納米粉體制備方法

1、納米粉體制備方法納米技術(shù)是當今世界各國爭先發(fā)展的熱點技術(shù)，納米技術(shù)和材料的生產(chǎn)及其應(yīng)用在中國 已起步，可以產(chǎn)業(yè)化的只有為數(shù)不多的幾個品種，納米二氧化鈦(TiO2)、納米氧化鋅(Z nO)、納米碳酸鈣(CaCO3)便是其中較具代表性的幾個品種。納米粉體的制備方法很 多，可分為物理方法和化學方法。以下是對各種方法的分別闡述并舉例。物理方法真空冷凝法用真空蒸發(fā)、加熱、高頻感應(yīng)等方法使原料氣化或形成等離子體，然后驟冷。其特點純度高、 結(jié)晶組織好、粒度可控，但技術(shù)設(shè)備要求高。1。金屬煙粒子結(jié)晶法是早期研究的一種實驗 室方法。將金屬原料置于真空室電極處，真空室抽空(真空度1P a)導入102到103P a

2、壓力 的氬氣或不活潑性氣體，然后像通常的真空蒸發(fā)那樣，用鎢絲藍蒸發(fā)金屬。在氣體中，通過 蒸發(fā)、凝聚產(chǎn)生的金屬蒸氣形成金屬煙粒子，像煤煙粒子一樣沉積于真空室內(nèi)壁上。在鎢絲 籃上方或下方位置可以預先放置格網(wǎng)收集金屬煙粒子樣品，以備各類測試所用。2。流動油 面上的真空蒸發(fā)沉積法(VEROS)，VEROS法是將物質(zhì)在真空中連續(xù)的蒸發(fā)到流動著的油 面上，然后把含有納米粒子的油回收到貯存器內(nèi)，再經(jīng)過真空蒸餾、濃縮，從而實現(xiàn)在短時 間制備大量納米粉體。物理粉碎法通過機械粉碎、電火花爆炸等方法得到納米粒子。其特點操作簡單、成本低，但產(chǎn)品純度低， 顆粒分布不均勻。例，有一種制備納米粉體材料新方法，最適用于碳化物

3、、氮化物及部分金 屬粉體的制備。其方法是先對反應(yīng)器抽真空，然后充入保護氣體或反應(yīng)氣體，在反應(yīng)器中設(shè) 置石墨電極，在石墨電極與反應(yīng)器坩堝中的金屬之間通電，使之產(chǎn)生高溫碳電弧，由高溫電 弧產(chǎn)生金屬蒸汽。采用保護氣體可以生產(chǎn)出由石墨原子包覆的納米鎳粉、銅粉、鋁粉等不易 團聚的金屬納米粉末；采用反應(yīng)氣體可以生產(chǎn)碳化物、氮化物納米粉末。與現(xiàn)有技術(shù)相比， 生產(chǎn)的納米粉末不易團聚，具有成本低，電弧功率大，可以實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，具有廣泛的實 用性。用沖擊波處理共沉淀法制備的氧化鐵與氧化鋅混合物合成了鐵酸鋅，用XRD、TEM 和電子衍射法對這種產(chǎn)品進行了鑒定.與傳統(tǒng)的高溫焙燒法相比，這種產(chǎn)品的特點是其顆粒 尺寸為

4、納米級.主要原因可能在于沖擊波的作用時間極短，因此生成的鐵酸鋅不會生長成為 完整的晶粒.由此可以認為，沖擊波處理可能是一種制備復合金屬氧化物的納米粉體的新方 法.機械球磨法采用球磨方法，控制適當?shù)臈l件得到純元素納米粒子、合金納米粒子或復合材料的納米粒子。 其特點操作簡單、成本低，但產(chǎn)品純度低，顆粒分布不均勻。例，一種鈦合金納米粉體制備 方法，原料包括鈦合金粗粉、助磨鍵合劑、分散劑、表面活性劑；制備方法是，將所述原料 按配比投入反應(yīng)釜，反應(yīng)釜轉(zhuǎn)速20 0 30 0mpr溫度5 060，反應(yīng)釜旋轉(zhuǎn) 時間15 30分鐘；反應(yīng)釜轉(zhuǎn)速升高至達1 0 0 0 mpr以上，維持該轉(zhuǎn)速1 .5 2.5 小時，

5、溫度為18 0C以上；反應(yīng)釜轉(zhuǎn)速降到3 0 0 mrp以下，在0.5 1.0小時內(nèi) 降低溫度至4 0C50C，停機，即完成納米粉體的制備。它穩(wěn)定地對鈦合金實現(xiàn)了納米 化加工；由此為利用納米粉體的小尺寸效應(yīng)、表面積效應(yīng)而使它的耐蝕優(yōu)點得到提升得以實 現(xiàn)，使之可作為一種活性添加劑與各種優(yōu)良樹脂結(jié)合成一種新型復合材料。化學方法氣相沉積法利用金屬化合物蒸氣的化學反應(yīng)合成納米材料。其特點產(chǎn)品純度高，粒度分布窄。例，TiCl4 氣相氧化法，其基本化學反應(yīng)式為：TiCl4(g)+O2(g)=TiO2(s)+Cl2(g)施利毅、李春忠等利用N2攜帶TiCl4蒸氣，經(jīng)預熱到435oC后經(jīng)套管噴嘴的內(nèi)管進入高溫管

6、式反應(yīng)器，。經(jīng)預熱到 870oC后經(jīng)套管噴嘴的外管也進入反應(yīng)器，TiCl4和O2在900oC到1400oC下反應(yīng)，反應(yīng)生 成的納米TiO2微粒經(jīng)粒子捕集系統(tǒng)，實現(xiàn)氣固分離，這種工藝目前還處于實驗室小試階段， 該工藝的關(guān)鍵是要解決噴嘴和反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及TiO2粒子遇冷壁結(jié)疤的問題。沉淀法把沉淀劑加入到鹽溶液中反應(yīng)后，將沉淀熱處理得到納米材料。其特點簡單易行，但純度低， 顆粒半徑大，適合制備氧化物。四氧化三鉆納米粉體的制備方法，屬于化學工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。 包括原料的提純、鉆鹽沉淀、固液分離、固體焙燒。在加熱條件下將鉆片溶于的硝酸，加入 高純水調(diào)節(jié)溶液的密度和pH,最終得到密度為1.51.65g/cm

7、3、pH值為45的硝酸鉆溶液, 化學沉淀劑NH4HCO3,加水制成濃度為1430%重量百分比的碳酸氫銨懸濁液；向碳酸氫 銨懸濁液中緩慢加入硝酸鉆溶液,使物質(zhì)的重量之比：CO32-/Co2+=2.42.6,將上述碳酸鉆濕 料在300450C并保溫36小時,得到黑色粉末。本發(fā)明制備的Co3O4納米粉體顆粒度均勻, 具有工藝操作簡單。用化學沉淀熱解法制備Co3O4納米粉體的方法，主要包括原料的提純、 鉆鹽沉淀、固液分離、固體焙燒，其特征在于,(1)原料的提純首先,在加熱條件下將鉆片溶于體 積比(12) ： (12)的硝酸，溶解過程中不斷加入高純水調(diào)節(jié)溶液的密度和pH,最終得到密度 為1.301.40

8、g/cm3、pH值為45的硝酸鉆溶液，靜置一天，過濾除去固體沉淀物；再以適量 硝酸調(diào)節(jié)溶液的pH=12,小心地蒸發(fā)溶劑，得到密度為1.50g/cm31.65g/cm3的硝酸鉆溶 液，靜置，冷卻，析出硝酸鉆晶體；將上述硝酸鉆晶體溶于高純水中，制成密度為1.50g/cm3 1.65g/cm3的硝酸鉆溶液待用；化學沉淀劑采用食品級NH4HCO3,加水制成濃度為1430% 重量百分比的碳酸氫銨懸濁液待用；(2)制取鉆鹽沉淀在攪拌條件下，向碳酸氫銨懸濁液中緩 慢加入已經(jīng)提純的密度為1.501.65g/cm3的硝酸鉆溶液，使物質(zhì)的重量之比：CO；-/Co2+= 2.42.6，并調(diào)節(jié)反應(yīng)后清液的pH=6.5

9、7.0,加料完成后，繼續(xù)攪拌22.5小時，靜置，離心分 離，分離得到的清液回收利用；(3)Co3O4納米粉體的制備將上步得到的碳酸鉆濕料置于適當 容器中，加料量為容器的1/22/3,升溫至300450C并保溫36小時，得到黑色粉末。水熱合成法高溫高壓下在水溶液或蒸汽等流體中合成，再經(jīng)分離和熱處理得納米粒子。其特點純度高， 分散性好、粒度易控制。二氧化釩納米粉體材料的制備方法，工藝步驟依次為前驅(qū)體的制 備和前驅(qū)體的熱分解，其特征在于：(1)前驅(qū)體的制備以v2o5和草酸為原料，v2o5與草酸 的重量比為1 : 13，將所述配比的V2O5和草酸放入反應(yīng)容器并加水在常壓、4070C進 行攪拌，直到v2o5和草酸的還原反應(yīng)完成為止，水的加入量以v2o5和草酸被淹過為宜， 還原反應(yīng)完成后，將所獲溶液蒸干即得到固體草酸氧釩前驅(qū)體；(2)前驅(qū)體的熱分解將所獲 草酸氧釩前驅(qū)體粉碎后放入加熱爐，在常壓下以310C/min的速度加熱到250C300C 時開始抽真空，并在真空條件下繼續(xù)以310C/min的速度加熱到350C500C，保溫20 40分鐘后關(guān)閉加熱爐電源，保持爐內(nèi)的真空度，讓分解產(chǎn)物冷卻至室溫而獲得二氧化釩納 米粉體材料；或?qū)⑺@草酸氧釩前驅(qū)體粉碎后在加熱爐中加熱到150C250C保溫2030 分鐘，然后抽真空，在真空條件下以310C/min的速度加熱到350C50