纳米材料的制备方法课件

《纳米材料的制备方法课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《纳米材料的制备方法课件（91页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第第 五五 章章纳米材料的制备方法纳米材料的制备方法 零维纳米材料零维纳米材料(纳米粒子纳米粒子)制备方法制备方法 一维纳米材料一维纳米材料(纳米管、线、带等纳米管、线、带等)制备方法制备方法 二维纳米材料二维纳米材料(二维超薄膜二维超薄膜)制备制备方法方法 纳米固体纳米固体(纳米晶纳米晶)材料制备方法材料制备方法 纳米结构的制备方法纳米结构的制备方法纳米材料的制备方法课件纳米材料的主要形式纳米材料的主要形式纳米粒子纳米粒子纳米线纳米线纳米带纳米带纳米膜纳米膜纳米管纳米管纳米固体材料纳米固体材料纳米材料的制备方法课件各种纳米结构各种纳米结构纳米材料的制备方法课件加工方法加工方法“自上而下自上而

2、下(TopDown)”：是指通过微加工或固态技术，是指通过微加工或固态技术，不断在尺寸上将人类创造的不断在尺寸上将人类创造的功能产品微型化。功能产品微型化。 “自下而上自下而上(BottomUp)”：是：是指以原子、分子为基本单元，根指以原子、分子为基本单元，根据人们的意愿进行设计和组装，据人们的意愿进行设计和组装，从而构筑成具有特定功能的产品，从而构筑成具有特定功能的产品，主要是利用化学和生物学技术。主要是利用化学和生物学技术。 纳米材料的制备方法课件1. 纳米粒子制备方法纳米粒子制备方法纳米粒子合成概述纳米粒子合成概述 自自然然界界中中的的纳纳米米粒粒子子尘尘埃埃、烟烟20世世纪纪初初人人

3、们们已已开开始始用用蒸发法制备金属及其氧化物的纳米粒子。蒸发法制备金属及其氧化物的纳米粒子。 20世世纪纪中中期期人人们们探探索索机机械械粉粉碎碎法法使使物物质质粒粒子子细细化化(极极限限为为数数微米微米)。 近几十年来机械粉碎法可以使微粒小到近几十年来机械粉碎法可以使微粒小到0.5微米左右。微米左右。 多种化学方法（表面活性剂的应用）和物理方法的开发。多种化学方法（表面活性剂的应用）和物理方法的开发。 近近十十年年来来各各种种高高技技术术，如如激激光光技技术术、等等离离子子体体技技术术等等的的应应用用，使使得得制制备备粒粒度度均均匀匀、高高纯纯、超超细细、分分散散性性好好的的纳纳米米粒粒子子

4、成成为可能，但问题是如何规模化。为可能，但问题是如何规模化。纳米材料的制备方法课件纳米粒子制备方法分类纳米粒子制备方法分类纳纳米米粒粒子子制制备备方方法法物理法物理法化学法化学法其他方法其他方法粉碎法粉碎法构筑法构筑法气相反应法气相反应法液相反应法液相反应法湿式粉碎法湿式粉碎法干式粉碎法干式粉碎法气体蒸发法气体蒸发法活化氢活化氢- -熔融金属反应法熔融金属反应法溅射法溅射法真空沉积法真空沉积法加热蒸发法加热蒸发法混合等离子体法混合等离子体法气相分解法气相分解法气相合成法气相合成法气气- -固反应法固反应法沉淀法沉淀法水热法水热法溶胶溶胶-凝胶法凝胶法氧化还原法氧化还原法冻结干燥法冻结干燥法喷雾

5、法喷雾法共沉淀法共沉淀法化合物沉淀法化合物沉淀法水解沉淀法水解沉淀法纳米材料的制备方法课件纳米粒子合成的物理方法纳米粒子合成的物理方法真空冷凝法真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，等粒子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。但技术设备要求高。物理粉碎法物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。点操作简单、成本低，但产品纯度低

6、，颗粒分布不均匀。机械球磨法机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、合金或复采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。颗粒分布不均匀。 纳米材料的制备方法课件纳米粒子合成的物理方法纳米粒子合成的物理方法纳米材料的制备方法课件粉碎法粉碎法 “粉粉碎碎”一一词词是是指指块块体体物物料料粒粒子子由由大大变变小小过过程程的的总总称称，它它包包括括“破破碎碎”和和“粉粉磨磨”。前前者者是是由由大大料料块块变变成成小小料料块块的的过过程程，后后者者是是由由小小料

7、料块块变变成成粉粉末末的的过过程程。粉粉碎碎过过程程就就是是在在粉粉碎碎力力的的作作用用下下固固体体物物料料或或粒粒子子发发生生形形变变进进而而破破裂裂的的过过程程。当当粉粉碎碎力力足足够够大大时时，力力的的作作用用又又很很迅迅猛猛，物物料料块块或或粒粒子子之之间间瞬瞬间间产产生生的的引引力力大大大大超超过过了了物物料料的的机机械械强强度度。因因而而物物料料发发生生了了破破碎碎。粉粉碎碎作作用用力力的的类类型型主主要要有有如如右右图图所所示示几几种种。可可见见物物料料的的基基本本粉粉碎碎方方式式是是压压碎碎、剪剪碎碎、冲冲击击粉粉碎碎和和磨磨碎碎。常常借借助助的的外外力力有有机机械械力力、流流

8、能能力力、化化学学能能、声声能能、热能等。主要由湿法粉碎和干法粉热能等。主要由湿法粉碎和干法粉粉碎作用力的作用形式粉碎作用力的作用形式纳米材料的制备方法课件粉碎法粉碎法 一一般般的的粉粉碎碎作作用用力力都都是是几几种种力力的的组组合合，如如球球磨磨机机和和振振动动磨磨是是磨磨碎碎和和冲冲击击粉粉碎碎的的组组合合；雷雷蒙蒙磨磨是是压压碎碎、剪剪碎碎和和磨磨碎碎的的组组合合；气流磨是冲击、磨碎与剪碎的组合，等等。气流磨是冲击、磨碎与剪碎的组合，等等。 物物料料被被粉粉碎碎时时常常常常会会导导致致物物质质结结构构及及表表面面物物理理化化学学性性质质发发生生变变化，主要表现在：化，主要表现在： 1、粒

9、粒子子结结构构变变化化，如如表表面面结结构构自自发发的的重重组组，形形成成非非晶晶态态结结构构或重结晶。或重结晶。 2、粒粒子子表表面面的的物物理理化化学学性性质质变变化化，如如电电性性、吸吸附附、分分散散与与团团聚等性质。聚等性质。 3、受受反反复复应应力力使使局局部部发发生生化化学学反反应应，导导致致物物料料中中化化学学组组成成发发生变化。生变化。几几种种典典型型的的粉粉碎碎技技术术：球球磨磨、振振动动球球磨磨、振振动动磨磨、搅搅拌拌磨磨、胶体磨、纳米气流粉碎气流磨胶体磨、纳米气流粉碎气流磨纳米材料的制备方法课件机械粉碎法机械粉碎法 机机械械粉粉碎碎就就是是在在粉粉碎碎力力的的作作用用下下

10、，固固体体料料块块或或粒粒子子发发生生变变形形进进而而破破裂裂，产产生生更更微微细细的的颗颗粒粒。物物料料的的基基本本粉粉碎碎方方式式是是压压碎碎、剪剪碎碎、冲冲击击粉粉碎碎和和磨磨碎碎。一一般般的的粉粉碎碎作作用用力力都都是是这这几几种种力力的的组组合合，如如球球磨磨机机和和振振动动磨磨是是磨磨碎碎与与冲冲击击粉粉碎碎的的组组合合；气气流流磨磨是是冲冲击击、磨磨碎碎与与剪剪碎碎的的组组合合，等等等等。理理论论上上，固固体体粉粉碎碎的的最最小小粒粒径径可可达达0.010.05 m。然然而而，用用目目前前的的机机械械粉粉碎碎设设备备与与工工艺艺很很难难达达到到这这一一理理想想值值。粉粉碎碎极极限

11、限取取决决于于物物料料种种类类、机机械械应应力力施施加加方方式式、粉粉碎碎方方法法、粉粉碎碎工工艺艺条条件件、粉粉碎碎环环境境等等因因素素。比比较较典典型型的的纳纳米米粉粉碎碎技技术术有有：球球磨磨、振振动动磨磨、搅搅拌拌磨磨、气气流流磨磨和和胶胶体体磨磨等等。其其中中，气气流流磨磨是是利利用用高高速速气气流流(300500m/s)或或热热蒸蒸气气(300450)的的能能量量使使粒粒子相互产生冲击、碰撞、摩擦而被较快粉碎。子相互产生冲击、碰撞、摩擦而被较快粉碎。纳米材料的制备方法课件机械粉碎法机械粉碎法 气气流流磨磨技技术术发发展展较较快快，20 世世纪纪80 年年代代德德国国Alpine 公

12、公司司开开发发的的流流化化床床逆逆向向气气流流磨磨可可粉粉碎碎较较高高硬硬度度的的物物料料粒粒子子，产产品品粒粒度度达达到到了了1 5 m。降降低低入入磨磨物物粒粒度度后后，可可得得平平均均粒粒度度1 m 的的产产品品，也也就就是是说说，产产品品的的粒粒径径下下限限可可达达到到0.1 m 以以下下。除除了了产产品品粒粒度度微微细细以以外外，气气流流粉粉碎碎的的产产品品还还具具有有粒粒度度分分布布窄窄、粒粒子子表表面面光光滑滑、形形状状规规则则、纯纯度度高高、活活性性大大、分分散散性性好好等等优优点点。因因此此，气气流流磨磨引引起起了了人人们们的的普普遍遍重重视视，其其在在陶陶瓷瓷、磁磁性性材材

13、料料、医医药药、化化工工颜颜料料等等领领域域有有广阔的应用前景。广阔的应用前景。纳米材料的制备方法课件构筑法构筑法构筑法是由小极限原子或分子的集合体人工合成超微粒子构筑法是由小极限原子或分子的集合体人工合成超微粒子块体材料块体材料原子分子化原子分子化纳米粒子纳米粒子如何使块体材料如何使块体材料通过物理的方法通过物理的方法原子分子化？原子分子化？如何使许多原子如何使许多原子或分子凝聚生成或分子凝聚生成纳米粒子？纳米粒子？蒸发、离子溅射、溶剂分散蒸发、离子溅射、溶剂分散 惰性气体中或不活泼气体中凝聚惰性气体中或不活泼气体中凝聚 流动的油面上凝聚流动的油面上凝聚 冷冻干燥法冷冻干燥法电电阻阻加加热热

14、、等等离离子子体体加加热热、激激光光加加热热、电电子子束束加加热热、电电弧弧放放电电加加热热、高频感应加热、太阳炉加热高频感应加热、太阳炉加热纳米材料的制备方法课件蒸发凝聚法蒸发凝聚法 蒸蒸发发凝凝聚聚法法是是将将纳纳米米粒粒子子的的原原料料加加热热、蒸蒸发发，使使之之成成为为原原子子或或分分子子；再再使使许许多多原原子子或或分分子子凝凝聚聚，生生成成极极微微细细的的纳纳米米粒粒子子。利利用用这这种种方方法法得得到到的的粒粒子子一一般般在在5 100 nm 之之间间。蒸蒸发发法法制制备备纳纳米米粒粒子子大大体体上上可可分分为为：金金属属烟烟粒粒子子结结晶晶法法、真真空空蒸蒸发发法法、气气体体蒸

15、蒸发发法法等等几几类类。而而按按原原料料加加热热技技术术手手段段不不同同，又又可可分分为为电电极极蒸蒸发发、高高频频感感应应蒸蒸发发、电电子子束束蒸蒸发发、等等离离子子体体蒸蒸发发、激激光束蒸发光束蒸发等几类。等几类。纳米材料的制备方法课件离子溅射法离子溅射法 用用两两块块金金属属板板分分别别作作为为阴阴极极和和阳阳极极，阴阴极极为为蒸蒸发发用用材材料料，在在两两电电极极间间充充入入Ar(40250Pa)，两两极极间间施施加加的的电电压压范范围围为为0.31.5 kV。由由于于两两极极间间的的辉辉光光放放电电使使Ar 粒粒子子形形成成，在在电电场场作作用用下下Ar 离离子子冲冲击击阳阳极极靶靶

16、材材表表面面，使使靶靶材材原原子子从从其其表表面面蒸蒸发发出出来来形形成成超超微微粒粒子子，并并在在附附着着面面上上沉沉积积下下来来。离离子子的的大大小小及及尺尺寸寸分分布布主主要要取取决决于于两两极极间间的的电电压压、电电流流、气气体体压压力力。靶靶材材的的表表面面积积愈愈大大，原原子子的的蒸蒸发发速速度度愈愈高高，超微粒的获得量愈大。溅射法制备纳米微粒材料的优点是：超微粒的获得量愈大。溅射法制备纳米微粒材料的优点是： (1) 可可以以制制备备多多种种纳纳米米金金属属，包包括括高高熔熔点点和和低低熔熔点点金金属属。常常规规的热蒸发法只能适用于低熔点金属；的热蒸发法只能适用于低熔点金属； (2

17、) 能能制制备备出出多多组组元元的的化化合合物物纳纳米米微微粒粒，如如AlS2，Tl48，Cu91，Mn9，ZrO2等；等； 通通过过加加大大被被溅溅射射阴阴极极表表面面可可加加大大纳纳米米微微粒粒的的获获得得量量。采采用用磁磁控控溅溅射射与与液液氮氮冷冷凝凝方方法法可可在在表表面面沉沉积积有有方方案案膜膜的的电电镜镜载载网网上上支支撑撑制制备备纳米铜颗粒。纳米铜颗粒。纳米材料的制备方法课件冷冻干燥法冷冻干燥法 先先使使干干燥燥的的溶溶液液喷喷雾雾在在冷冷冻冻剂剂中中冷冷冻冻，然然后后在在低低温温低低压压下下真真空空干干燥燥，将将溶溶剂剂升升华华除除去去，就就可可以以得得到到相相应应物物质质的

18、的纳纳米米粒粒子子。如如果果从从水水溶溶液液出出发发制制备备纳纳米米粒粒子子，冻冻结结后后将将冰冰升升华华除除去去，直直接接可可获获得得纳纳米米粒粒子子。如如果果从从熔熔融融盐盐出出发发，冻冻结结后后需需要要进进行行热热分分解解，最最后后得得到到相相应应纳纳米米粒粒子子。冷冷冻冻干干燥燥法法用用途途比比较较广广泛泛，特特别别是是以以大大规规模模成成套套设设备备来来生生产产微细粉末时，其相应成本较低，具有实用性。微细粉末时，其相应成本较低，具有实用性。纳米材料的制备方法课件其他物理方法其他物理方法火火花花放放电电法法，是是将将电电极极插插入入金金属属粒粒子子的的堆堆积积层层，利利用用电电极极放电

19、在金属粒子之间发生电火花，从而制备出相应的微粉。放电在金属粒子之间发生电火花，从而制备出相应的微粉。爆爆炸炸烧烧结结法法，是是利利用用炸炸药药爆爆炸炸产产生生的的巨巨大大能能量量，以以极极强强的的载载荷荷作作用用于于金金属属套套，使使得得套套内内的的粉粉末末得得到到压压实实烧烧结结，通通过过爆炸法可以得到爆炸法可以得到1 m 以下的纳米粒子。以下的纳米粒子。活活化化氢氢熔熔融融金金属属反反应应法法的的主主要要特特征征是是将将氢氢气气混混入入等等离离子子体体中中，这这种种混混合合等等离离子子体体再再加加热热，待待加加热热物物料料蒸蒸发发，制制得得相相应的纳米粒子。应的纳米粒子。纳米材料的制备方法

20、课件纳米粒子合成的化学方法纳米粒子合成的化学方法 化化学学法法主主要要是是“自自下下而而上上”的的方方法法，即即是是通通过过适适当当的的化化学学反反应应（化化学学反反应应中中物物质质之之间间的的原原子子必必然然进进行行组组排排，这这种种过过程程决决定定物物质质的的存存在在状状态态），包包括括液液相相、气气相相和和固固相相反反应应，从从分分子子、原原子子出出发发制制备备纳纳米米颗颗粒粒物物质质。化化学学法法包包括括气气相相反反应应法法和和液液相反应法。相反应法。气气相相反反应应法法可可分分为为：气气相相分分解解法法、气气相相合合成成法法及及气气固固反反应法等应法等液液相相反反应应法法可可分分为为

21、：沉沉淀淀法法、水水热热/溶溶剂剂热热法法、溶溶胶胶凝凝胶法、反相胶束法等胶法、反相胶束法等纳米材料的制备方法课件气相反应法气相反应法 气气相相化化学学反反应应法法制制备备纳纳米米粒粒子子是是利利用用挥挥发发性性的的金金属属化化合合物物的的蒸蒸气气，通通过过化化学学反反应应生生成成所所需需要要的的化化合合物物，在在保保护护气气体体环环境境下下快快速速冷冷凝凝，从从而而制制备备各各类类物物质质的的纳纳米米粒粒子子。气气相相反反应应法法制制备备超超微微粒粒子子具具有有很很多多优优点点，如如粒粒子子均均匀匀、纯纯度度高高、粒粒度度小小、分分散散性性好好、化化学学反反应应性性与与活活性性高高等等。气气

22、相相化化学学反反应应法法适适合合于于制制备备各各类类金金属属、金金属属化化合合物物以以及及非非金金属属化化合合物物纳纳米米粒粒子子，如如各各种种金金属属、氮氮化化合合物物、碳碳化化物物、硼硼化化物物等等。按按体体系系反反应应类类型型可可将将气气相相化化学学反应法分为反应法分为气相分解气相分解和和气相合成气相合成两类。两类。纳米材料的制备方法课件气相分解法气相分解法 又又称称单单一一化化合合物物热热分分解解法法。一一般般是是将将待待分分解解的的化化合合物物或或经经前前期期预预处处理理的的中中间间化化合合物物进进行行加加热热、蒸蒸发发、分分解解，得得到目标物质的纳米粒子。一般的反应形式为：到目标物

23、质的纳米粒子。一般的反应形式为：A(气气) B(固固) C(气气)气气相相分分解解法法的的原原料料通通常常是是容容易易挥挥发发、蒸蒸汽汽压压高高、反反应应性性好好的的有有机机硅硅、金金属属氯氯化化物物或或其其它它化化合合物，如图所示。物，如图所示。纳米材料的制备方法课件气相合成法气相合成法 通通常常是是利利用用两两种种以以上上物物质质之之间间的的气气相相化化学学反反应应，在在高高温温下下合合成成为为相相应应的的化化合合物物，再再经经过过快快速速冷冷凝凝，从从而而制制备备各各类物质的纳米粒子。一般的反应形式为：类物质的纳米粒子。一般的反应形式为：A(气气) B(气气) C(固固) D(气气)激激

24、光光诱诱导导气气相相反反应应纳米材料的制备方法课件液相反应法液相反应法 液液相相法法制制备备纳纳米米粒粒子子的的共共同同特特点点是是该该法法均均以以均均相相的的溶溶液液为为出出发发点点，通通过过各各种种途途径径使使溶溶质质与与溶溶剂剂分分离离，溶溶质质形形成成一一定定形形状状和和大大小小的的颗颗粒粒，得得到到所所需需粉粉末末的的前前驱驱体体，热热解解后后得得到到纳纳米米微微粒粒。主主要要的制备方法有的制备方法有:沉沉淀淀法法、水水解解法法、喷喷雾雾法法、水水热热/ /溶溶剂剂热热法法( (高高温温高高压压) )、蒸蒸发发溶溶剂剂热热解解法法、氧氧化化还还原原法法( (常常压压) )、乳乳液液法

25、法、辐辐射射化化学学合成法、溶胶凝胶法等。合成法、溶胶凝胶法等。纳米材料的制备方法课件沉淀法沉淀法 沉沉淀淀法法通通常常是是在在溶溶液液状状态态下下将将不不同同化化学学成成分分的的物物质质混混合合，在在混混合合溶溶液液中中加加入入适适当当的的沉沉淀淀剂剂制制备备纳纳米米粒粒子子的的前前驱驱体体沉沉淀淀物物，再再将将此此沉沉淀淀物物进进行行干干燥燥或或煅煅烧烧，从从而而制制得得相相应应得得纳纳米米粒粒子子。存存在在于于溶溶液液中中的的离离子子A和和B, 当当它它们们的的离离子子浓浓度度积积超超过过其其溶溶度度积积A B时时，A和和B之之间间就就开开始始结结合合，进进而而形形成成晶晶核核。由由晶晶

26、核核生生长长和和在在重重力力的的作作用用下下发发生生沉沉降降，形形成成沉沉淀淀物物。一一般般而而言言，当当颗颗粒粒粒粒径径成成为为1微微米米以以上上时时就就形形成成沉沉淀淀。沉沉淀淀物物的的粒粒径径取取决决于于核核形形成成与与核核成成长长的的相相对对速速度度。即即核核形形成成速速度度低低于于核核成成长长，那那么么生生成成的的颗颗粒粒数数就少，单个颗粒的粒径就变大。就少，单个颗粒的粒径就变大。沉淀法主要分为：沉淀法主要分为： 直直接接沉沉淀淀法法、共共沉沉淀淀法法、均均匀匀沉沉淀淀法法、水解沉淀法、化合物沉淀法等。水解沉淀法、化合物沉淀法等。纳米材料的制备方法课件共沉淀法共沉淀法 在在含含有有多

27、多种种阳阳离离子子的的溶溶液液中中加加入入沉沉淀淀剂剂后后，所所有有离离子子完完全全沉沉淀淀的的方方法法称称为为共共沉沉淀淀法法( (coprecipitation) )。根根据据沉沉淀淀的的类类型型可可分分为为单单相相共共沉沉淀淀( (沉沉淀淀物物为为单单一一化化合合物物或或单单相相固固溶溶体体) )和和混混合合共共沉沉淀淀( (沉沉淀产物为混和物淀产物为混和物) )。例如：例如：1、在、在FeCl2和和FeCl3溶液中加入氨水后可制得溶液中加入氨水后可制得Fe3O4纳米粒子。纳米粒子。2、在在Ba，Ti的的硝硝酸酸盐盐溶溶液液中中加加入入草草酸酸沉沉淀淀剂剂后后，形形成成了了单单相相化化合

28、合物物BaTiO(C2H4) 4H2O沉淀。经高温分解，可制得沉淀。经高温分解，可制得BaTiO3的纳米粒子。的纳米粒子。3、将将Y2O3用用盐盐酸酸溶溶解解得得到到YCl3，然然后后将将ZrOCl2 8H2O和和YCl3配配成成一一定定浓浓度度的的混混合合溶溶液液，在在其其中中加加入入NH4OH后后便便有有Zr(OH)4和和Y(OH)3的的沉沉淀淀形形成成，经洗涤、脱水、煅烧可制得经洗涤、脱水、煅烧可制得ZrO2(Y2O3)的纳米粒子。的纳米粒子。关键：关键：如如何何使使组组成成材材料料的的多多种离子同时沉淀？种离子同时沉淀？ 高速搅拌高速搅拌 过量沉淀剂过量沉淀剂 调节调节pH值值纳米材料

29、的制备方法课件均相沉淀法均相沉淀法 在在金金属属盐盐溶溶液液中中加加入入沉沉淀淀剂剂溶溶液液时时，即即使使沉沉淀淀剂剂的的含含量量很很低低，不不断断搅搅拌拌，沉沉淀淀剂剂浓浓度度在在局局部部溶溶液液中中也也会会变变得得很很高高。所所以以一一般般的的沉沉淀淀过过程程是是不不平平衡衡的的，但但如如果果控控制制溶溶液液中中的的沉沉淀淀剂剂浓浓度度，使使之之缓缓慢慢地地增增加加，则则使使溶溶液液中中的的沉沉淀淀处处于于平平衡衡状状态态，且且沉沉淀淀能能在在整整个个溶溶液液中中均均匀匀地地出出现现，这这种种方方法法称称为为均均相相沉沉淀淀(或或均均匀匀沉沉淀淀)。通通常常是是通通过过溶溶液液中中的的化化

30、学学反反应应使使沉沉淀淀剂剂慢慢慢慢地地生生成成，从从而而克克服服了了由由外外部部向向溶溶液液中中加加沉沉淀淀剂剂而而造造成成沉沉淀淀剂剂的的局局部部不不均均匀匀性性，结结果果沉沉淀淀不不能能在在整整个个溶溶液液中中均匀出现的缺点。均匀出现的缺点。 例如：将尿素水溶液加热到例如：将尿素水溶液加热到70oC左右，就会发生如下水解反应：左右，就会发生如下水解反应： (NH2)2CO + 3H2O 2NH4OH + CO2 由由此此生生成成的的沉沉淀淀剂剂NH4OH在在金金属属盐盐的的溶溶液液中中分分布布均均匀匀，浓浓度度低低，使使得得沉沉淀淀物物均均匀匀地地生生成成。由由于于尿尿素素的的分分解解速

31、速度度受受加加热热温温度度和和尿尿素素浓浓度度的的控控制制，因因此此可可以以使使尿尿素素分分解解速速度度降降得得相相低低。有有人人采采用用低低的的尿尿素素分分解解速速度度来来制得单晶微粒，用此种方法可制备多种盐的均匀沉淀。制得单晶微粒，用此种方法可制备多种盐的均匀沉淀。纳米材料的制备方法课件水解沉淀法水解沉淀法 众众所所周周知知，有有很很多多化化合合物物可可用用水水解解生生成成沉沉淀淀，用用来来制制备备纳纳米米粒粒子子。反反应应的的产产物物一一般般是是氢氢氧氧化化物物或或水水合合物物。因因为为原原料料是是水水解解反反应应的的对对象象是是金金属属盐盐和和水水，所所以以如如果果能能高高度度精精制制

32、金金属属盐盐，就就很很容容易易得得到高纯度的纳米粒子。到高纯度的纳米粒子。 常常用用的的原原料料有有：氯氯化化物物、硫硫酸酸盐盐、硝硝酸酸盐盐、氨盐等无机盐以及金属醇盐。氨盐等无机盐以及金属醇盐。 据据此此可可将将水水解解沉沉淀淀法法分分为为无无机机盐盐水水解解法法和和金金属醇盐水解法属醇盐水解法纳米材料的制备方法课件无机盐水解法无机盐水解法 其其原原理理是是通通过过配配置置无无机机盐盐的的水水合合物物，控控制制其其水水解解条条件件，合合成成单单分分散散性性的的球球、立立方方体体等等形形状状的的纳纳米米粒粒子子。例例如如对对钛钛盐盐溶溶液液的的水水解解可可以以使使其其沉沉淀淀，合合成成球球状状

33、的的单单分分散散形形态态的的二二氧氧化化钛钛纳纳米米粒粒子子。通通过过水水解三价铁盐溶液，可以得解三价铁盐溶液，可以得 - -Fe2O3纳米粒子。纳米粒子。 利利用用金金属属的的氯氯化化物物、硫硫酸酸盐盐、硝硝酸酸盐盐溶溶液液，通通过过胶胶体体化化的的手手段段合合成成超超微微粉粉，是是人人们们熟熟知知的的制制备备金金属属氧氧化化物物或或水水合合金金属属氧氧化化物物的的方方法法。最最近近，通通过过控控制制水水解解条条件件来来合合成成单单分分散散球球形形微微粉粉的的方方法法，广广泛泛地地应应用用于于新新材材料料的的合合成成中中。例例如如，氧氧化化锆锆纳纳米米粉粉的的制制备备，它它是是将将四四氯氯化

34、化锆锆和和锆锆的的含含氧氧氯氯化化物物在在开开水水中中循循环环地地加加水水分分解解，如如图图。生生成成的的沉沉淀淀是是含含水水氧氧化化锆锆，其其粒粒径径、形形状状和和晶晶型型等等随随溶溶液液初初期期浓浓度度和和pH值值等等变变化化，可可得得到到一一次次颗颗粒粒的的粒粒径径为为20nm左右的微粉。左右的微粉。用无机盐水解法制备用无机盐水解法制备氧化锆纳米粉流程图氧化锆纳米粉流程图纳米材料的制备方法课件金属醇盐水解法金属醇盐水解法 这这种种方方法法是是利利用用一一些些金金属属有有机机醇醇盐盐能能溶溶于于有有机机溶溶剂剂并并可可发发生生水水解解，生生成成氢氢氧氧化化物物或或氧氧化化物物沉沉淀淀的的特

35、特性性，制制备备粉粉料料的的一一种种方方法法。此此种制备方法有以下特点。种制备方法有以下特点。 采采用用有有机机试试剂剂作作金金属属醇醇盐盐的的溶溶剂剂，由由于于有有机机试试剂剂纯纯度度高高，因因此氧化物粉体纯度高。此氧化物粉体纯度高。 可制备化学计量的复合金属氧化物粉末。可制备化学计量的复合金属氧化物粉末。 复复合合金金属属氧氧化化物物粉粉末末最最重重要要的的指指标标之之一一是是氧氧化化物物粉粉末末颗颗粒粒之之间间组组成成的的均均一一性性，用用醇醇盐盐水水解解法法能能获获得得具具有有同同一一组组成成的的微微粒粒。例例如如，由由金金属属醇醇盐盐合合成成的的SrTiO3，通通过过能能谱谱分分析析

36、对对50个个颗颗粒粒进进行行组组分分分分析析，结结果果显显示示，不不同同浓浓度度醇醇盐盐合合成成的的SrTiO3粒粒子子的的Sr/Ti之之比比都都非非常常接接近近1，这这表表明明合合成成的的粒粒子子，以以粒粒子子为为单单位位都都具具有有优优良良的的组组成成均均一一性性，符符合合化化学学计计量量组组成成。实实验验结结果果还还表表明明：随随着着浓浓度度的的升升高高，每每个个颗颗粒粒的的组组成成偏偏差差变变大大，这这是是因因为为在在低低醇醇浓浓度度下下的的溶溶液液是是完完全全透透明明的的溶溶液液，两两种种物物质质在在分分子子级级水水平平上上混混合合，而而高高醇醇盐盐浓浓度度下下的的溶溶液液为为乳乳浊

37、浊液液，两两种种物物质质混混合合不不均均匀匀，导导致致组组分分偏偏离离化学计量比。化学计量比。纳米材料的制备方法课件金属醇盐水解法金属醇盐水解法金属醇盐的合成金属醇盐的合成 金金属属与与醇醇反反应应。 醇醇相相当当于于一一种种酸酸，其其酸酸性性比比水水还还弱弱，金金属属与与醇醇的的反反应应相相当当于于金金属属与与酸酸的的反反应应。碱碱金金属属、碱碱土土金金属属、镧镧系系等等元元素素可可以与醇直接反应生成金属醇盐和氢。以与醇直接反应生成金属醇盐和氢。 M + nROH M(OR)n + n/2H2 金金属属卤卤化化物物与与醇醇反反应应。金金属属不不能能与与醇醇直直接接反反应应可可以以用用卤卤化化

38、物物代代替替金金属属。硼硼、硅硅、磷磷等等元元素素的的氯氯化化物物与与醇醇作作用用，可可完完全全醇醇解解。而而许许多多金金属属卤卤化化物物的的醇醇解解都都不不完完全全，例例如如，四四氯氯化化锆锆的的醇醇解解。为为了了使使金金属属卤卤化化物物醇醇解解完完全全，需需使使用用碱碱(氨氨气气、叔叔胺胺或或吡吡啶啶)除除去去生生成成的的卤卤化化氢氢。最常用的是氨法。最常用的是氨法。 金金属属卤卤化化物物与与碱碱金金属属醇醇盐盐反反应应。虽虽然然氨氨法法能能用用于于许许多多金金属属醇醇盐盐的的制备，但还存在一些不能用此法制备的醇盐。如制备钍的醇盐。制备，但还存在一些不能用此法制备的醇盐。如制备钍的醇盐。纳

39、米材料的制备方法课件金属醇盐水解法金属醇盐水解法 氧氧化化物物及及氢氢氧氧化化物物与与醇醇反反应应。氧氧化化物物与与氢氢氧氧化化物物相相当当于于酸酸酐酐和和酸，与醇进行酸，与醇进行“酯化酯化”反应。反应。 醇醇交交换换反反应应。醇醇盐盐可可与与醇醇发发生生醇醇解解反反应应，制制备备混混合合醇醇盐盐或或另另一一种种醇的盐。醇的盐。 酯酯交交换换反反应应。醇醇盐盐与与酯酯反反应应，可可得得到到另另一一种种醇醇盐盐和和另另一一种种酯酯。酯酯比比醇醇稳稳定定，在在高高温温下下不不易易氧氧化化，这这种种方方法法较较醇醇交交换换法法优优越越。此此法法一一般用于异丙醇盐制备叔丁醇盐。般用于异丙醇盐制备叔丁醇

40、盐。 仲仲胺胺基基化化合合物物的的醇醇解解。此此法法适适用用于于那那些些对对氧氧有有较较大大亲亲和和力力的的金金属属的醇盐的制备。的醇盐的制备。 复复合合醇醇盐盐。酸酸性性醇醇盐盐和和碱碱性性醇醇盐盐的的中中和和反反应应主主要要基基于于构构成成醇醇盐盐的的金金属属元元素素的的电电性性。碱碱金金属属、碱碱土土金金属属、稀稀土土金金属属元元素素所所构构成成的的碱碱性性醇醇盐盐与与由由锌锌、铝铝、锆锆、铌铌、钽钽等等元元素素所所构构成成的的酸酸性性醇醇盐盐之之间间可可发发生生反应，生成复合醇盐。反应，生成复合醇盐。纳米材料的制备方法课件金属醇盐水解法金属醇盐水解法水水解解金金属属醇醇化化物物生生成成

41、沉沉淀淀的的分分类类(a) 为无定形为无定形(c) 为结晶形为结晶形(s) 为水溶解为水溶解纳米材料的制备方法课件金属醇盐水解法金属醇盐水解法由醇盐合成的氧化物粉末按沉淀状态分类由醇盐合成的氧化物粉末按沉淀状态分类(煅烧中不经过中间相而成为氧化物煅烧中不经过中间相而成为氧化物)(结晶氢氧化物粉末经煅烧成氧化物结晶氢氧化物粉末经煅烧成氧化物)纳米材料的制备方法课件喷雾法喷雾法 这这种种方方法法是是将将溶溶液液通通过过各各种种物物理理手手段段进进行行雾雾化化获获得得超超微微粒粒子子的的一一种种化化学学与与物物理理相相结结合合的的方方法法。它它的的基基本本过过程程是是溶溶液液的的制制备备、喷喷雾雾、

42、干干燥燥、收收集集和和热热处处理理。其其特特点点是是颗颗粒粒分分布布比比较较均均匀匀，但但颗颗粒粒尺尺方方寸寸为为亚亚微微米米到到10 m。具具体体的的尺尺寸寸范范围围取取决决于于制制备备工工艺艺和和喷喷雾雾的的法法。喷喷雾雾法法可可根根据据雾雾化化和和凝凝聚聚过过程程分分为为下下述述三三种种方方法法：将将液液滴滴进进行行干干燥燥并并随随即即捕捕集集、捕捕集集后后直直接接或或者者经经过过热热处处理理之之后后作作为为产产物物化化合合物物颗颗粒粒，这这种种方方法法是是喷喷雾雾干干燥燥法法；将将液液滴滴在在气气相相中中进进行行水水解解是是喷喷雾雾水水解解法法；使使液液滴滴在在游游离离于于气气相相中中

43、的的状状态态下下进进行行热热处处理理，这这种方法是种方法是喷雾焙烧法喷雾焙烧法。此外，还有其他方法。此外，还有其他方法。纳米材料的制备方法课件喷雾干燥法喷雾干燥法喷雾干燥装置的模型图喷雾干燥装置的模型图 喷喷雾雾热热分分解解法法是是将将已已制制成成溶溶液液或或泥泥浆浆的的原原料料靠靠喷喷嘴嘴喷喷成成雾雾状状物物来来进进行行微微粒粒化化的的一一种种方方法法。如如图图是是用用于于合合成成软软铁铁氧氧体体超超微微颗颗粒粒的的装装置置模模型型，用用这这个个装装置置将将溶溶液液化化的的金金属属盐盐送送到到喷喷雾雾器器进进行行雾雾化化。喷喷雾雾、干干燥燥后后的的盐盐用用旋旋风风收收尘尘器器收收集集。用用炉

44、炉子子进进行行焙焙烧烧就就成成为为微微粉粉。以以镍镍、锌锌、铁铁的的硫硫酸酸盐盐一一起起作作为为初初始始原原料料制制成成混混合合溶溶液液，进进行行喷喷雾雾就就可可制制得得粒粒径径为为1020 m，由由混混合合硫硫酸酸盐盐组组成成的的球球状状颗颗粒粒。将将这这种种球球状状颗颗粒粒在在8001000进进行行焙焙烧烧就就能能获获得得镍镍、锌锌铁铁体体。这这种种经经焙焙烧烧所所得得到到的的粉粉末末是是200nm左左右右的的一一次次颗颗粒粒的的凝凝集集物物，经经涡涡轮轮搅搅拌拌机机处处理理，很很容容易易成成为为亚微米级的微粉。亚微米级的微粉。纳米材料的制备方法课件喷雾水解法喷雾水解法 此此法法是是将将一

45、一种种盐盐的的超超微微粒粒子子，由由惰惰性性气气体体载载入入含含有有金金属属醇醇盐盐的的蒸蒸气气室室，金金属属醇醇盐盐蒸蒸气气附附着着在在超超微微粒粒的的表表面面，与与水水蒸蒸气气反反应应分分解解后后形形成成氢氢氧氧化化物物微微粒粒，经经焙焙烧烧后后获获得得氧氧化化物物的的超超细细微微粒粒，这这种种方方法法获获得得的的微微粒粒纯纯度度高高、分分布布窄窄、尺尺寸寸可可控控。具具体体尺尺寸寸大大小小主主要要取取决决于于盐盐的的微微粒粒大大小小。右右图图是是用用雾雾化化水水解解法法合合成成氧氧化化铝铝球球的的装装置置图图。合合成成方方法法：铝铝醇醇盐盐的的蒸蒸气气通通过过分分散散在在载载体体气气体体

46、中中的的氯氯化化银银核核后后冷冷却却，生生成成以以氯氯化化银银为为核核的的铝铝的的丁丁醇醇盐盐气气溶溶胶胶。这这种种气气溶溶胶胶由由单单分分散散液液滴滴构构成成，让让这这种种气气溶溶胶胶与与水水蒸蒸气气反反应应来来实实现现水水解解，从从而而成成为为单单分分散散性性氢氢氧氧化化铝铝颗粒，将其焙烧就得到氧化铝颗粒。颗粒，将其焙烧就得到氧化铝颗粒。喷喷雾雾水水解解法法制制氧氧化化铝铝的的装装置置纳米材料的制备方法课件喷雾焙烧法喷雾焙烧法喷雾焙烧装置的示意图喷雾焙烧装置的示意图 右右图图所所示示的的是是典典型型的的喷喷雾雾焙焙烧烧装装置置。呈呈溶溶液液态态的的原原料料用用压压缩缩空空气气供供往往喷喷嘴

47、嘴，在在喷喷嘴嘴部部位位与与压压缩缩空空气气混混合合并并雾雾化化。喷喷雾雾后后生生成成的的液液滴滴大大小小随随喷喷嘴嘴而而改改变变。液液滴滴载载于于向向下下流流动动的的气气流流上上，在在通通过过外外部部加加热热式式石石英英管管的的同同时时被被热热解解而而成成为为微微粒粒。硝硝酸酸镁镁和和硝硝酸酸铝铝的的混混合合溶溶液液经经此此法法可可合合成成镁镁、铝铝尖尖晶晶石石，溶溶剂剂是是水水与与甲甲醇醇的的混混合合溶溶液液，粒粒径径大大小小取取决决于于盐盐的的浓浓度度和和溶溶剂剂浓浓度度，溶溶液液中中盐盐浓浓度度越越低低，溶溶剂剂中中甲甲醇醇浓浓度度越越高高，其其粒粒径径就就变变得得越越大大。用用此此法

48、法制制备备的的粉粉末末，粒粒径径为为亚亚微微米米级级，它它们们由几十纳米的一次颗粒构成。由几十纳米的一次颗粒构成。纳米材料的制备方法课件水热法水热法 水水热热( (hydrothermal) )过过程程是是指指在在高高温温、高高压压下下在在水水、水水溶溶液液或或蒸蒸气气等等流流体体中中所所进进行行有有关关化化学学反反应应的的总总称称。水水热热条条件件能能加加速速离离子子反反应应和和促促进进水水解解反反应应。在在常常温温常常压压下下一一些些从从热热力力学学分分析析看看可可以以进进行行的的反反应应，往往往往因因反反应应速速度度极极慢慢，以以至至于于在在实实际际上上没没有有价价值值。但但在在水水热热

49、条件下却可能使反应得以实现。水热反应有以下几种类型：条件下却可能使反应得以实现。水热反应有以下几种类型：1、水热氧化：、水热氧化： mM + nH2O MmOn + H22、水热沉淀：、水热沉淀： KF + MnCl2 KMnF23、水热合成：、水热合成： FeTiO3 + KOH K2O nTiO24、水水热热还还原原： MexOy + yH2 xMe + yH2O (Me可可为为Cu、Ag等等)5、水热分解：、水热分解： ZrSiO4 + NaOH ZrO2 + Na2SiO36、水热结晶：、水热结晶： Al(OH)3 Al2O3 H2O纳米材料的制备方法课件水热法水热法 水水热热合合成成

50、法法是是指指在在高高温温、高高压压下下一一些些氢氢氧氧化化物物在在水水中中的的溶溶解解度度大大于于对对应应的的氧氧化化物物在在水水中中的的溶溶解解度度，于于是是氢氢氧氧化化物物溶溶入入水水中中同同时时析析出出氧氧化化物物。如如果果氧氧化化物物在在高高温温高高压压下下溶溶解解度度大大于于相相对对应应的的氢氢氧氧化化物物，则则无无法法通通过过水水热热法法来来合合成成。水水热热合合成成法法的的优优点点在在于于可可直直接接生生成成氧氧化化物物，避避免免了了一一般般液液相相合合成成方方法法需需要要经经过过煅煅烧烧转转化化成成氧氧化化物物这这一一步步骤骤，从而极大地降低乃至避免了硬团聚的形成。从而极大地降

51、低乃至避免了硬团聚的形成。 如如：以以Ti(OH)4胶胶体体为为前前躯躯物物，采采用用 30mm 430mm的的管管式式高高压压釜釜，内内加加贵贵金金属属内内衬衬，高高压压釜釜作作分分段段加加热热，以以建建立立适适宜宜的的上上下下温温度度梯梯度度。在在300纯纯水水中中加加热热反反应应8h，用用乙乙酸酸调调至至中中性性，用用去去离离子子水水充充分分洗洗涤涤，再再用用乙乙醇醇洗洗涤涤，在在100下下烘烘干干可可得得到到25nm的的TiO2粉粉体体。在在水水溶溶液液条条件件下下制制得得的的氧氧化化物物粉粉体体的的晶晶粒粒粒粒度度有有一一个个比比较较确确定定的的下下限限，而而复复合合氧氧化化物物粉粉

52、体体的的晶晶粒粒粒粒度度一一般般都都比比相相应应的的单单元元氧氧化化物物粉粉体体的的晶晶粒粒粒粒度度大大。如如在在相相同同条条件件下下，以以Ba(OH)2 8H2O和和TiO2为前躯物，制得的为前躯物，制得的BaTiO3粉体的晶粒粒度为粉体的晶粒粒度为170nm。纳米材料的制备方法课件水热法水热法水热反应的特点水热反应的特点(1) 在在水水热热条条件件下下能能改改变变反反应应物物反反应应性性能能，提提高高反反应应活活性性，因因而而能能够够将将某某些高温固相反应改换在低温下进行些高温固相反应改换在低温下进行, 有利于开拓出一系列新的合成方法有利于开拓出一系列新的合成方法;(2) 水水热热的的低低

53、温温(与与传传统统固固相相反反应应比比较较)、等等压压、均均相相等等条条件件，有有利利于于生生长长具具有有平平衡衡缺缺陷陷浓浓度度低低、规规则则取取向向、晶晶形形完完美美的的晶晶体体材材料料，如如石石英英单单晶晶、红宝石红宝石(Cr:Al2O3)、AlPO4、Y3Fe5O12等；等；(3) 在水热条件下，易于生成特殊中间态以及特殊物相；在水热条件下，易于生成特殊中间态以及特殊物相； (4) 在在水水热热较较温温和和的的条条件件下下, 能能使使低低熔熔点点、高高蒸蒸汽汽压压且且不不能能在在融融体体中中生生成成的的物质、高温分解相晶化或生成；物质、高温分解相晶化或生成；(5) 水水热热条条件件下下

54、的的环环境境气气氛氛易易于于调调节节，有有利利于于低低价价、中中间间价价态态与与特特殊殊价价态态化合物的生成，并能有效、均匀地进行掺杂；化合物的生成，并能有效、均匀地进行掺杂； 纳米材料的制备方法课件水热法水热法(6) 水水热热合合成成法法具具有有能能耗耗相相对对较较低低，原原料料便便宜宜、实实验验条条件件易易于于调调节节等等优优点点，除除了了可可制制得得尺尺寸寸较较大大的的单单晶晶，还还可可制制备备薄薄膜膜(如如铁铁电电薄薄膜膜BaTiO3)、纤纤维维(如新型纤维如新型纤维K2Ti2O5)，也可制备超微粒子和纳米材料等固体材料；，也可制备超微粒子和纳米材料等固体材料；(7) 合合成成产产物物

55、纯纯度度高高，粉粉末末分分散散性性好好、无无(少少)团团聚聚，同同时时产产物物的的粒粒度度、形形状与大小可控也易于控制。状与大小可控也易于控制。(8) 水水热热合合成成在在晶晶体体生生长长方方面面有有非非常常广广泛泛的的应应用用和和重重要要发发展展, 除除不不断断发发展展的的直直接接法法、籽籽晶晶法法、导导向向剂剂法法、模模板板剂剂法法、络络合合剂剂法法等等外外，在在提提高高反反应应温温度和压力，以及控制水热合成化学气氛的方法也在不断发展；度和压力，以及控制水热合成化学气氛的方法也在不断发展；(9) 水水热热合合成成还还逐逐渐渐渗渗透透到到特特殊殊无无机机配配合合物物和和原原子子簇簇化化合合物

56、物等等无无机机合合成成的的领域；领域；(10) 在水热合成化学研究中新合成路线与方法的研究占有重要地位；在水热合成化学研究中新合成路线与方法的研究占有重要地位；(11) 此外，此外， 水热反应在有机合成、环境污染处理等方面也有重要发展。水热反应在有机合成、环境污染处理等方面也有重要发展。纳米材料的制备方法课件溶剂热法溶剂热法 溶溶剂剂热热(solvothermal)合合成成法法是是由由水水热热法法发发展展而而来来的的材材料料制制备备方方法法。它它采采用用非非水水溶溶剂剂，如如NH3、C2H5OH、C6H6、THF和和en等等取取代代水水热热反反应应中中的的水水。溶溶剂剂热热合合成成不不仅仅继继

57、承承了了水水溶溶液液传传热热、传传压压和和充充当当矿矿化化剂剂的的作作用用，而而且且非非水水溶溶剂剂的的诸诸多多特特性性使使得得溶溶剂剂热热合合成成技技术术具具有有很多独特的特点。很多独特的特点。(1) 避避免免了了反反应应物物、产产物物的的水水解解和和氧氧化化这这对对于于制制备备易易水水解解、氧氧化化的材料，尤其是非氧化物材料是十分有利的；的材料，尤其是非氧化物材料是十分有利的；(2) 在在溶溶剂剂的的近近临临界界状状态态下下，可可实实现现一一系系列列新新的的反反应应，并并有有可可能能得得到以前常规条件下无法得到的亚稳相；到以前常规条件下无法得到的亚稳相；(3) 相相对对温温和和反反应应条条

58、件件有有利利于于高高温温易易分分解解相相的的形形成成，有有利利于于纳纳米米级级微晶的形成；微晶的形成；(4) 通通过过有有机机溶溶剂剂的的溶溶剂剂化化螯螯合合效效应应等等，可可控控制制合合成成不不同同形形貌貌的的纳纳米晶，如一维纳米棒等。米晶，如一维纳米棒等。纳米材料的制备方法课件溶胶凝胶法溶胶凝胶法 溶溶胶胶凝凝胶胶技技术术是是指指金金属属有有机机或或无无机机化化合合物物经经过过溶溶液液、溶溶胶胶、凝凝胶而固化，再经热处理而成氧化物或其他化合物固体的方法。胶而固化，再经热处理而成氧化物或其他化合物固体的方法。溶胶凝胶法包括以下几个过程：溶胶凝胶法包括以下几个过程： (1) 溶溶胶胶的的制制备

59、备。有有两两种种方方法法：一一是是先先将将部部分分或或全全部部组组分分用用适适当当沉沉淀淀剂剂先先沉沉淀淀出出来来，经经解解凝凝，使使原原来来团团聚聚的的沉沉淀淀颗颗粒粒分分散散成成原原始始颗颗粒粒。因因这这种种原原始始颗颗粒粒的的大大小小一一般般在在溶溶胶胶体体系系中中胶胶核核的的大大小小范范围围，因因而而可可制制得得溶溶胶胶；另另一一种种方方法法是是由由同同样样的的盐盐溶溶液液出出发发，通通过过对对沉沉淀淀过过程程的的仔仔细细控控制制，使使首首先形成的颗粒不致团聚为大颗粒而沉淀，从而直接得到胶体溶胶。先形成的颗粒不致团聚为大颗粒而沉淀，从而直接得到胶体溶胶。 (2) 溶溶胶胶凝凝胶胶转转化

60、化。溶溶胶胶中中含含大大量量的的水水，凝凝胶胶化化过过程程中中，使使体体系系失失去去流流动动性性，形形成成一一种种开开放放的的骨骨架架结结构构。实实现现胶胶凝凝作作用用的的途途径径有有两两个个：一一是是化化学学法法，通通过过控控制制溶溶胶胶中中的的电电解解质质浓浓度度；二二是是物物理理法法，迫迫使使胶胶粒粒间间相相互靠近，克服斥力，实现胶凝化。互靠近，克服斥力，实现胶凝化。 (3) 凝凝胶胶干干燥燥。一一定定条条件件下下(如如加加热热)使使溶溶剂剂蒸蒸发发，得得到到粉粉料料。干干燥燥过过程中凝胶结构变化很大。程中凝胶结构变化很大。纳米材料的制备方法课件溶胶凝胶法溶胶凝胶法 通通常常溶溶胶胶凝凝

61、胶胶过过程程根根据据原原料料的的种种类类可可分分为为有有机机途途径径和和无无机机途途径径两两类类。在在有有机机途途径径中中，通通常常是是以以金金属属有有机机醇醇盐盐为为原原料料，通通过过水水解解与缩聚反应而制得溶胶，并进一步缩聚而得到凝胶；与缩聚反应而制得溶胶，并进一步缩聚而得到凝胶；金属醇盐水解：金属醇盐水解：M(OR)4 + nH2O M(OR)4- -n(OH)n + nHOR 缩聚：缩聚：2M(OR)4- -n(OH)n M(OR)4- -n(OH)n- -12O + H2O 总反应式：总反应式：M(OR)4 + H2O MO2 + 4HOR式中式中M为金属，为金属，R为有机基团，如烷

62、基。为有机基团，如烷基。Mn+ + nH2O M(OH)n + nH+ 在在无无机机途途径径中中，溶溶胶胶可可以以通通过过无无机机盐盐的的水水解解来来制制得得，价价格格便便宜宜，比有机途径更有前途。比有机途径更有前途。 通通过过向向溶溶液液中中加加入入碱碱液液(如如氨氨水水)使使得得这这一一水水解解反反应应不不断断地地向向正正方方向向进进行行，并并逐逐渐渐形形成成M(OH)n沉沉淀淀，然然后后将将沉沉淀淀物物充充分分水水洗洗、过过滤滤并并分分散散于于强强酸酸溶溶液液中中便便得得到到稳稳定定的的溶溶胶胶，经经某某种种方方式式处处理理(如如加加热热脱脱水水)溶溶胶胶变变成成凝凝胶胶、干燥和焙烧后形

63、成金属氧化物粉体。干燥和焙烧后形成金属氧化物粉体。纳米材料的制备方法课件溶胶凝胶法溶胶凝胶法(1) 高高纯纯度度。粉粉料料(特特别别是是多多组组分分粉粉料料)制制备备过过程程中中无无需需机机械械混混合合, 不易引进杂质；不易引进杂质；(2) 化化学学均均匀匀性性好好。由由于于溶溶胶胶凝凝胶胶过过程程中中，溶溶胶胶由由溶溶液液制制得得，化化合合物物在在分分子子级级水水平平混混合合，故故胶胶粒粒内内及及胶胶粒粒间间化化学学成成分分完完全全一一致；致；(3) 颗粒细。颗粒细。胶粒尺寸小于胶粒尺寸小于0.1 m。(4) 该该法法可可容容纳纳不不溶溶性性组组分分或或不不沉沉淀淀组组分分。不不溶溶性性颗颗

64、粒粒均均匀匀地地分分散散在在含含不不产产生生沉沉淀淀的的组组分分的的溶溶液液，经经胶胶凝凝化化，不不溶溶性性组组分分可可自自然然地地固固定定在在凝凝胶胶体体系系中中，不不溶溶性性组组分分颗颗粒粒越越细细，体体系系化化学学均均匀性越好；匀性越好； 溶溶胶胶凝凝胶胶法法不不仅仅可可用用于于制制备备微微粉粉，而而且且可可用用于于制制备备薄薄膜膜、纤维、体材和复合材料。其优缺点如下：纤维、体材和复合材料。其优缺点如下：纳米材料的制备方法课件溶胶凝胶法溶胶凝胶法(5) 掺掺杂杂分分布布均均匀匀。可可溶溶性性微微量量掺掺杂杂组组分分分分布布均均匀匀，不不会会分离、偏析，比醇盐水解法优越；分离、偏析，比醇盐

65、水解法优越；(6) 合成温度低，成分容易控制；合成温度低，成分容易控制；(7) 粉末活性高；粉末活性高；(8) 工艺、设备简单，但原材料价格昂贵；工艺、设备简单，但原材料价格昂贵；(9) 烘烘干干后后的的球球形形凝凝胶胶颗颗粒粒自自身身烧烧结结温温度度低低，但但凝凝胶胶颗颗粒粒之间烧结性差，即体材料烧结性不好；之间烧结性差，即体材料烧结性不好；(10) 干燥时收缩大。干燥时收缩大。纳米材料的制备方法课件溶胶凝胶法溶胶凝胶法 目目前前采采用用溶溶胶胶凝凝胶胶法法制制备备材材料料的的具具体体技技术术或或工工艺艺过过程程相相当当多多，但但按按其其产产生生溶溶胶胶 凝凝胶胶过过程程机机制制不不外外乎乎

66、三三种种类类型：传统胶体型、无机聚合物型和络合物型，如图。型：传统胶体型、无机聚合物型和络合物型，如图。溶溶胶胶凝凝胶胶法法的的分分类类不不同同溶溶胶胶凝凝胶胶过过程程中中凝凝胶胶的的形形成成纳米材料的制备方法课件微乳液法微乳液法 微微乳乳液液(microemulsion)法法是是利利用用两两种种互互不不相相溶溶的的溶溶剂剂在在表表面面活活性性剂剂的的作作用用下下形形成成一一个个均均匀匀的的乳乳液液，从从乳乳液液中中析析出出固固相相，这这样样可可使使成成核核、生生长长、聚聚结结、团团聚聚等等过过程程局局限限在在一一个个微微小小的的球球形形液液滴滴内内，从从而而可可形形成成球球形形颗颗粒粒，又又

67、避避免免了了颗颗粒粒之之间间进进一一步步团团聚聚。这这一一方方法法的的关关键键之之一一，是是使使每每个个含含有有前前驱驱体体的的水水溶溶液液滴滴被被一一连连续续油油相相包包围围，前前驱驱体体不不溶溶于于该该油油相相中中，也也就就是是要要形形成成油油包包水水(W/O)型型乳乳液液。这这种种非非均均相的液相合成法，具有粒度分布较窄并且容易控制等特点。相的液相合成法，具有粒度分布较窄并且容易控制等特点。一般工艺流程一般工艺流程纳米材料的制备方法课件微乳液法微乳液法 微微乳乳液液通通常常是是由由表表面面活活性性剂剂、助助表表面面活活性性剂剂（通通常常为为醇醇类类）、油油（通通常常为为碳碳氢氢化化合合物

68、物）和和水水（或或电电解解质质水水溶溶液液）组组成成的的透透明明的的、各各向向同同性性的的热热力力学学稳稳定定体体系系。微微乳乳液液中中，微微小小的的“水水池池”被被表表面面活活性性剂剂和和助助表表面面活活性性剂剂所所组组成成的的单单分分子子层层界界面面所所包包围围而而形形成成微微乳乳颗颗粒粒，其其大大小小可可控控制制在在几几十十至至几几百百个个埃埃之之间间。微微小小的的“水水池池”尺尺度度小小且且彼彼此此分分离离，因因而而构构不不成成水水相相，通通常常称称之之为为“准准相相”(pseudophase)。这这种种特特殊殊的的微微环环境境，或或称称“微微反反应应器器”(microreactor)

69、。已已被被证证明明是是多多种种化化学学反反应应，如如酶酶催催化化反反应应、聚聚合合物物合合成成、金金属属离离子子与与生生物物配配体体的的络络合合反反应应等等的的理理想想的的介介质质，且且反反应应动动力力学学也也有有较较大大的的改改变变。微微乳乳液液也也可可模模拟拟生生物物膜膜的的功功能能，一一些些涉涉及及生生物物过过程程的的反反应应可可以以设设计计在在微微乳乳液液中中进进行行模模拟研究。拟研究。基本原理基本原理纳米材料的制备方法课件微乳液法微乳液法 自自Boutonnet首首次次用用微微乳乳液液制制备备出出Pt、Pd、Rh、Ir等等单单分分散散金金属属纳纳米米微微粒粒以以来来，该该法法已已受受

70、到到了了极极大大的的重重视视。归归纳纳起起来来，用微乳液法制备出的纳米微粒有以下几类：用微乳液法制备出的纳米微粒有以下几类： 金属纳米微粒，除金属纳米微粒，除Pt、Pd、Rh、Ir外，外， 还有还有Au、Ag、Cu、Mg等；等； 半导体材料半导体材料CdS、PdS、CuS等；等； Ni、Co、Fe等金属的硼化物；等金属的硼化物； SiO2、Fe2O3等氧化物；等氧化物； AgCl、AuCl3等胶体颗粒；等胶体颗粒； CaCO3、BaCO3等的金属碳酸盐；等的金属碳酸盐； 磁性材料磁性材料BaFe12O19等。等。纳米材料的制备方法课件辐射化学合成法辐射化学合成法 常常温温下下采采用用 射射线线

71、辐辐照照金金属属盐盐的的溶溶液液可可以以制制备备出出纳纳米米微微粒粒用用此此法法曾曾经经获获得得了了Cu、Ag、Au、Pt、Pd、Co、Ni、Cd、Sn、Pb、Ag-Cu、Au-Cu、Cu2O纳纳米米粉粉体体以以及及纳纳米米Ag/非非晶晶SiO2复复合材料。合材料。 制制备备纯纯金金属属纳纳米米粉粉体体时时，采采用用蒸蒸馏馏水水和和分分析析纯纯试试剂剂配配制制成成相相应应金金属属盐盐的的溶溶液液，加加入入表表面面活活性性剂剂，如如十十二二烷烷基基硫硫酸酸钠钠(C12H25NaSO4)作作 为为 金金 属属 胶胶 体体 的的 稳稳 定定 剂剂 ， 加加 入入 异异 丙丙 醇醇(CH3)2CHOH

72、作作OH自自由由基基消消除除剂剂。必必要要时时，加加入入适适当当的的金金属属离离子子络络合合剂剂或或其其他他添添加加剂剂，调调节节溶溶液液pH值值。在在溶溶液液中中通通人人氮氮气气以以消消除除溶溶液液中中溶溶解解的的氧氧，配配制制好好的的溶溶液液在在2.591015Bq的的60Co源源场场中中辐辐照照，分分离离产产物物，用用氨氨水水和和蒸蒸馏馏水水洗洗涤涤产产物物数数次次，干燥即得金属纳米粉。干燥即得金属纳米粉。纳米材料的制备方法课件辐射化学合成法辐射化学合成法用用 射射线线辐辐照照法法制制备备纳纳米米金金属属微微粉粉的的溶溶液液成成分分、辐辐照照剂剂量量和和平平均均粒粒径径纳米材料的制备方法

73、课件2. 一维纳米材料制备方法一维纳米材料制备方法 随随着着科科学学技技术术的的迅迅猛猛发发展展，人人们们需需要要对对一一些些介介观观尺尺度度的的物物理理现现象象，如如纳纳米米尺尺度度的的结结构构、光光吸吸收收、发发光光以以及及与与低低维维相相关关的的量量子子尺尺寸寸效效应应等等进进行行深深入入的的研研究究。另另外外，器器件件微微小小化化对对新新型型功功能能材材料料提提出出了了更更高高的的要要求求，因因此此，20世世纪纪80年年代代以以来来，零零维维的的材材料料取取得得了了很很大大的的进进展展，但但准准一一维维纳纳米米材材料料的的制制备备与与研研究究仍仍面面临临着着巨巨大大的的挑挑战战。自自从

74、从1991年年日日本本NEC公公司司饭饭岛岛澄澄男男(Iijima)等等发发现现纳纳米米碳碳管管以以来来，立立刻刻引引起起了了许许多多科科技技领领域域的的科科学学家家们们的的极极大大关关注注。因因为为准准一一维维纳纳米米材材料料在在介介观观领领域域和和纳纳米米器器件件研研制制方方面面有有着着重重要要的的应应用用前前景景，它它可可用用作作扫扫描描隧隧道道显显微微镜镜(STM)的的针针尖尖、纳纳米米器器件件和和超超大大集集成成电电路路(Ultra Large Scale Integrated Circuits, ULSIC)中中的的连连线线、光光导导纤纤维维、微微电电子子学学方方面面的的微微型型钻

75、钻头头以以及及复复合合材材料料的的增增强强剂剂等等，因因此此，目目前前关关于于一一维维纳纳米米材材料料的制备研究已有大量报道。的制备研究已有大量报道。纳米材料的制备方法课件一维纳米材料制备方法一维纳米材料制备方法Schematic illustrations of six different strategies that have been demonstrated for achieving 1D growth:A) dictation by the anisotropic crystallographic structure of a solid;B) confinement by a

76、liquid droplet as in the vapor-liquid-solid process;C) direction through the use of a template;D) kinetic control provided by a capping reagent;E) self-assembly of 0D nanostructures;F) size-reduction of a 1D microstructure.纳米材料的制备方法课件3. 纳米薄膜制备方法纳米薄膜制备方法 纳纳米米薄薄膜膜可可分分为为：单单分分子子膜膜；由由纳纳米米粒粒子子组组成成（或或堆堆砌砌而

77、而成成）的的薄薄膜膜；纳纳米米粒粒子子间间有有较较多多空空隙隙或或无无序序原原子子或或另另一一种种材材料料的的薄薄膜膜等等。还还可可分分为为颗颗粒粒膜膜、膜膜厚厚为为纳纳米米级级的的多多层膜；纳米晶态薄膜和纳米非晶态薄膜。层膜；纳米晶态薄膜和纳米非晶态薄膜。 LB技术技术 自组装技术自组装技术 物理气相沉积物理气相沉积 MBE技术技术 化学气相沉积化学气相沉积 纳米材料的制备方法课件纳米薄膜制备方法纳米薄膜制备方法薄薄膜膜制制备备的的物物理理方方法法纳米材料的制备方法课件纳米薄膜制备方法纳米薄膜制备方法薄膜制备的化学方法薄膜制备的化学方法纳米材料的制备方法课件纳米薄膜制备方法纳米薄膜制备方法用

78、于制备用于制备LB膜的装置示意图膜的装置示意图LangmuirBlodgett技术技术纳米材料的制备方法课件纳米薄膜制备方法纳米薄膜制备方法 典典型型的的LB膜膜成成膜膜材材料料必必须须是是具具有有“双双亲亲性性”，即即亲亲水水基基和和疏疏水基的化合物。通常的水基的化合物。通常的LB膜成膜过程可分为三个基本阶段：膜成膜过程可分为三个基本阶段： 1) 液液面面上上单单分分子子膜膜的的形形成成。首首先先将将成成膜膜材材料料溶溶解解在在诸诸如如苯苯、氯氯仿仿等等不不溶溶于于水水的的有有机机溶溶剂剂之之中中，然然后后滴滴加加在在水水面面上上铺铺展展开开来来，材材料料分子被吸附在空气分子被吸附在空气-

79、-水的界面上；水的界面上； 2) 待待溶溶剂剂蒸蒸发发后后，通通过过一一可可移移动动的的挡挡板板，减减少少每每一一分分子子所所占占有有的的面面积积(即即水水面面的的面面积积/滴滴入入的的分分子子数数)。在在某某一一表表面面压压下下,各各个个分分子子的的亲亲水水基基团团与与水水面面接接触触。疏疏水水基基团团与与空空气气一一侧侧接接触触，即即所所有有分分子子在在亚亚相表面都基本上成对地取向排列并密集充填而形成单分子层；相表面都基本上成对地取向排列并密集充填而形成单分子层； 3) 通通过过机机械械装装置置以以一一定定的的速速度度降降下下基基片片,亚亚相相表表面面的的单单分分子子层层便便转转移移到到基

80、基片片上上。如如果果再再提提升升基基片片，则则第第二二层层单单分分子子层层又又转转移移到到基基片上片上 。纳米材料的制备方法课件纳米薄膜制备方法纳米薄膜制备方法自组装技术自组装技术纳米材料的制备方法课件纳米薄膜制备方法纳米薄膜制备方法物理气相沉积技术物理气相沉积技术 物物理理气气相相沉沉积积(Physical Vapour Deposion, PVD)方方法法作作为为一一类类常常规规的的薄薄膜膜制制备备手手段段被被广广泛泛的的应应用用于于纳纳米米薄薄膜膜的的制备，包括蒸镀、电子束蒸镀、溅射等。制备，包括蒸镀、电子束蒸镀、溅射等。其基本过程包括：其基本过程包括：气相物质的产生气相物质的产生气相物

81、质的输运气相物质的输运气相物质的沉积气相物质的沉积蒸发、溅射蒸发、溅射高真空高真空凝凝 聚聚纳米材料的制备方法课件纳米薄膜制备方法纳米薄膜制备方法化学气相沉积技术化学气相沉积技术 化化学学气气相相沉沉积积(Chemical Vapour Deposition, CVD)法法主主要要是是利利用用含含有有薄薄膜膜元元素素的的一一种种或或几几种种气气相相化化合合物物或或单单质质在在衬衬底底表表面面上上进进行行化化学学反反应应生生成成薄薄膜膜的的方方法法。其其薄薄膜膜形形成成的的基基本本过过程程包包括括气气体体扩扩散散、反反应应气气体体在在衬衬底底表表面面的的吸吸附附、表表面面反反应应、成成核核和和生

82、生长长以以及及气气体体解解吸吸、扩扩散散挥挥发发等等步步骤骤。CVD内内的的输输运运性性质质(包包括括热热、质质量量及及动动量量输输运运)、气气流流的的性性质质(包包括括运运动动速速度度、压压力力分分布布、气气体体加加热热、激激活活方方式式等等)、基基板板种种类类、表表面面状状态态、温温度度分分布布状状态态等等都都影影响响薄薄膜膜的的组组成成、结结构构、形形态态与与性性能能。利利用用该该方方法法可可以以制制备备氧氧化化物物、氟氟化化物物、碳碳化化物物等等纳纳米米复复合合薄薄膜膜。该该方方法法目目前前被被广广泛泛的的应应用用于于纳纳米米薄薄膜膜材材料料的的制制备备，主主要要用于制备半导体、氧化物

83、、氮化物、碳化物纳米薄膜。用于制备半导体、氧化物、氮化物、碳化物纳米薄膜。CVD法可分为：常压法可分为：常压CVD；低压；低压CVD；热；热CVD；等离子等离子CVD；间隙；间隙CVD；激光；激光CVD；超声；超声CVD等等。等等。纳米材料的制备方法课件纳米薄膜制备方法纳米薄膜制备方法溶胶凝胶法溶胶凝胶法 溶溶胶胶凝凝胶胶法法(sol-gel)是是20世世纪纪60年年代代发发展展起起来来的的一一种种制制备备玻玻璃璃、陶陶瓷瓷等等无无机机材材料料的的新新方方法法。近近年年来来有有许许多多人人利利用用该该方方法法制制备备纳纳米米薄薄膜膜。其其基基本本步步骤骤是是先先用用金金属属无无机机盐盐或或有有

84、机机金金属属化化合合物物在在低低温温下下液液相相合合成成为为溶溶胶胶，然然后后采采用用提提拉拉法法(dip-coating)或或旋旋涂涂(spin-coating)，使溶液吸附在衬底上，经胶化过，使溶液吸附在衬底上，经胶化过程程(gelating)成为凝胶，凝胶经一定温度处成为凝胶，凝胶经一定温度处理后即可得到纳米晶薄膜。理后即可得到纳米晶薄膜。 目目 前前 已已 采采 用用sol- -gel 法得到的纳米镶嵌复合薄膜主要有法得到的纳米镶嵌复合薄膜主要有Co(Fe, Ni, Mn)/SiO2, CdS(ZnS, PbS)/SiO2。由于溶胶的先驱体可以提纯且溶胶凝胶由于溶胶的先驱体可以提纯且溶

85、胶凝胶过程在常温下可液相成膜，设备简单，操过程在常温下可液相成膜，设备简单，操作方便，因此溶胶凝胶法是常见的纳米作方便，因此溶胶凝胶法是常见的纳米薄膜的制备方法之一。薄膜的制备方法之一。纳米材料的制备方法课件纳米薄膜制备方法纳米薄膜制备方法纳米材料的制备方法课件4. 纳米固体材料制备方法纳米固体材料制备方法 三三维维纳纳米米材材料料是是指指由由尺尺寸寸为为1100nm的的粒粒子子为为主主体体形形成成的的块块体体(nanostructured bulk)材材料料，又又称称纳纳米米固固体体。纳纳米米固固体体中中的的纳纳米米微微粒粒有有三三种种形形式式：长长程程有有序序的的晶晶态态，短短程程有有序序

86、的的非非晶晶态态和和只只有有取取向向有有序序的的准准晶晶态态。以以纳纳米米颗颗粒粒为为单单元元沿沿着着一一维维方方向向排排列列形形成成纳纳米米丝丝，在在二二维维空空间间排排列列形形成成纳纳米米薄薄膜膜，在在三三维维空空间间可可以以堆堆积积成成纳纳米米块块体体，经经人人工工的的控控制制和和加加工工，纳纳米米微微粒粒在在一一维维、二二维维和和三三维维空空间间有有序序排列，可以形成不同维数的阵列体系。排列，可以形成不同维数的阵列体系。纳米固体纳米固体纳米材料的制备方法课件纳米固体材料纳米固体材料 纳纳米米固固体体按按照照小小颗颗粒粒结结构构状状态态可可分分为为纳纳米米晶晶体体材材料料(nanocry

87、stalline, nanometer-sized crystalline, 又又称称纳纳米米微微晶晶材材料料)、纳纳米米非非晶晶材材料料(nano amorphous materials)和和纳纳米米准准晶晶材材料料。按按照照小小颗颗粒粒键键的的形形式式又又可可以以把把纳纳米米材材料料划划分分为为纳纳米米金金属属材材料料、纳纳米米离离子子晶晶体体材材料料(如如CaF2等等)、纳纳米米半半导导体体材材料料(nano semiconductors)、以以及及纳纳米米陶陶瓷瓷材材料料(nano ceramic materials)。纳纳米米材材料料是是由由单单相相微微粒粒构构成成的的固固体体称称为

88、为纳纳米米相相材材料料(nanophase materials)。每每个个纳纳米米微微粒粒本本身身由由两两相相构构成成(一一种种相相弥弥散散于于另另一一种种相相中中)则则相相应应的的纳纳米材料称为纳米复相材料米材料称为纳米复相材料(nanomultiphase materials)。纳米固体材料分类纳米固体材料分类纳米材料的制备方法课件纳米金属与合金材料制备方法纳米金属与合金材料制备方法1、惰性气体蒸发、原位加压制备法、惰性气体蒸发、原位加压制备法 纳纳米米结结构构材材料料中中的的纳纳米米金金属属与与合合金金材材料料是是一一种种二二次次凝凝聚聚晶晶体体或或非非晶晶体体，第第一一次次凝凝聚聚是是

89、由由金金属属原原子子形形成成纳纳米米颗颗粒粒，在在保保持持新新鲜鲜表表面面的的条条件件下下，将将纳纳米米颗颗粒粒压压在在一一起起形形成成块块状状凝凝聚聚固固体体。从从纳纳米米金金属属材材料料形形成成过过程程，可可以以总总结结出出用用“一一步步法法”制备纳米金属固体的步骤是：制备纳米金属固体的步骤是： 制备纳米颗粒；制备纳米颗粒； 颗粒收集；颗粒收集； 压制成块体。压制成块体。 为为了了防防止止氧氧化化，上上述述步步骤骤一一般般都都是是在在真真空空(小小于于106Pa)中进行，这就给制备纳米金属和合金固体带来很大困难。中进行，这就给制备纳米金属和合金固体带来很大困难。纳米材料的制备方法课件纳米金

90、属与合金材料制备方法纳米金属与合金材料制备方法惰性气体凝聚、惰性气体凝聚、原位加压装置示意图原位加压装置示意图 右右图图是是用用惰惰性性气气体体蒸蒸发发(凝凝聚聚)、原原位位加加压压法法制制备备纳纳米米金金属属和和合合金金的的装装置置。这这个个装装置置主主要要由由3个个部部分分组组成成：第第一一个个部部分分为为纳纳米米粉粉体体获获得得；第第二二个个部部分分为为纳纳米米粉粉体体的的收收集集；第第三三个个部部分分为为粉粉体体的的压压制制成成型型。其其中中第第一一和和第第二二部部分分与与用用惰惰性性气气体体蒸蒸发发法法制制备备纳纳米米金金属属粒粒子子的的方方法法基基本本一一样样。在在第第三三部部分分

91、，由由惰惰性性气气体体蒸蒸发发制制备备的的纳纳米米金金属属或或合合金金微微粒粒在在真真空空中中由由聚聚四四氟氟乙乙烯烯刮刮刀刀从从冷冷阱阱上上刮刮下下经经漏漏斗斗直直接接落落入入低低压压压压实实装装置置，粉粉体体在在此此装装置置中中经经轻轻度度压压实实后后由由机机械械手手将将其其送送至至高高压压原原位位加加压压装装置置压压制制成成块块状状试试样样，压压力力为为15GPa，温度为，温度为300800K。纳米材料的制备方法课件纳米金属与合金材料制备方法纳米金属与合金材料制备方法2、高能球磨法结合加压成块法、高能球磨法结合加压成块法 高高能能球球磨磨是是一一种种用用来来制制备备具具有有可可控控微微结

92、结构构的的金金属属基基或或陶陶瓷瓷基基复复合合粉粉末末的的技技术术。即即在在干干燥燥的的球球型型装装料料机机内内，在在高高真真空空Ar2气气保保护护下下，通通过过机机械械研研磨磨过过程程中中高高速速运运行行的的硬硬质质钢钢球球与与研研磨磨体体之之间间相相互互碰碰撞撞，对对粉粉末末粒粒子子反反复复进进行行熔熔结结、断断裂裂、再再熔熔结结的的过过程程使使晶晶粒粒不不断断细细化化，达达到到纳纳米米尺尺寸寸。纳纳米米粉粉再再采采用用热热挤挤压压、热热等等静静压压等等技技术术加加压压制制得得块块状状纳纳米米材材料料。研研究究表表明明非非晶晶、准准晶晶、纳纳米米晶晶、超超导导材材料料、稀稀土土永永磁磁合合

93、金金、超超塑塑性性合合金金、金金属属间间化化合合物物、轻轻金金属属高高比比强强合合金金均均可可通通过过这这一方法合成。一方法合成。 该该法法合合金金基基体体成成分分不不受受限限制制、成成本本低低、产产量量大大、工工艺艺简简单单，特特别别是是在在难难熔熔金金属属的的合合金金化化、非非平平衡衡相相的的生生成成及及开开发发特特殊殊使使用用合合金等方面显示出较强的活力。金等方面显示出较强的活力。纳米材料的制备方法课件纳米金属与合金材料制备方法纳米金属与合金材料制备方法3、非晶晶化法、非晶晶化法 该该法法是是近近年年来来发发展展极极为为迅迅速速的的一一种种新新工工艺艺，它它是是通通过过控控制制非非晶晶态

94、态固固体体的的晶晶化化动动力力学学过过程程使使产产物物晶晶化化为为纳纳米米尺尺寸寸的的晶晶粒粒，它它通通常常由由非非晶晶态态固固体体的的获获得得和和晶晶化化两两个个过过程程组组成成。非非晶晶态态固固体体可可通通过过熔熔体体急急冷冷、高高速速直直流流溅溅射射、等等离离子子流流雾雾化化、固固态态反反应应法法等等技技术术制制备备，最最常常用用的的是是单单辊辊或或双双辊辊旋旋淬淬法法。由由于于以以上上方方法法只只能能获获得得非非晶晶粉粉末末、丝丝及及条条带带等等低低维维材材料料，因因而而还还需需采采用用热热模模压压实实、热热挤挤压压或或高高温温高高压压烧烧结结等等方方法法合合成成块块状状样样品品。晶晶

95、化化通通常常采采用用等等温温退退火火方方法法，近近年年来来还还发发展展了了分分级级退退火火、脉脉冲冲退退火火、激激波波诱诱导导等等方方法法。目目前前，利利用用该该法法已已制制备备出出Ni、Fe、Co、Pd基基等等多多种种合合金金系系列列的的纳纳米米晶晶体体，也也可可制制备备出出金金属属间间化化合合物物和和单单质质半半导导体体纳纳米米晶晶体体，并并已已发发展展到到实实用用阶阶段段。此此法法在在纳纳米米软软磁磁材材料料的的制备方面应用最为广泛。制备方面应用最为广泛。纳米材料的制备方法课件纳米金属与合金材料制备方法纳米金属与合金材料制备方法4、高压、高温固相淬火法、高压、高温固相淬火法 高高压压、高

96、高温温固固相相淬淬火火法法法法是是将将真真空空电电弧弧炉炉熔熔炼炼的的样样品品置置入入高高压压腔腔体体内内，加加压压至至数数GPa后后升升温温，通通过过高高压压抑抑制制原原子子的的长长程程扩扩散散及及晶晶体体的的生生长长速速率率，从从而而实实现现晶晶粒粒的的纳纳米米化化，然后再从高温下固相淬火以保留高温、高压组织。然后再从高温下固相淬火以保留高温、高压组织。 该该法法的的特特点点是是：工工艺艺简简便便，界界面面清清洁洁，能能直直接接制制备备大大块块致致密密的的纳纳米米晶晶。其其局局限限性性在在于于：需需要要很很高高的的压压力力，大大块块尺尺寸寸获获得得困困难难，另另外外在在其其他他合合金金系系

97、中中，尚尚无无应应用用研研究的报道。究的报道。纳米材料的制备方法课件纳米金属与合金材料制备方法纳米金属与合金材料制备方法5、大塑性变形方法、大塑性变形方法6、塑性变形加循环相变方法、塑性变形加循环相变方法7、脉冲电流直接晶化法、脉冲电流直接晶化法8、深过冷直接晶化法、深过冷直接晶化法9、喷雾沉积法、喷雾沉积法 10、离子注入法、离子注入法纳米材料的制备方法课件纳米陶瓷材料制备方法纳米陶瓷材料制备方法 纳纳米米陶陶瓷瓷的的优优越越性性有有以以下下几几个个方方面面：(1) 超超塑塑性性，例例如如纳纳米米晶晶TiO2金金红红石石在在低低温温下下具具有有超超塑塑性性；(2) 在在保保持持原原来来常常规

98、规陶陶瓷瓷的的断断裂裂韧韧性性的的同同时时，强强度度大大大大提提高高；(3) 烧烧结结温温度度可可降降低低几几百百度度，烧烧结结速速度度大大大大提提高高，例例如如10nm的的陶陶瓷瓷微微粒粒比比10 m的的烧烧结结速速度度提提高高12个个数数量量级级，这这是是因因为为纳纳米米陶陶瓷瓷低低温温下下烧烧结结的的过过程程主主要要受受晶晶界界扩扩散散控控制制，这这就就导导致致烧烧结结速速度度由由晶晶粒粒尺尺寸寸来来决决定定，即即烧烧结结速速度度正正比比于于1/d4。高高质质量量的的纳纳米米陶陶瓷瓷最最关关键键的的指指标标是是材材料料是是否否高高度度致致密密，目目前前材材料料科科学学工工作作者者正正在在

99、摸摸索索制制备备具具有有高高密密度度的的纳纳米米陶陶瓷瓷的的工工艺。艺。纳米材料的制备方法课件纳米陶瓷材料制备方法纳米陶瓷材料制备方法1、无压力烧结、无压力烧结 无无压压力力烧烧结结(静静态态烧烧结结)工工艺艺过过程程是是将将无无团团聚聚的的纳纳米米粉粉，在在室室温温下下经经模模压压成成块块状状试试样样，然然后后在在一一定定的的温温度度下下焙焙烧烧使使其其致致密密化化(烧烧结结)。无无压压力力烧烧结结工工艺艺简简单单，不不需需特特殊殊的的设设备备，因因此此成成本本低低，但但烧烧结结过过程程中中，易易出出现现晶晶粒粒快快速速的的长长大大及及大大孔孔洞洞的的形形成成，结结果果试试样样不不能能实实现

100、现致致密密化化，使使得得纳纳米米陶陶瓷瓷的的优优点点丧丧失失。为为了了防防止止无无压压力力烧烧结结过过程程中中晶晶粒粒的的长长大大，在在主主体体粉粉中中掺掺入入一一种种或或多多种种稳稳定定化化粉粉体体，使使得得烧烧结结后后的的试试样样晶晶粒无明显长大，并能获得高的致密度。粒无明显长大，并能获得高的致密度。纳米材料的制备方法课件纳米陶瓷材料制备方法纳米陶瓷材料制备方法2、应力有助烧结、应力有助烧结 无无团团聚聚的的粉粉体体在在一一定定压压力力和和温温度度下下进进行行烧烧结结，称称为为应应力力有有助助烧烧结结(热热压压烧烧结结，烧烧结结- -锻锻压压法法)。该该工工艺艺与与无无压压力力烧烧结结工工

101、艺艺相相比比，其其优优点点是是对对于于许许多多未未掺掺杂杂的的纳纳米米粉粉，通通过过施施加加应应力力有有助助于于烧烧结结，可可制制得得具具有有较较高高致致密密度度的的纳纳米米陶陶瓷瓷，并并且且晶晶粒粒无无明明显显长长大大，而而且且采采用用热热压压烧烧结结比比无无压压烧烧结结的的烧烧结结温温度度可可适适当当降降低低。但但该该工工艺艺要要求求的的设设备备比比无无压压力力烧烧结结复复杂杂，操操作作也也较较复复杂杂，工工艺艺过过程程不不能能实实时时监监测测。例例如如要要求求压压力力机机上上配配备备一一套套能能同同时时加加热热和和加加压压的的模模具具及及加加热热系系统统，这这就使成本提高。就使成本提高。

102、纳米材料的制备方法课件纳米陶瓷材料制备方法纳米陶瓷材料制备方法 除除了了易易升升华华的的MgO、ZnO和和纳纳米米离离子子化化合合物物可可用用“一一步步法法”直直接接蒸蒸发发形形成成纳纳米米微微粒粒，然然后后原原位位加加压压成成生生坯坯外外，大大多多数数纳纳米米氧氧化化物物陶陶瓷瓷生生坯坯制制备备采采用用“两两步步法法”。“两两步步法法”的的基基本本过过程程如如下下：第第一一步步是是在在惰惰性性气气体体中中(高高纯纯He)蒸蒸发发金金属属，形形成成的的金金属属纳纳米米粒粒子子附附着着在在冷冷阱阱上上；第第二二步步是是引引入入活活性性气气体体，例例如如氧氧，压压力力为为约约103Pa，使使冷冷阱

103、阱的的纳纳米米金金属属粒粒子子急急剧剧氧氧化化形形成成氧氧化化物物，然然后后将将反反应应室室中中氧氧气气排排除除，达达到到约约10- -5Pa真真空空度度，用用刮刮刀刀将将氧氧化化物物刮刮下下，通通过过漏漏斗斗进进入入压压结结装装置置。压压结结可可在在室室温温或或高高温温下下进进行行，由由此此得得到到的的生生坯坯，经经无无压压力力烧烧结结或或应应力力有有助助烧烧结结，可可获获得得高高致致密密度度陶陶瓷瓷。由由于于惰惰性性气气体体冷冷凝凝法法制制备备的的纳纳米米相相粉粉料料无无硬硬团团聚聚，因因此此在在压压制制生生坯坯时时，即即使使在在室室温温下下进进行行，生生坯坯相相对对密密度度也也能能达达到

104、到约约75%85%。高高致致密密度度的的生生坯坯经经烧烧结结，能能够够获获得得高高密密度纳米陶瓷。度纳米陶瓷。纳米材料的制备方法课件纳米陶瓷材料制备方法纳米陶瓷材料制备方法3、微波烧结、微波烧结 纳纳米米陶陶瓷瓷在在烧烧结结过过程程中中，即即使使在在高高温温段段停停留留时时间间很很短短，纳纳米米相相晶晶粒粒就就长长大大到到近近一一个个数数量量级级。要要使使晶晶粒粒不不过过分分长长大大，必必须须采采用用快快速速升升温温、快快速速降降温温的的烧烧结结方方法法。而而微微波波烧烧结结可可满满足足此此要要求求，微微波波烧烧结结的的升升温温速速度度快快(500/min)，升升温温时时间间短短(2 min)

105、。而而且且微微波波加加热热更更具具有有热热效效率率高高，节节能能效效果果明显。明显。 微微波波烧烧结结工工艺艺的的关关键键是是解解决决烧烧结结温温度度的的均均匀匀性性和和防防止止局局部部过过热热现现象象。目目前前国国内内的的设设备备生生产产企企业业、高高校校及及研研究所等正进行微波烧结工艺的探索。究所等正进行微波烧结工艺的探索。 纳米材料的制备方法课件5. 其他其他纳米结构的制备方法纳米结构的制备方法Fabrication of Nanoimprint Mold by scanning probe oxidation (SPO) and Anisotropic Wet Etching扫描探针氧

106、化和非等向性湿式蚀刻制备纳米压模扫描探针氧化和非等向性湿式蚀刻制备纳米压模纳米材料的制备方法课件其他其他纳米结构的制备方法纳米结构的制备方法Varied 2D Structures on Si(100) Surface纳米材料的制备方法课件其他其他纳米结构的制备方法纳米结构的制备方法Varied 2D Structures on Si(110) Surface纳米材料的制备方法课件其他其他纳米结构的制备方法纳米结构的制备方法Schematic Illustration for Fabrication of 3D Silicon-based Nanostructures纳米材料的制备方法课件其他

107、其他纳米结构的制备方法纳米结构的制备方法Typical 3D Silicon Structures纳米材料的制备方法课件其他其他纳米结构的制备方法纳米结构的制备方法 纳纳米米压压印印术术是是软软刻刻印印术术的的发发展展，它它采采用用绘绘有有纳纳米米图图案案的的刚刚性性压压模模将将基基片片上上的的聚聚合合物物薄薄膜膜压压出出纳纳米米级级图图形形，再再对对压压印印件件进进行行常常规规的的刻刻蚀蚀、剥剥离离等等加加工工，最最终终制制成成纳纳米米结结构构和和器器件件。它它可可以以大大批批量量重重复复性性地地在在大大面面积积上上制制备备纳纳米米图图形形结结构构，并并且且所所制制出出的的高高分分辨辨率率图

108、图案案具具有有相相当当好好的的均均匀匀性性和和重重复复性性。该该技技术术还还有有制制作作成成本本极极低低、简简单单易易行行、效效率率高高等等优优点点。因因此此，与与极极端端紫紫外外线线光光刻刻、X射射线线光光刻刻、电电子子束束刻刻印印等等新新兴兴刻刻印印工工艺艺相相比比，纳纳米米压压印印术术具具有有不不逊逊的的竞竞争争力力和和广广阔阔的的应应用用前前景景。目目前前，这这项项技技术术最最先先进进的的程程度度已已达达到到5 nm以下的水平。以下的水平。 纳米压印纳米压印(nanoimprint)技术技术纳米材料的制备方法课件其他其他纳米结构的制备方法纳米结构的制备方法纳米压印技术纳米压印技术反应离

109、子刻蚀反应离子刻蚀Reaction Ion EtchingChou, Krauss, and Renstrom, APL, 67, 3114 (1995); Science, 272, 85 (1996)Obducat Company, Sweden (2.5 inch Model) High resolution Low cost High throughput纳米材料的制备方法课件Morpho butterfly (蓝默蝶蓝默蝶 )其他其他纳米结构的制备方法纳米结构的制备方法Template from NaturePhotonic Crystal (光子晶体光子晶体)Subwaveleng

110、thAntireflective Structures(亚波长抗反射结构亚波长抗反射结构)Chlorocara africana ssp.Oertzeni (一种非洲昆虫一种非洲昆虫)澳宝石澳宝石Opal(猫眼石猫眼石)Cicada (蝉蝉)纳米材料的制备方法课件其他其他纳米结构的制备方法纳米结构的制备方法Schematic of Nanoimprinting with Cicada WingsRIE纳米材料的制备方法课件其他其他纳米结构的制备方法纳米结构的制备方法SEM and AFM Images of Negative Structures of Cicada Wing Fabricat

111、ed by Nanoimprint (PMMA) polymethyl methacrylate (PMMA), 聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯纳米材料的制备方法课件其他其他纳米结构的制备方法纳米结构的制备方法Dip-Pen NanolithographyQuillPen纳米材料的制备方法课件其他其他纳米结构的制备方法纳米结构的制备方法Dip-Pen Nanolithography(DPN) Application纳米材料的制备方法课件其他其他纳米结构的制备方法纳米结构的制备方法Nanoarrays for Antigen- -Based Detection of HIVHuman Immunodeficiency Virus, (HIV)人类免疫缺陷病毒人类免疫缺陷病毒 纳米材料的制备方法课件几种典型的纳米材料合成技术几种典型的纳米材料合成技术 水热、溶剂热法水热、溶剂热法 化学气相沉积技术化学气相沉积技术 模板法模板法生物矿化及仿生技术生物矿化及仿生技术 自组装及超分子化学方法自组装及超分子化学方法 共沉淀共沉淀 晶核生长法及其它晶核生长法及其它纳米材料的制备方法课件Nanchang UniversityNanchang University