纳米金属材料的制备

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1、纳米金属材料的制备学院:材料与冶金学院专业：材料科学与工程班级：材料10b姓名：叶晓江学号：10080201316纳米金属材料的制备摘要：纳米金属材料具有奇异的结构和特异的性能，这使得纳米金属材料的应用十分广泛。概括介绍了纳米金属材料的特性，对一些主要的制备技术作了较为详细的阐述，关键词：纳米金属；特性；制备1纳米金属材料在金属材料的生产中利用纳米技术，有可能将材料成分和组织控制得极其精密和细小，从而使金属的力学性能和功能特性得到飞跃的提高。纳米金属材料是当今新材料研究领域中最具活力、对未来经济和社会发展有着十分重要

2、影响的研究对象，也是纳米科技中最活跃、最接近应用的组成部分。纳米金属材料是20世纪80年代开发的一种高新材料，是指晶粒尺寸小于100纳米的金属材料，包括纳米金属粉末和纳米金属结构材料[2]。2纳米金属的特性2.1表面效应表面效应是指纳米粒子表面原子与总原子之比随着粒子尺寸减少而大幅度地增加，粒子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子性质变化的现象。由于纳米粒子的表面原子数增多，极不稳定，很容易与其他原子结合趋于稳定，因此，纳米粒子具有很高的化学活性。新制成的纳米粒子必须进行一定的稳定化处理或者保存。例如金属纳

3、米粒子在空气中自燃，无机的纳米粒子暴露在空气中会吸附气体,并与气体进行反应[3]。2.2小尺寸效应6固体物理的研究表明，当超细微粒的尺寸减小到与光波波长、得布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件被破坏；非晶态纳米颗粒的颗粒表面附近原子密度减小，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的小尺寸效应，材料的宏观物理、化学性能将会发生很大变化，这种现象称为小尺寸效应，又称体积效应。2.3量子尺寸效应量子尺寸效应是指当粒子的尺寸减小下降某一数值时，金属费米能级附近的电子能级由

4、准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的被占据的分子轨道能级，能隙变宽现象。2.4宏观量子隧道效应电子具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应，近年来人们发现一些宏观物理量，如颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，故称之为宏观量子隧道效应[4]。所以，纳米金属材料不但具有块体金属所具有的特性，还具有块体金属所不具有的许多特性。纳米固体材料还具有许多既不同于块体金属又不同于纳米金属颗粒的新特性,如协同效应等。纳米金属粒子由于颗粒体积小，表面原子数目显著增大，量子尺寸效应、体积效应(小尺寸

5、效应)、表面效应和宏观量子隧道效应明显，因而呈现出特异的物理、化学、光学、力学、电学与磁学性能[5]。这些性能已经被广泛地应用，因此，纳米金属材料在现代工业、国防和高技术发展中充当了越来越重要的角色，应用前景越来越广阔[6]。3纳米金属材料的制备方法3.1纳米金属的制备方法3.1.1气相法　　气相法制备金属纳米粉体始于60年代初期，1984年西德Searlands大学材料系H.Gleiter教授的研究小组在气相法制备金属纳米粉体的基础上首次采用惰性气体保护原位加压成型法成功制备出了高性能的块体金属纳米Fe、Pd等材料

6、，随后，气相法制备金属纳米粉体、固体材料在世界范围内掀起高潮，现已进入产业化阶段。气相法是直接利用气体，或通过各种手段将原料变成气相，使之在气体状态下发生物理变化或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法[7]。用该方法制得的纳米粉纯度高，颗粒分散性好、粒径分布窄。3.1.2液相法6　　液相法是当前实验室及工业上广泛采用合成高纯微粒纳米粉体的方法，其原理是：选一种或几种合适的可溶性金属盐类，按所制备的材料的成分计量配制成溶液，使各元素呈离子或分子态，再加入一种合适的沉淀剂采用或蒸发、或升华、或水解等方法进

7、行操作，将金属离子均匀沉淀或结晶出来，最后将沉淀或结晶物脱水或加热分解而制得纳米粉。液相法特别适合制备组成均匀、纯度高的复合氧化物纳米粉体，但其缺点是溶液中形成的粒子在干燥过程中，易发生相互团聚，导致分散性差，粒子粒度变大。应用于液相法制备纳米微粒的设备比较简单，其生成的粒子大小可以通过控制工艺条件来调整，如溶液浓度、溶液的PH值、反应压力、干燥方式等。3.1.3固相法　　固相法是一种比较传统的粉末制备工艺，用于粗颗粒微细化。由于该方法具有成本低、产量高，制备工艺简单再加上近年来又涌现了高能球磨、气流粉碎和分级联合等

8、新方法，因而在一些对粉体纯度和粒度要求不太高的场合仍然适用，但由于该方法效率低、能耗大、设备昂贵、粉不够细、有杂质、颗粒易变形或氧化等，在高科技领域中较少采用此方法[8]。3.1.4机械粉碎法该法是将大块物料放入微粉粉碎机(高能球磨机或气流磨机)中，利用介质和物料之间相互研磨和冲击使物料细化，通过控制适当的研磨条件以制得纳米级晶粒的纯元素、合金