蒸汽冷凝法制备纳米微粒

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1、蒸汽冷凝法制备纳米微粒摘要：本文介绍了纳米材料的一些特出效应及其制备方法。通过蒸汽冷凝法制备了铜纳米微粒，并对结果进行了讨论分析。关键词：蒸汽冷凝法；纳米微粒一．引言纳米微粒是指尺寸范围定义为1～100nm左右的颗粒。纳米微粒具有小尺寸效应，表面效应，量子尺寸效应，量子隧道效应等特性。小尺寸效应是指当超细微粒的尺寸与光波波长、德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将被破坏,非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，从而使得纳米微粒在声、光、电、磁、热力学等方面呈现新的特殊性质。表面效应

2、是由于位于纳米微粒表面的原子占相当大的比例，表面原子的配位不足及高的表面能，使表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其它原子结合。当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级以及纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能隙变宽等现象均被称为量子尺寸效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为量子隧道效应。正是这些特性的存在使得纳米微粒体系具有不同于常规固体的新特性，也使得纳米材料在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料的开发应用方面以及在固体推进剂配方改进中有着广阔的前景。二．纳米

3、材料的特殊效应及其制备方法（一）纳米材料的特殊效应1.小尺寸效应随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。(1)特殊的光学性质当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小，颜色愈黑，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l％，大约几微米的厚度就能完全消光。利

4、用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。(2)特殊的热血性质固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。例如，金的常规熔点为1064℃，当颗粒尺寸减小到10纳米尺寸时，则降低27℃，2纳米尺寸时的熔点仅为327℃左右；银的常规熔点为670℃，而超微银颗粒的熔点可低于100℃。因此，超细银粉制成的导电材料可以进行低温烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。采用超

5、细银粉材料，可使膜厚均匀，覆盖面积大，既省料又具高质量。日本川崎制铁公司采用0．1～1微米的铜、镍超微颗粒制成导电材料可代替钯与银等贵金属。超微颗粒熔点下降的性质对粉末冶金工业具有一定的吸引力。例如，在钨颗粒中附加0.1％～0.5％重量比的超微镍颗粒后，可使烧结温度从3000℃降低到1200～1300℃，以致可在较低的温度下烧制成大功率半导体管的基片。例如图1为金属微粒熔点与尺寸的关系。图1(3)特殊的磁学性质人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的

6、本领。磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘，生活在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底。通过电子显微镜的研究表明，在趋磁细菌体内通常含有直径约为2*10-2微米的磁性氧化物颗粒。小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的不同，而当颗粒尺寸减小到2*10-2微米以下时，其矫顽力可增加1千倍，若进一步减小其尺寸，大约小于6*10-3微米时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已作成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。利用超顺磁性，人们已将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体。(4)特

7、殊的力学性质由于纳米材料粒度非常微小,具有良好的表面效应,1克纳米材料的表面积达到几百平方米。因此,用纳米材料制成的产品其强度、柔韧度、延展性都十分优越，就象一种有千万对脚的毛毛虫，当它吸附在光滑的玻璃面上时，由于接触面积大，12级台风有也吹不掉它。陶瓷材料在通常情况下呈脆性，陶瓷茶壶一摔就碎，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料，竟然可以象弹簧一样具有良好的韧性。研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3～5倍。至于金属---陶瓷等复合纳米材料，其应用前景十分宽

8、广。2.表面效应又称界面效应，是指随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加，颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性，这就是表面效应。由