納米材料復(fù)習(xí)總結(jié)

1、 機(jī)械粉碎法：在給定的外場力的作用下，如，沖擊、擠壓、碰撞、剪切或摩擦，使大顆粒破碎成超細(xì)微粒的一種技術(shù)。2、 球磨：將起粉碎作用的介質(zhì)材料做成球體或圓柱體，放入在球磨筒體中。在筒體的上下旋轉(zhuǎn)過程中，利用介質(zhì)和物料之間的相互研磨沖擊使物料顆粒粉碎，經(jīng)過幾十甚至幾百小時長時間的球磨，可使小于1um的顆粒破碎。3、 攪拌磨：由一個靜止的研磨筒和一個旋轉(zhuǎn)的攪拌器構(gòu)成的粉碎設(shè)備，分為間歇式、循環(huán)式、連續(xù)式三種。也使用球形或柱形的研磨介質(zhì)。4、 膠體磨：被加工的物料為膠體形式的漿料，利用一對固體磨和高速旋轉(zhuǎn)磨體的相對運動所產(chǎn)生的強(qiáng)大的剪切、摩擦、沖擊等作用力來粉碎或分散物料的顆粒。5、 球磨的基本原理：需加工的物料粉體被放在一個密封的球磨容器里，其中有許多硬鋼球或包覆著硬質(zhì)碳化鎢的球體。物料在此容器內(nèi)被拋甩、振動或猛烈地?fù)u動，達(dá)到粉碎的目的。6、 高能球磨法：是利用球磨機(jī)的轉(zhuǎn)動或振動，使硬球?qū)υ线M(jìn)行強(qiáng)烈的撞擊、研磨和攪拌，把粉末粉碎為納米級微粒的方法。將粉末放入球磨機(jī)的球磨罐中進(jìn)行高能球磨，粉末顆粒經(jīng)反復(fù)地壓延、壓合、碾碎、再壓合、碾碎的過程，最后獲得組織和組分分布均勻的納米顆粒。7、 高能球磨法制備納米顆粒的工藝步驟：1） 根據(jù)所制產(chǎn)品的元素組成，將兩種或多種單質(zhì)或合金粉末組成初始粉末。2） 選擇球磨介質(zhì)，根據(jù)所制產(chǎn)品的性質(zhì)，在鋼球、剛玉球或其他材質(zhì)做成的球中選擇適合的材料組成球磨介質(zhì)。3） 初始粉末的球磨介質(zhì)按一定的比例放入球磨機(jī)中球磨。4） 工藝的過程是：球與球，球與研磨桶壁的碰撞粉末，并使其產(chǎn)生塑性形變，形成小顆粒粉體。經(jīng)過長時間的球磨，得到的顆粒的組成細(xì)化，并發(fā)生擴(kuò)散和固態(tài)反應(yīng)，形成單質(zhì)在合金納米顆粒粉末。5） 球磨時一般需要使用氣體進(jìn)行保護(hù)。6） 塑性非常好的粉末往往加入1%?2%的有機(jī)添加劑，可防止粉末過度焊接和粘球。8、 高速氣流粉碎是利用高速氣流（300?500m/s）或熱蒸氣（300?500°C）的能量使顆粒相互產(chǎn)生沖擊、碰撞、摩擦而被較快粉碎。1） 噴射式氣流粉碎:使物料顆粒與固定的沖擊板進(jìn)行沖擊碰撞，或顆粒之間進(jìn)行迎面沖擊碰撞。2） 扁平式氣流粉碎3） 循環(huán)管式氣流粉碎：粉碎過程是將待粉碎的物料從加料器加入，進(jìn)入粉碎區(qū)，物料經(jīng)過噴嘴后再進(jìn)入粉碎室，經(jīng)過加速物料在運行中發(fā)生沖擊碰撞。高速的旋流夾帶著被粉碎的顆粒，沿上移管向上運動，被半圓開的分級區(qū)所限制，使氣固雙相夾流發(fā)生半圓周的回旋運動，從而產(chǎn)生了離力場，使細(xì)顆粒得以分級。粗顆粒在離心力的驅(qū)使下集中在循環(huán)管的外側(cè)，隨循環(huán)旋流沿下行管重新進(jìn)入粉碎區(qū)，而合格的細(xì)顆粒經(jīng)成品出口離開粉碎室，進(jìn)行氣固分離后變成產(chǎn)品。9、 氣相沉積10、液相反應(yīng)制備納米顆粒1）沉淀法原理：包含有一種或多種陽離子的可溶性鹽溶液，加入沉淀劑（OH-、CO32等）在特定的溫度下合溶液發(fā)生水解或直接沉淀，形成不溶性氫氧化物、氧化物或無機(jī)鹽，直接或經(jīng)熱分解可得到所需的納米微粒。工藝方法：將不同化學(xué)成分的物質(zhì)首先在溶液狀態(tài)下進(jìn)行混合，在混合溶液中加入適當(dāng)?shù)挠脕沓恋碇苽浼{米顆粒的軀體沉淀劑，再將此沉淀物進(jìn)行干燥或煅燒。從而制得相應(yīng)的納米顆粒。共沉淀法：在含有多種離子的溶液中加入沉淀劑，使金屬離子完全沉淀的方法。單相共沉淀：沉淀物為單一化合物或單相固溶體時，稱為單相共沉淀。混合物共沉淀：沉淀產(chǎn)物為混合物時，稱為混合物共沉淀。計量化合物沉淀：使溶液離子按化學(xué)計量比來配制溶液，最終可獲得化學(xué)計量化合物形式的沉淀物。直接沉淀：在金屬鹽溶液中加入沉淀劑，在一定條件下生成沉淀析出，沉淀經(jīng)過洗滌、熱分解等處理工藝后得到納米尺寸和產(chǎn)物。均相沉淀：利用特定的化學(xué)反應(yīng)使溶液中的構(gòu)晶離子由溶液中緩慢均勻地釋放出來，通過控制溶液中沉淀劑深度，保證溶液中的沉淀處于一種平衡的狀態(tài)。從要而均勻的析出。水解沉淀：由于采用的原料是水解反應(yīng)的對象即金屬鹽和水，那么反應(yīng)的產(chǎn)物一般總是氫氧化物或是水合物，所以只要能高度精制得金屬鹽，就很容易得到高純度的納米微粉。11、 水熱法和溶劑熱法水熱法原理：水熱法以水作為反應(yīng)介質(zhì)，在這特殊的環(huán)境中使難溶或不溶的前驅(qū)物變得容易溶解，并使其完成反應(yīng)和合成的程序，有的形成結(jié)晶。水熱法合成法的工藝:將無機(jī)或有機(jī)化合的前驅(qū)物在100?500和高氣壓環(huán)境下與水化合，通過對加速滲析反應(yīng)和物理過程的控制，得到改進(jìn)的無機(jī)物，再經(jīng)過過濾、洗滌、干燥等過程，得到純度高、粒徑小的各類納米顆粒。溶劑熱法：采用有機(jī)溶劑代替水作介質(zhì)，類似水熱法合成納米微粉。12、 霧化水解法和噴霧熱解法霧化水解法的工藝原理：將一種鹽的超微粒子，由惰性氣體載運送入含有金屬醇鹽的蒸氣室，金屬醇鹽蒸氣附著在超微粒的表面，與水蒸氣反應(yīng)分解后形成氫氧化物微粒，經(jīng)焙燒后獲得氧化物的超微粒。噴霧熱解法：將含所需離子的溶液用高壓噴成霧狀，送入已設(shè)定要求加熱的反應(yīng)室內(nèi)，通過化學(xué)反應(yīng)生成顆粒。其中，噴霧熱解法分為噴霧干燥、噴霧焙燒、噴霧燃燒和噴霧水解等情況。13、 溶膠-凝膠法：是指以金屬的有機(jī)或無機(jī)化合物，均勻溶解于一定的溶劑中形成金屬化合物的溶液，然后在催化劑和添加劑的作用下進(jìn)行水解、縮聚反應(yīng)，通過控制各種反應(yīng)條件，得到一種由顆?；蛉苣z或團(tuán)簇均勻分散于液相介質(zhì)中形成的分散體系。為溶膠。溶膠在溫度變化、攪拌的作用、水解縮聚等化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)平衡作用的影響下，納米顆粒間發(fā)生聚集而成為網(wǎng)絡(luò)狀的聚集體，導(dǎo)致分散體系的黏度增大，增大到一定程度時，具有流動性的溶膠逐漸變成為略顯彈性的固體膠狀。為凝膠。溶膠-凝膠的原理：易于水解的金屬化合物在（無機(jī)鹽或金屬醇鹽）在相應(yīng)的溶劑中與水發(fā)生反應(yīng)，通過水解和縮聚過程逐漸凝膠化，再經(jīng)過干燥或燒結(jié)等后處理得到所需的納米材料，涉及的反應(yīng)有水解反應(yīng)和聚合反應(yīng)。14、 微乳液法基本原理：利用兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成一個均勻的乳液，從乳液中析出固相，這樣可使成核、生長、聚結(jié)、團(tuán)聚等過程局限在一個微小的球形液滴內(nèi)，從而形成球形顆粒，用微乳液法制備納米顆粒還能避免顆粒之間的進(jìn)一步團(tuán)聚。這種方法的思想是利用微乳液在液體介質(zhì)中所存在的眾多均勻的微小單體結(jié)構(gòu)，分別反應(yīng)，獨立形成納米顆粒。15、 氣相化學(xué)沉積法：一種或數(shù)種反應(yīng)氣體在加熱、激光、等離子體等作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)析出超微小顆粒粉的方法。氣相化學(xué)反應(yīng)的原理：利用揮發(fā)性的原料物質(zhì)被加熱產(chǎn)生的蒸氣，通過化學(xué)反應(yīng)生成化合物，在有保護(hù)氣體或其他合適的條件下快速凝聚，從而制備相應(yīng)物質(zhì)的納米顆粒。熱管爐加熱化學(xué)法的工藝步驟：1）原料處理2）預(yù)熱與混氣3）反應(yīng)參量控制4）成核與顆粒生長控制5）冷凝控制6）納米微粒形態(tài)控制等離子體化學(xué)反應(yīng)沉積納米顆粒的原理：等離子體是一種高溫、高活性、離子化的導(dǎo)電流體，等離子體高溫焰流中的活性原子、分子、離子體或電子被高速發(fā)射到各種金屬單質(zhì)或化合物原料表面時，即刻就會溶入原料，使原料瞬間熔融，并使原料蒸發(fā)。蒸發(fā)的原料與等離子體或反應(yīng)性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，先是生成各類新的化合物粒子的核，這些粒子的在核脫離等離子反應(yīng)區(qū)后，就會形成相應(yīng)化合物的納米微粒。16、 納米顆粒的無機(jī)包覆及表面修飾改性無機(jī)表面改性以納米顆粒為反應(yīng)的核物質(zhì)，依靠物理作用、范德華力或氫鍵的表面吸附或沉積作用力，有核的表層沉積一層或多層新的無機(jī)物的納米包覆薄膜，由此起到穩(wěn)定內(nèi)層粒子、降低納米離子活性、提高分散性等效果。金屬表面改性：是通過化學(xué)、物理、機(jī)械等方法，要納米顆粒的核的表面形成一層金屬單質(zhì)或合金包覆層，經(jīng)過改性的納米顆粒同時具有原始核物質(zhì)的物化性能和表面包覆金屬層的物化性能，使得納米顆粒原有的特性得到增強(qiáng)或者是新增加了納米顆粒的特定功能。無機(jī)化合物的包覆及表面改性：利用一些化合物不溶解于水的特性，采用均相沉淀、溶膠-凝膠、水熱合成等方法，通過沉淀反應(yīng)在納米顆粒表面形成表面包覆，再經(jīng)過其他的熱處理手段，使包覆物固定在顆粒表面，從而達(dá)到改善或改變顆粒表面性質(zhì)的作用。17、 納米顆粒的有機(jī)包覆及表面修飾改性小分子有機(jī)物的包覆及表面處理1） 表面活性劑物理包覆及表面改性：通過范德華力、氫鍵離子等分子間作用力將有機(jī)改性劑吸附到作為包覆核的納米顆粒的表面，并在核的表面形成包覆層，以此來降低蓄謀顆粒原有的表面張力，阻止粒子間的團(tuán)聚，達(dá)到均勻穩(wěn)定分散的目的。2） 偶聯(lián)劑化學(xué)包覆及表面改性：偶聯(lián)劑對納米材料的包覆及改性在納米顆粒表面發(fā)生化學(xué)偶聯(lián)反應(yīng)。偶聯(lián)劑的納米顆粒兩組分之間除了范德華力，氫鍵或配位鍵相互作用外，還有離子鍵或共價鍵的結(jié)合。3） 酯化反應(yīng)包覆及表面改性：金屬氧化物與醇的反應(yīng)也是一種酯化反應(yīng)，利用酯化反應(yīng)對納米顆粒進(jìn)行包覆及表面修飾改性可以使原來的親水疏油的納米材料表面變成親油疏水的納米顆粒表面。高分子聚合物包覆及表面改性1） 表面物理吸附方法（見書P175）①乳液聚合包覆法（見書175）②自組裝法包覆聚合物層2） 表面化學(xué)接枝聚合包覆及表面改性①預(yù)先接枝引發(fā)基團(tuán)的②預(yù)先偶聯(lián)劑處理法③聚合物鏈接枝法原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法18、 單壁納米碳管電弧法：兩個電極位于反應(yīng)室中央，陽極和陰極相隔一定的距離，便于形成電弧。陽極是一根石墨炭棒，陰極則是一根帶有淺槽的石墨炭棒，該淺槽用于裝少量的鐵粉。反應(yīng)室里填充的甲烷和氫氣的混合氣體，通過在兩電極間加上直流電流，使炭棒電弧放電。在電弧的作用下淺槽中的鐵先是熔融形成小液滴，繼而蒸發(fā)，最后在陰極上冷卻、凝聚在鐵碳化合物。將陰極產(chǎn)物置于電鏡下，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)物為單壁納米碳管。激光蒸發(fā)法：將一根金屬催化劑/石墨混合物做成的石墨靶放置于一長石英管中間，該管則置于加熱爐內(nèi)，加熱爐工作溫度1200.將惰性氣體充入被加入的管內(nèi)，并將激光束聚焦于石墨靶上。石墨靶在激光照射下生成氣態(tài)碳，這些氣態(tài)碳和催化劑粒子被氣流從高溫區(qū)帶向低溫區(qū)，在催化劑的作用生長成單壁納米管。催化熱解法：P190太陽能法：太陽能法是將陽光聚焦于石墨樣品上使碳原子蒸發(fā)，這些碳升華后的碳原子被氧氣或氮氣吹到低溫區(qū)，并在反應(yīng)器的低溫區(qū)沉積，最后形成納米碳管。19、 納米線的制備方法基本原理：首先需要有一個形成晶須的基礎(chǔ)，在晶須的基礎(chǔ)上向一維方向生長形成納米線。在一般的氣-液-固法過程中，晶須首先在固體襯底上形成液滴，該液滴的溶液與襯底間形成一個液固界面，氣態(tài)原子因溶液表面的吸附作用而沉積在液滴上，當(dāng)溶液達(dá)到過飽和態(tài)時，晶體開始溶體中析出，隨著氣態(tài)原子不斷吸附到溶體中，溶體的過飽和過程持續(xù)出現(xiàn)，致使晶須在固體襯底上逐步形成。物理法：見書P2011）蒸發(fā)冷凝法：2）激光沉積法3）電弧放電法制備納米線化學(xué)法：1）化學(xué)氣相沉積法2）電化學(xué)法3）聚合法和模板法20、 納米薄膜的制備1） 真空蒸發(fā)法：在超高真空（10-5Pa）或低壓惰性氣體氬或氦的氣氛中（50?1000Pa），通過加熱蒸發(fā)源，使待制備的金屬、合金或化合物氣化、升華，然后冷凝形成納米薄膜材料。熱源中的物料被蒸發(fā)后及被惰性氣體冷凝的主要過程是：在真空蒸發(fā)室內(nèi)充入低壓惰性氣體，目標(biāo)材料的原料在蒸發(fā)源加熱蒸發(fā)，產(chǎn)生原子霧，與惰性氣體原子相互碰撞，凝聚形成納米尺寸的團(tuán)簇，并在相對的冷態(tài)的基板上沉積起來。2） 微波法：用微波等離子體化學(xué)氣相沉積制作薄膜。3） 化學(xué)氣相沉積：是指直接利用氣體或通過各種手段將物質(zhì)變?yōu)闅怏w，讓一種或數(shù)種氣體通過光、電、熱和化學(xué)等的作用而發(fā)生熱分解、還原或其他反應(yīng)，從氣相中析出納米粒子，冷卻后得到金屬單質(zhì)、合金屬和非金屬的氫、氧、氮、碳化合物等各類納米薄膜。普通的電阻加熱進(jìn)行化學(xué)氣相沉積法：主要是利用電阻加熱的方式使含有薄膜的一種或多種單質(zhì)或化合物氣化成氣相，然后在襯底表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成薄膜的方法。21、 納米金屬與合金材料的制備1）惰性氣體蒸發(fā)、原位加壓制備法原理：納米結(jié)構(gòu)材料中的納米金屬與合金材料是一種經(jīng)過二次凝聚的晶體或非晶體，第一次凝聚通常是將氣化的金屬原子形成納米顆粒，然后再保持新鮮表面的條件下，將納米顆粒壓在一起形成塊狀凝聚固體。工藝：由惰性氣體蒸發(fā)制備的納米金屬或合金顆粒在真空中形成后，由用聚四氟乙烯材料做成刮刀將其從冷阱上刮下，經(jīng)漏斗直接落入低壓壓實裝置，顆粒粉體在此裝置中經(jīng)輕度壓實后由機(jī)械手將其送至高壓原位加壓、加熱同系統(tǒng)經(jīng)熱壓制成塊狀體。2） 高能研磨結(jié)合加壓成塊法：干燥的球磨室內(nèi)，在高真空及氬氣氛的保護(hù)下，通過機(jī)械研磨過程中高速運行的硬質(zhì)鋼球與研磨體之間的相互碰撞，對原始物料反復(fù)進(jìn)行斷裂、熔結(jié)、斷裂的過程。使物料顆粒不斷得到細(xì)化，達(dá)到納米尺寸，再采用熱擠壓、熱等靜壓等技術(shù)加壓制得塊狀納米材料。3） 非晶晶化法：非晶態(tài)材料在熱力學(xué)上屬于非平衡的亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，在一定的條件下會發(fā)生非晶結(jié)構(gòu)向晶態(tài)結(jié)構(gòu)的晶化轉(zhuǎn)變。通過控制非晶態(tài)固體的晶化動力學(xué)過程使產(chǎn)物晶化成為晶粒，然后再獲得具有納米相的塊體材料。22、 納米復(fù)合材料的制備（有機(jī)-無機(jī)）1）插層復(fù)合法：許多無機(jī)化合物都具有層狀結(jié)構(gòu)，如硅酸鹽類，磷酸鹽類，石墨等都是典型的層狀物質(zhì)，在它們的結(jié)構(gòu)層間有可交換的陽離子，如Na、CaMg等。這些離子可與無機(jī)金屬離子、有機(jī)陽離子型表面活性劑和陽離子染料等進(jìn)行離子交換。在制備納米復(fù)合材料時，利用這種結(jié)構(gòu)特性有機(jī)陽離子作為插層劑進(jìn)行陽離子交換，使得結(jié)構(gòu)層的間距增大，同時可改善層間的環(huán)境，使層狀無機(jī)鹽內(nèi)外表面性質(zhì)發(fā)生變化，如由親水轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷?。采用插層技術(shù)可以引入能與聚合物發(fā)生反應(yīng)的官能團(tuán)來改變兩相黏結(jié)性降低表面能，以利于單體和聚合物插入層間結(jié)構(gòu)，達(dá)到制備有機(jī)聚合物基納米復(fù)合材料的目的。2） 溶膠-凝膠法：使用烷氧金屬或金屬鹽等作為前驅(qū)物，將其溶于水或有機(jī)溶劑中形成溶液，經(jīng)水解、縮聚反應(yīng)形成含有納米級粒子的溶膠和凝膠。3） 納米粒子直接分散法：將合成各種形態(tài)的納米粒子，再通過各種方式與有機(jī)聚合物混合，這是制備聚合基納米復(fù)合材料最簡單的技術(shù)，適合各種形態(tài)的納米粒子。有溶液共混、乳液共混、熔融共混、機(jī)械共混。4） 原位分散聚合復(fù)合法：將無機(jī)納米粒子均勻分散在聚合物單體中，然后再引發(fā)單體發(fā)生聚合反應(yīng)，使納米無機(jī)粒子包埋