直流电弧等离子体制备氮化物纳米粒子

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1、第14卷专辑3V01．14S3中国有色金属学报TheChineseJournalofNonferrousMetals2004年10月Oct．2004文章编号：1004—0609(2004)S3—0206—06直流电弧等离子体制备氮化物纳米粒子①关波，傅正义，王玉成，王为民，张金咏，林华幌(武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室，武汉430070)捅要：采用直流电弧等离子体设备(自行研制)制备金属氮化物纳米粒子，探讨了直流电弧等离子体条件下(高的热性能、高的化学反应活性、高的冷却速率、可控的气氛)氮化反应机理和金属氮化物纳米粒子的成核、生长机制。研究结果表明：

2、反应温度和过饱和度及反应气体压力是影响成核、生长速率与临界成核半径的主要因素，冷却介质是影响产物粒度的关键因素。调整适当的工艺参数，可制备出平均粒径小于20nm的AIN和小于80nm的TiN纳米粒子，粉末粒径分布窄，形貌均匀且无团聚。关键词：纳米粒子；等离子体；成核机制；生长速率Preparationofnano-structuredmetalnitrifierpowderbyDCplasmaGUANBo，FUZheng-yi，WANGYU—eheng，WANGWei-ming，ZHANGJin-yong，LinHua-huang(TheStateKeyI。a

3、bofAdvancedTechnologyforMaterialsSynthesisandProcessing．WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070，China)Abstract：Thegrain—createmechanismofmetalnitrifiernaonsizepowderwasstudiedintheDCarcplasmasystem(high—heat，high—reactionactivity，quick—coolingrate，ambi—adjustable)．Resultsshowthatthe

4、temperatureofreac—tion，extra—saturation，thepressureofreactiongasandcoolingmediumsaremainfactorswhichaffecttheratesofgrain—creatingandgrowth，theradiusofcrystalnucleus．ThesefactorsmustbecontrolledinordertOattainnanosizenitrifierpowderwithahigh—purity．Thesizeofparticlecanbeadjusted(AIN

5、：10—100nm；TiN：8—60nm)withdifferentcoolingmediums(1iquor—nitrogen，ice-saltwater，20℃water)byDCarcplasma．ThepurityofAINnanos—izepowderiS98％andthatofnanosizepowderTiNiS98．7％．Keywords：nanosizepowder；plasma；grain-createmechanism；rateofgrowth纳米材料是20世纪80年代中期发展起来的一种新型材料，它是指材料组成的粒子介于微观原子与宏观材料

6、的过渡区域(几纳米到几百纳米)，用肉眼和光学显微镜看不见的一类材料。随着现代工业和科技的发展，纳米材料已成为材料界倍受注目的研究热点之一。由于组成材料的粒子粒径减小。比表面积增大，界面相原子数提高了几个数量级，与晶体相原子数几乎相当，使纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观隧道效应等[1一]。结构上的变化使纳米材料在磁、光、电、敏感、物理化学等方面具有常规材料所没有的特性，广泛应用于现代社会的各个领域，许多科学家预言，纳米材料将是下一次工业革命的核心[3]。等离子体法以其独具的特点，已成为制备纳米粒子的重要手段。利用该法不但可以制备出大多数金属的

7、纳米粒子，而且还能制备出多种高溶点金属、合金、氮化物、碳化物、氧化物纳米粒子，也能制备金属一非金属多组分复合物的纳米粒子[1’41，这主要是基于其具备的以下特点：1)高的热性能。最高温度达30000K；高的导热性，极大的温度梯度。2)高的化学活性。在高温等离子体条件下，多①基金项目：国家杰出青年基金资助项目(59925207)通讯作者：关波．博士l电话：027—87292773(H)，027—87865484(())；E—mail：guanboku@163．corn第14卷专辑3关波，等：直流电弧等离子体制备氮化物纳米粒子·207．数分子已变成原子、离子态或激

8、活态，成为活性基团，有利于完成化学合成