激光法制备纳米粉体的技术特点

《激光法制备纳米粉体的技术特点》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、激光法制备纳米粉体的技术特点纳米粉体由于具有小尺寸效应、量子效应、表面效应、宏观量子隧道效应等特点，使其在性能上具有普通材料所不能比拟的优越性，如低熔点、低密度、高强度和较好的韧性和高温抗氧化、抗腐蚀能力以及良好的介电性质、声学性质、光学稳定性等。纳米材料在催化剂、高聚乳液、水泥、陶瓷、碳纤维材料、医药以及光电子或微电子器件和火箭推进器中已经得到了广泛的应用。纳米技术的发展必将引起材料科学发展的一场新的革命，同时也必将为人类提供一种崭新的生活方式和思维方式。目前，纳米材料的开发和应用越来越受到人们的关注，而目前纳米粉体制备的方法更是层出不穷，比较

2、常见制备方法的有气相法、液相法和固相法以及机械合金化。激光制备方法作为一种新技术由于具有一系列特殊的优点，自从Haggerty等人在20世纪80年代首次提出以来得到了迅速发展，成为材料科学与凝聚态物理研究的前沿领域。与其它纳米材料的制备方法相比，激光法制备的纳米粉体更好的符合Bowen提出的理想粉末的条件，是一种更为理想的纳米粉体制备方法。激光法制备纳米粉体技术的特点激光是一种受激辐射的特殊光源，加上激光器中谐振腔的作用，使激光具有很好的相干性和方向性，因而激光的稳定性很好，聚焦度很高，能产生高能量密度的激光光束。作为加热源的激光由于自身的特殊性

3、，在制备纳米粉体和薄膜具有以下几个特点：（1）激光光源的输出端可以置反应容器之外，输出的激光通过反应容器上的光镜后进入反应室直接与作用物质作用，制备过程操作简便，各种工艺参数易控制，尤其激光功率大小、功率密度的调节比较简单；（2）反应时间短，加热温度高，致使加热与冷却速度快，这种"冷淬”的效果会抑制形核不会生长过大，易制备纳米量级的微粒；（3）激光光束直径小,作用区域面积小，反应区可与反应器壁隔离，这种无壁反应避免了由反应壁造成的污染，可制得高纯纳米粉体；（4）可以制备出高质量的纳米粉体，制备的纳米粉体具有颗粒小、形状规则、粒径分布范围窄、无严重

4、团聚、无粘结、高纯度、表面光洁等特点；（5）适用范围广。在普通金非金属以及氮化物、碳化物、氧化物和复合材料中已经得到了广泛的应用，由于激光的高能量密度在难熔材料的纳米化中更显示出巨大的优越性。激光法制备纳米粉体的原理激光制备纳米粉体的基本方法有激光诱导化学气相沉积法（LICVD）和激光烧蚀法（LAD）o激光诱导制备纳米粉体并不是仅仅以激光为加热源，而是利用激光的诱导作用和作用物质对特定激光波长的共振吸收制备出所要求的纳米粉体。LICVD制备纳米粒子的基本原理是利用反应气体分子（或光敏分子）对特定波长激光的共振吸收，诱导反应气体分子的激光热解、激光

5、离解（如紫外光解、红外多光子离解）、激光光敏化等化学反应，在一定工艺条件下（激光功率密度、反应池压力、反应气体配比、流速和反应温度等）反应生成物成核和生长，通过控制成核与生长过程，即可获得纳米粒子。将反应气体混合后，经喷嘴喷入反应室形成高速稳定的气体射流，为防止射流分散并保护光学透镜，通常在喷嘴外加设同轴保护气体。如反应物的红外吸收带与激光振荡波波长相匹配，反应物将有效吸收激光光子能量，产生能量共振，温度迅速升高，形成高温、明亮的反应火焰，反应物在瞬间发生分解化合，形核长大。它们在气流惯性和同轴保护气体的作用下，离开反应区后，便快速冷却并停止生长

6、，最后将获得的纳米粉体收集于收集器中。激光烧蚀法是一个蒸发、分解合成、冷凝的过程，其基本原理是：将作为原料的耙材置于真空或充满氨等保护气体的反应室中，耙材表面经激光照射后，与入射的激光束相作用。耙材吸收高能量激光束后迅速升温、蒸发形成气态。气态物质可直接冷凝沉积形成纳米微粒，气态物质也可在激光作用下分解后再形成纳米微粒。若反应室中有反应气体，则蒸发物可与反应气体发生化学反应，经过形核生长、冷凝后得到复合化合物的纳米粉体。激光烧蚀法同激光诱导化学气相法相比，其生产率更高，使用范围更广，并可合成更为细小的纳米粉体。由于激光的特殊作用，激光烧蚀法可制得

7、在平衡态下不能得到的新相。激光烧蚀法中，激光主要作用于固体一真空（气体）界面，随着对材料性能的新的要求，人们开始尝试激光烧蚀液一固界面。激光诱导液一固界面反应法与诱导固体一真空（气体）界面原理相似，只是反应或保护环境由真空或气体变为液体。首先，激光与液一固界面相互作用形成一个烧蚀区，再促使正负粒子、原子、分子以及其它粒子组成的等离子体的形成。等离子体形成后，因处于高温高压高密度绝缘膨胀态四处扩散，利用粒子间的相互作用和液体的束缚作用，在液一固界面附近形成纳米粉体。由于液体的作用促进了等离子体的重新形核生长，此方法在制备那些只有在极端条件下才能制备

8、的亚稳态纳米晶具有很大的优越性。为拓宽激光在纳米粉体制备中的应用，可采用激光一感应复合加热法制备纳米粉体。在激光作用之前，先将靶材用高频