材料制備技術(shù)--納米粉體材料的合成.ppt

1、典型無機(jī)材料的合成,納米粉體材料的制備,6.1 納米粉體材料的制備,納米材料可分為兩個(gè)層次，納米微粒和納米固體，前者指單個(gè)納米尺寸的超微粒子，納米微粒的集合體稱謂超微粉末或納米粉。納米固體是由納米微粒聚集而成，它包括三維的納米塊體、二維納米薄膜和一維納米線。,6.1.1 固態(tài)法制備納米粒子,固相法操作比鉸簡(jiǎn)單，安全，但容易引入雜質(zhì)， 純度低，容易使金屬氧化，顆粒不均勻和形狀難以 控制。,6.1 納米粉體材料的制備,6.1.1 固態(tài)法制備納米粒子,1. 機(jī)械合金法（高能球磨法）,該法于1988年首先由日本京都大學(xué)報(bào)導(dǎo)，并用此法制備出納米Al-Fe合金。,優(yōu)點(diǎn)：不需要昂貴設(shè)備；工藝簡(jiǎn)單。,基本操作

2、,（以WC為例）,1. 用純度優(yōu)于99的粉狀石墨和鎢粉，配成原子 比為W50C50的混合粉末；,2. 在氬氣保護(hù)下置于容積為120mL的鋼罐中，選用WC球，球與粉質(zhì)量比為18：1，,6.1 納米粉體材料的制備,6.1.1 固態(tài)法制備納米粒子,3. 然后球磨機(jī)上高能球磨，經(jīng)過110h后得到粒徑約 為10nm的WC。,適用于某些脆性材枓如TiC、SiC、ZrB2。常在液氮溫度下（-196），進(jìn)行粉碎制備納米粒子。,2 . 低溫粉碎法,缺點(diǎn)：粉碎時(shí)易于混入雜質(zhì)；難以控制粒子的形狀； 粒子易團(tuán)聚。,6.1 納米粉體材料的制備,6.1.1 固態(tài)法制備納米粒子,將金屬或化合物與火藥混在一起，放入容器內(nèi)，經(jīng)

3、過高壓電點(diǎn)火使之爆炸，在瞬間的高溫高壓下形成微粒。,3. 爆炸法,爆炸法合成金剛石是利用爆炸產(chǎn)生的高溫、高壓，使游離碳在該熱力學(xué)條件下以穩(wěn)定的金剛 石相存在，然后驟冷至室溫，使得金剛石以介穩(wěn)態(tài)保存下來。,6.1 納米粉體材料的制備,6.1.2 溶液法制備納米粒子,特點(diǎn)：容易控制成核，添加的微量成分和組成均勻，并可得到高純度的納米復(fù)合氧化物。,1. 沉淀法,該法可分為直接沉淀法、共沉淀法和均勻沉淀。,直接沉淀法是僅用沉淀操作從溶液中制備氫氧化物 或氧化物納米粒米粒子的方法。,共沉淀法是把沉淀劑加入混合后的金屬鹽溶液中，促使各組分均勻混合沉淀，然后加熱分解以獲得納米粒子。,6.1 納米粉體材料的制

4、備,6.1.2 溶液法制備納米粒子,均勻沉淀法是控制沉淀劑的生成速度，來控制粒子的 生長(zhǎng)速度，使得生成的超微粒子的團(tuán)聚現(xiàn)象大大減小。,例如以尿素作為沉淀劑：,所謂絡(luò)合沉淀法是在由絡(luò)合劑存在下，控制晶 核生長(zhǎng)制備超細(xì)粉體的方法。,6.1 納米粉體材料的制備,6.1.2 溶液法制備納米粒子,2. 絡(luò)合沉淀法,加入螫合劑乙二胺四乙酸使CaCO3粒子只能沿著著某些方向生長(zhǎng)，再加入鹽類則起到部分除去螫合劑的作用。,制備超微CaCO3的工藝流程,超微CaCO3電鏡照片,微乳液是由油(通常為碳?xì)浠衔?、水、表面活性劑組成的透明、各向同性、低粘度的熱力學(xué)穩(wěn)定體系。微乳液法是利用在微乳液的液滴中的化學(xué)反應(yīng)生成

5、固體以制得所需的納米粒子；可以控制微乳液的液滴中水體積及各種反應(yīng)物濃度來控制成核、生長(zhǎng)，以獲得各種粒徑的單分散納米粒子。,6.1 納米粉體材料的制備,6.1.2 溶液法制備納米粒子,3. 微乳液法,6.1 納米粉體材料的制備,6.1.2 溶液法制備納米粒子,微乳液法制備Fe2O3納米粉末的流程,6.1 納米粉體材料的制備,6.1.2 溶液法制備納米粒子,3. 冷凍干燥法,采用冷凍干燥法時(shí)首先選擇好起始金屬鹽溶液，其原則是：所需組分能溶于水或其它適當(dāng)?shù)娜軇?，除了真溶液，也可使用膠體。不易在過冷狀態(tài)下形成玻璃態(tài)；有利于噴霧；熱分解溫度適當(dāng)。,冷凍干燥法是先使欲干燥的溶液噴霧冷凍，然后在 低溫、低壓下真空干燥，將溶劑直接升華除去后得 到納米粒子。,隨著對(duì)納米粒子的深入研究，其合成技術(shù)也從單純地控制微粒自發(fā)成核與生長(zhǎng)，發(fā)展到利用特定結(jié)構(gòu)的基質(zhì)為模板進(jìn)行合成