纳米粉体的喷雾热分解合成

致密颗粒合成
制备先进的陶瓷材料要求粉体具有以下特点：化 学纯度和均匀性高、颗粒直径<1um、致密颗粒、 颗粒形状一致以及颗粒分散性好．利用SP技术制 备的粉体具有这些特点。但是SP技术合成的粉体 也容易形成空心和外层破裂的颗粒．
空心或多孔粉末合成
SP技术合成粉体时，容易形成空心或多孔的颗粒 ．这些对于陶瓷是不利的，但是对于隔热和催化 剂载体来说却是有利的．多孔材料不必保持密实 的表面，可以用制备致密颗粒相反的条件制备多 孔颗粒．
(1)组分分布均匀，可精确控制化学计量比原料在溶液状态下混合， 组分分布均匀， 可保证组分分布均匀，而且工艺过程简单，组分损失少，可精确控制化学计量比，尤 其适合制备多组分复合粉末
(2)呈规则的球形，少团聚微粉由悬浮在空气中的液滴干燥而来，颗粒一般呈规 呈规则的球形， 则的球形，而且少团聚，无需后续的洗涤研磨，保证了产物的高纯度，高活性
复合物颗粒合成
• 由于颗粒均匀混合和分散的困难，阻碍了超细复 合物和纳米复合物的发展 SP技术 • 能克服这些困难而直接生产出所需相结构和分布 较好的复合物颗粒
纤维合成
调节前驱体的粘滞度，表面张力和溶液的浓度， 用SP技术可制备出不连续的纤维
薄膜制备
• SP技术也适合于制备化学计量均匀，面积大、低成本、非平面、质 量高的薄膜。 • 真空沉积制备的表面光滑薄膜适合于微波方面的应用，而由SP技术 制备的颗粒薄膜，适合于很多方面的应用，诸如光检波器等． • SP技术制备薄膜具有操作简单经济实用等优点，越来越多地应用到 氧化物、硫化物、硒半导体薄膜制备上，薄膜的厚度在0.2一10um之 间．
实
配制成溶液。
验
• 实验原料 分析纯硝酸银，未进一步提纯，采用去离子水 实验原料: • 实验装置:采用立式配置，与工业热分解装置的配置形式
相同，如图
实 验 步 骤
1.硝酸银水溶液经超声喷嘴雾化成液滴 2.随载流氮气进入置于电阻加热炉内的石英管中 3.热分解生成金属银粉
1温度的影响
• 1)硝酸银液滴历经蒸发脱水、结晶、熔融和热分 解反应等步骤后可转化为金属银粉，只要雾化液 滴在高于600℃温度下保持足够时间，硝酸银就 能完全热分解转化为金属银 • 2)在液滴转化为金属银粉的过程中，颗粒间存在 碰撞聚并机制，通过控制炉子温度、反应物浓度 超生雾化器功率、溶液流量和载气速度可以有效 地控制颗粒的形貌。 • 3)提高热分解炉温度有利于制备出表面光洁、球 形度好的金属银粉。
高的载流气体流量，能减少炉管内气流的回旋返混，从而使得 高的载流气体流量，能减少炉管内气流的回旋返混， 颗粒间的碰撞聚并少发生，有利于制备粒度小而均匀的银粉。 颗粒间的碰撞聚并少发生，有利于制备粒度小而均匀的银粉。
5载气流量影响
由图可见，较大载气流量下，能制备出粒度细而均匀的银粉。其原因可能在 由图可见，较大载气流量下，能制备出粒度细而均匀的银粉。 于，较大的载气流量，有利于消除炉管内气流的回旋返混，减少颗粒间的碰 较大的载气流量，有利于消除炉管内气流的段，它包含于盐类的沉淀
5 雾滴凝聚 6 热分解和合成 烧结 热分解和合成(烧结 烧结)
SP过程
• SP工艺过程中，溶液雾化后进入一系列的反应容器(下图)
由此可以看出，喷雾热分解实际是个气溶胶的过程，属气相法的范畴，但与一般 的气溶胶过程不同的是它是以液相溶液作为前驱体，因此兼具有气相法和液相法的诸 多优点：
超细和纳米颗粒合成
• 由SP技术直接合成粉体，要控制雾滴的形成、凝 结、挥发和分解过程．
非氧化物和金属颗粒合成
• Mizutani和Liu利用超声喷雾分解法制备了非氧化物a— Si3N4颗粒，并且得出喷雾热分解制备非氧化物颗粒时 ，前驱体应使用低蒸气压和可溶解的非氧化物溶质以及 非氧化物溶剂． • Lindquist以聚合氨为前驱体，利用SP技术在无水和非 氧化条件下制备了BN粉体． • ChenZhenhua等以NaCl为喷雾媒质，制备了金属和合 金的超细粉体，并且尺寸分布比较窄．在这个技术中， 颗粒尺寸主要是由喷雾媒质NaCl颗粒的状态决定的．
其它方面应用
近年来，SP技术得到了更为广泛的应用， M．Kobayashi等利用溶胶一凝胶与喷雾相结合的 方法制备压电薄膜．他们在弯曲的钢板、平的钢 板、氧化铝以及钢棒上制备了50—100um的薄膜 。
实例：喷雾热分解法制备超细银粉
• 喷雾热分解法由于设备及过程简单，制备 的粉末结晶度高、球形度好、表面光洁， 特别适用于电子领域的微细银粉的制备， 最具广泛应用前景
谢谢
结语
喷雾热分解技术经过几十年的发展，已成为一种 重要微粉制备的工艺，特别是在各种功能材料的 制备中，显现出明显的优势。近年来，随着人们 对其认识的不断加深，应用领域不断拓展在不断 拓展其应用领域的同时，人们对其工艺本身也做 了不少有益的改进。
但是目前研究工作也存在欠缺
一，是对SP各过程机理特别是微观过程理论研究不 足，在制备粉体过程中对工艺参数的控制存在盲 目性
二，是当前大多数工作都停留在小型实验研究阶段 在设备研制和放大规模生产方面还有很长的路要 走。
随着材料科学技术的发展，SP技术在粉体制备 中的优势将越来越被人们所熟知，必将掀起又一 轮SP技术研究的热潮。可以预见，随着SP技术本 身的完善和成熟，其在各种粉体材料，尤其是高 性能多组元复合材料中大工业化生产指日可待。
2浓度的影响
硝酸银溶液浓度对银粉形貌和粒度都有影响，高浓度下所得银粉 粒径大、球形度差
3雾化功率的影响
超声雾化器功率、溶液流量会影响雾化液滴的粒度及其分布， 超声雾化器功率、溶液流量会影响雾化液滴的粒度及其分布， 因而也是影响银粉形貌和粒度的因素。 因而也是影响银粉形貌和粒度的因素。
4溶液流量的影响
(3)过程迅速整个过程在短短的几秒钟迅速完成，因此液滴在反应过程中来不及发生组 分偏析，进一步保证组分分布的均一性
(4)工序简单工序简单，一步即获得成品，无过滤、洗涤、干燥、粉碎过程，操作简 单方便，生产过程连续，产能大，生产效率高，非常有利于大工业化生产。
喷雾热分解法在功能材料中的应用
由于SP法兼具有传统气相法和液相法的诸 多优点，制备多元复合型粉末中有着无可比拟 的优势，因此被广泛应用于制备各功能材料 超导材料 发光材料 催化剂材料的制备
纳米材料与纳米技术
纳米粉体的喷雾热分解合成
目录
概述
热喷雾分解合成的详细介绍
喷雾热分解法的几种应用方法及实例
结语
概述
喷雾热分解(SprayPyrolysis，简称 ，简称SP)技术 喷雾热分解 技术 是一种很有发展前途的材料制备方法，与传统的 是一种很有发展前途的材料制备方法， 材料制备技术相比，它具有很多优越性； 材料制备技术相比，它具有很多优越性；如生成 物颗粒可控，成分均匀，纯度较高， 物颗粒可控，成分均匀，纯度较高，工艺过程温 度低等， 度低等，已在材料科学的许多领域中得到应 技术在物理和化学方面的灵活性， 用．SP技术在物理和化学方面的灵活性，为合成 技术在物理和化学方面的灵活性 先进的陶瓷粉体和薄膜提供了更多的机会． 先进的陶瓷粉体和薄膜提供了更多的机会．
热喷雾分结合成步骤
1 前驱体
真溶液，胶态分散体，乳化液和溶胶等都可以作为气溶胶的前驱体
2 喷雾
喷雾技术的不同之处在于形成雾滴的尺寸、喷雾效率和雾滴的初速度不同 ．离开雾化器时雾滴的速率是非常重要的，这是因为它决定着加热的速率和 SP工艺中雾滴停留的时间．
3 蒸发
随着SP工艺的持续，发生以下的物理现象：雾滴表面液相的蒸发雾滴中气 相的扩散，雾滴的收缩，雾滴温度的变化以及液相向雾滴中心的扩散