纳米粒子的制备方法及应用

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1、北京石油化工学院学报第11卷第4期Vol.11No.4JournalofBeijingInstituteof2003年12月Dec.2003Petro-chemicalTechnology=========================================================纳米粒子的制备方法及应用喻强郝保红（北京石油化工学院机械工程系，北京102617）摘要当粒子尺寸达到纳米量级时，粒子将具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，因而表现出许多特有的性质，在催化、滤光、光吸收、医学、磁介质及新材料方面有广

2、阔的应用前景。综述了纳米粒子的制备方法，按研究纳米粒子的学科分类，可将其分为物理方法、化学方法和物理化学方法。关键词纳米粒子；制备方法；物理方法；化学方法；物理化学方法中图法分类号TF123纳米粒子指的是粒径比光波短（100nm以生冲击、碰撞、摩擦而被较快粉碎。气流磨技术下）而性质处于本体和原子之间的物质。纳米发展较快，20世纪80年代德国Alpine公司开发制备技术是20世纪80年代末诞生并崛起的新的流化床逆向气流磨可粉碎较高硬度的物料粒技术，其基本涵义是：纳米尺寸范围（10-9～子，产品粒度达到了1～5。降低入磨物粒µm10-7度后，可得平均粒

3、度1的产品，也就是说，产m）内认识和改造自然，通过直接操作和安µm排原子、分子创造新物质［1］。由于纳米材料具品的粒径下限可达到0.1以下。除了产品µm有奇特的力学、电学、磁学、热学、化学性能等，粒度微细以外，气流粉碎的产品还具有粒度分目前正受到世界各国科学家的高度重视［2］。布窄、粒子表面光滑、形状规则、纯度高、活性大、分散性好等优点。因此，气流磨引起了人们1制备纳米粒子的物理方法的普遍重视，其在陶瓷、磁性材料、医药、化工颜1.1机械粉碎法料等领域有广阔的应用前景。机械粉碎就是在粉碎力的作用下，固体料1.2蒸发凝聚法块或粒子发生变形进而破裂，产生

4、更微细的颗蒸发凝聚法是将纳米粒子的原料加热、蒸粒。物料的基本粉碎方式是压碎、剪碎、冲击粉发，使之成为原子或分子；再使许多原子或分子碎和磨碎。一般的粉碎作用力都是这几种力的凝聚，生成极微细的纳米粒子。利用这种方法组合，如球磨机和振动磨是磨碎与冲击粉碎的得到的粒子一般在5～100nm之间。蒸发法制组合；气流磨是冲击、磨碎与剪碎的组合，等等。备纳米粒子大体上可分为：金属烟粒子结晶法、理论上，固体粉碎的最小粒径可达0.01～0.05真空蒸发法、气体蒸发法等几类。而按原料加µm。然而，用目前的机械粉碎设备与工艺很难热技术手段不同，又可分为电极蒸发、高频感应达

5、到这一理想值。粉碎极限取决于物料种类、蒸发、电子束蒸发、等离子体蒸发、激光束蒸发机械应力施加方式、粉碎方法、粉碎工艺条件、等几类。粉碎环境等因素。比较典型的纳米粉碎技术1.3离子溅射法有：球磨、振动磨、搅拌磨、气流磨和胶体磨等。用两块金属板分别作为阴极和阳极，阴极其中，气流磨是利用高速气流（300～500m/s）为蒸发用材料，在两电极间充入A（r40～250或热蒸气（300～450℃）的能量使粒子相互产Pa），两极间施加的电压范围为0.3～1.5kV。由于两极间的辉光放电使Ar粒子形成，在电场收稿日期：2003-08-29作用下Ar离子冲击阳极靶材

6、表面，使靶材原子62北京石油化工学院学报2003年第11卷从其表面蒸发出来形成超微粒子，并在附着面类方法。气相分解是对待分解的或经前期预先上沉积下来。离子的大小及尺寸分布主要取决处理的中间化合物进行加热、蒸发、分解，得到于两极间的电压、电流、气体压力。靶材的表面目标物质的纳米粒子；气相合成法通常是利用积愈大，原子的蒸发速度愈高，超微粒的获得量两种以上物质之间的气相化学反应，在高温下愈大。溅射法制备纳米微粒材料的优点是：（1）合成出相应的化合物，再经过快速冷凝，从而制可以制备多种纳米金属，包括高熔点和低熔点备各种物质的纳米粒子。金属。常规的热蒸发法只

7、能适用于低熔点金2.2沉淀法属（；2）能制备出多组元的化合物纳米微粒，如沉淀法是在溶液状态下将不同化学成分的AlS2，Tl48，Cu91，Mn9，ZrO2等；通过加大被溅射物质混合，在混合溶液中加入适当的沉淀剂制阴极表面可加大纳米微粒的获得量。采用磁控备纳米粒子的前驱体沉淀物，再将此沉淀物进溅射与液氮冷凝方法可在表面沉积有方案膜的行干燥或煅烧，从而制得相应的纳米粒子。一电镜载网上支撑制备纳米铜颗粒。般粒子在1µm左右时就可以发生沉淀，从而产1.4冷冻干燥法生沉淀物，生成粒子的粒径通常取决于沉淀物先使干燥的溶液喷雾在冷冻剂中冷冻，然的溶解度，沉淀物的

8、溶解度越小，相应粒径也越后在低温低压下真空干燥，将溶剂升华除去，就小。而粒子的粒径随溶液的过饱和度减小呈增可以得到相应物质