上述难于解决的问题，目前主要有冷冻干燥法、喷雾干燥法、喷雾 燃烧法等三种方法。 2.3高能球磨法 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动，使硬球对原料进行强烈 的撞击、研磨和搅拌，把原料粉碎为纳米级微粒的方法。它是一个无 外部热能供给的、干的高能球磨过程，是一个由大晶粒变为小晶粒的 过程，并可以通过颗粒间的固相反应直接合成化合物粉体。该法操作 简单、成本低廉，在制备纳米粉体中具有较好的工程应用前景。国外 通过高能球磨中气氛的控制和外部磁场的引入，使这项技术得到了更 大的发展和应用。
均可合成。气相合成中除了反应原料均为挥发性物外，也可用电弧、 等离子体、激光加热固体使其挥发，再与活性气体反应生成化合物纳 米粉体。 2.2.2液相反应法 液相反应法作为一种制备超细粉体的方法成为各国材料科学家研 究的热点，它具有无需高真空等苛刻物理条件、易放大的特点，并且 得到的粉体性能比较优越。常用的液相反应法有共沉淀法、水解法、 溶胶凝胶法、微乳液反应法等。 共沉淀法是利用各种在水中溶解的物质，经反应成不溶解的氢氧 化物、碳酸盐、硫酸盐、醋酸盐等，再经加热分解生成高纯度的超微 粉料。1956年Clabough等以四水草酸钛钡为原料首次用化学共沉淀 法合成了高纯钛酸钡粉体。此法用来合成钙钛矿型以及各种单一氧化 物的高纯度超微粉料，通过控制溶液浓度、pH值、温度等因素，可制 得粒径为几十纳米的超细粉体。
1.纳米粉体的简介
纳米科技是21世纪80年代末90年代初诞生并迅速发展和渗透到各 学科领域的一门崭新的高科技。由于它在21世纪产业革命中具有战略 地位，因而受到世界的普遍关注。有人说，70年代微电子学产生了世 界性的信息革命，那么纳米科技将是21世纪信息革命的核心。纳米技 术的飞速发展极大的推动了材料科学的研究和发展，而纳米材料研究 的一个重要阶段是纳米粉体的制备。 纳米粉体泛指粒径在1~100nm范围内的粉末。由于纳米粉体的晶 粒小，表面曲率大或表面积大，所以它在磁性、催化性、光吸收、热 阻和熔点等方面与常规材料相比显示出奇特的性能，因此得到人们的 极大重视。世界发达国家对纳米材料的研究投入了大量的人力、物力 和财力并制定了长远计划，迄今，他们已取得了一些令人惊奇的成果， 并逐渐形成高新技术产业，取得了良好的经济效益。自1994年10月 在德国举行了第二届国际纳米材料会议，纳米材料更是成为材料科学 和凝聚态物理领域中的热点。
水解法的最大特点是从物质的溶液中直接分离制造所需的高纯度 超微粉料，合成的陶瓷粉体具有分散性好、无（少）团聚、晶粒结晶 良好、烧结活性好等优点。黄军华等采用醇盐水解法，控制醇盐和水 的摩尔比和水解的速度等条件，可以制备5~20nm左右的纳米氧化钛 粉体。 采用水解法时，要使用大量昂贵的有机金属化合物，而且作为溶 剂的有机物常常是有毒的物质。另外，反应过程缓慢，并且有碳元素 存在，会引起还原反应，既不经济也不实惠。溶胶———凝胶法可以 不使用有机物质，因而不会发生上述毛病。由于胶体混合时可以使反 应物质获得最直接的接触，使反应物达到最彻底的均匀化，所以制得 的原料性能相当均匀。 微乳胶反应法是以乳化液的分散相作为微型反应器，通过液滴内 反应物的化学沉淀来制备超细粉体的方法，具有装置简单、操作容易、 粒子可控等诸多优点。中科院上海硅酸盐研究所采用微乳液反应制备 氧化锆粉体的工作中，得到了10~15nm的性能优良的纳米粉体。
2.纳米粉体的制备
要使纳米材料具有良好的性能，纳米粉末的制备是关键。纳米粉末的 制备方法主要有物理法、化学法和高能球磨法。 2.1物理法 物理法中较重要的是气体中蒸发法，在惰性气体中蒸发金属，急 冷生成纳米粉体。如在容器中导入低压（1.33X100~数千帕）的氩或 氦等惰性气体，通过发热体使金属熔化、蒸发，蒸发的金属原子和气 体分子碰撞，使金属原子凝聚成纳米颗粒。通过蒸发温度、气体种类 和压力控制颗粒大小，一般制得颗粒的粒径为10nm左右。比较重要 的物理法还Βιβλιοθήκη Baidu溅射法、金属蒸气合成法及流动油上真空蒸发法等。 2.2化学法 化学法制备纳米粉可分气相反应法和液相反应法。 2.2.1气相反应法 气相反应法是利用化合物蒸气的化学反应的一种方法，其特点 是：（1）原料化合物具有挥发性，提纯比较容易，生成物纯度高， 不需要粉碎。（2）气相物质浓度小，生成的粉末凝聚较小。（3）控 制生成条件，容易制得粒径分布窄，粒径小的微粒。（4）气氛容易 控制，除氧化物外，用液相法直接合成困难的金属、碳化物、氮化物
3.纳米粉体的应用
纳米粉体具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应、介电限域效 应等各种效应，所以纳米粉体表现出强吸光能力、高活性、高催化性、 高选择性、高扩散性、高磁化率和矫顽力等奇特理化性能。纳米粉体 具有这么多特异性能，潜在应用价值极大。
结束语
纳米技术涉及到多种学科和领域，是一门由化学、化 工、物理、冶金、材料相互交叉而有机联系起来的新学科。 纳米陶瓷被誉为“万能材料”或“面向21世纪的新材料”， 而作为纳米陶瓷原料的纳米粉体是制备性能优异的特种陶 瓷的关键之一，而开展纳米粉体颗粒物质结构与物理性质 的研究，无论从基础理论研究还是从实际应用前景的角度 考虑都有十分重要的意义。纳米科技的发展将会引起材料 科学的一次革命，它的发展将会对人类社会的发展和进步 产生重大而深远的影响。