第三讲 纳米粒子制备.ppt

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1、第三讲纳米粒子的制备一、制备方法评述二、制备纳米粒子的物理方法三、制备纳米粒子的化学方法四、化学物理合成法(综合法)一、制备方法评述1.简况：在自然界中存在着大量纳米粒子，如烟尘、各种微粒子粉尘、大气中的各类尘埃物等。然而，自然界中存在的纳米粒子无法直接加以应用，有些是以有害的污染物出现的。无意识制备：从20世纪初开始，物理学家就开始制备金属纳米粒子，其中最早采用的方法是蒸发法；20世纪30年代日本开展了“沉烟试验”，用蒸发冷凝法制成了超微铅粉；自觉地合成：1963年，Uyeda用气体蒸发冷凝法制得金属纳米微粒。1984年，德国的H.Gleiter等人用气体

2、蒸发冷凝获得的纳米铁粒子，在真空下原位压制成纳米固体材料，使纳米材料研究成为材料科学中的热点。2.纳米粒子的制备方法的分类按照物质的原始状态分类，可分为：固相法、液相法、气相法；按研究纳米粒子的学科，针对纳米粒子生成机理与制备过程,一般将制备方法分成：物理方法：分粉碎法和构筑法；化学方法：各类化学反应法；物理化学方法(综合法）.按制备技术分类，可分为：机械粉碎法、气体蒸发法；化学沉淀法、溶胶凝胶法；激光合成法、等离子体合成法、射线辅照合成法等.二、制备纳米粒子的物理方法1.机械粉碎法定义：纳米机械粉碎法是在传统的机械粉碎技术技术中发展起来的，以粉碎与研磨为主

3、体来实现粉末的纳米化。特点：理论上，达到的最小粒径为10-50nm，实际极限值为50nm，粒径较大；方法简单易行，但易引入杂质，要注意易燃、易爆物料。应用：可以制备纳米纯金属粉和合金粉，多用于粉体的后续加工。（1）球磨定义：球磨机是目前广泛采用的纳米磨碎设备。它是利用利用介质和物料之间的相互研磨和冲击使物料粒子磨碎。特点：获得粒子较大；经几百小时的长时间球磨，可使小于1微米的粒子达到20%；应用：可以用高速旋转磨机连续生产，临界粒径3微米。（2）振动球磨定义：振动球磨是以球或棒为介质，介质在粉碎室内振动，冲击物料使其粉碎；行星磨：物料和介质在公转和自转两种方

4、式互相摩擦、冲击。特点：可用于各种硬度物料，使其粉碎。可获得小于2微米的粒子达90%，甚至获得50nm的粒子。（3）振动磨定义：振动磨是利用球磨介质，在一定振幅的筒体内，对物料进行冲击、摩擦、剪切使物料粉碎。分类：按振动方式不同，振动磨可分为惯性式和偏转式；按筒体数目可分为单筒式和多筒式；按操作方式可分为间歇式和连续式。特点：可用于各种硬度物料，使其粉碎；粒径达1微米以下。（4）搅拌磨定义：由一个静止的研磨筒和一个旋转的搅拌器构成。一般研磨介质为直径小于6毫米的球形介质。分类：根据结构和研磨方式可分为间歇式、循环式和连续式三种类型。特点：研磨介质为球形，用于

5、纳米粉碎时，球形介质的直径一般小于3mm。（5）胶体磨定义：利用一对固体磨子和高速旋转磨体的相对运动所产生的剪切、摩擦、冲击来分散物料。特点：处理浆料，分散、乳化物料；短时间内，粒子粒径达1微米以下。（6）纳米气流粉碎磨定义：这是一种较成熟的纳米粉碎技术。该技术利用高速气流（300~500m/s)或热蒸汽（300~450℃）的能量是粒子相互冲击、碰撞、摩擦而被较快粉碎。在粉碎室里，粒子之间的碰撞频率远高于粒子与器壁之间的碰撞。优点：产品粒度细、产品粒度的下限可达到0.1微米以下。粒度分布窄、粒子表面光滑、形状规则、纯度高、活性大、分散性好。2.蒸发凝聚法原理

6、：它是在高真空条件下，将金属原料加热、蒸发，使之成为原子或分子，再凝聚生成纳米粒子。制备过程一般不伴有燃烧之类的化学反应，是纯粹的物理过程。金属烟粒子结晶法：将金属放在真空中，充惰气，通过蒸发、凝聚形成金属烟粒子，沉积到真空室内壁上。流动油面蒸发凝聚法：将物质在真空中连续的蒸发到流动的油面上，然后把含有纳米粒子的油会受到储存器内，再经过真空蒸馏、浓缩。原料的蒸发方式：电阻蒸发、等离子体蒸发、激光束加热蒸发、电子束加热蒸发、电弧放电加热蒸发、高频感应电流加热蒸发、太阳炉加热蒸发等。优点：制备的纳米粉纯度高、粒度分布窄、结晶性好、表面清洁、粒度易于控制、蒸发法所

7、得产品的粒径一般5~100nm,；原则上适用于任何被蒸发的元素以及化合物。3.离子溅射法基本原理：两块金属板放在惰气中作为阴、阳极，加高压电流，辉光放电中的离子撞击阴极靶，靶中的原子从表面蒸发而制备纳米粒子。特点：溅射法一般用于制膜，也可被粒子；粒子的收率高，粒子均匀、分布窄，粒径小（纳米银可达5-20nm）；适合于制高熔点金属纳米粒子，可以制金属或化合物粒子，但设备贵，产量低。4.冷冻－干燥法原理：先使含金属的溶液喷雾在冷冻剂中冷冻，然后在低温低压下真空干燥，将溶剂升华除去，就可以得到相应物质的纳米粒子。常见的冷冻剂：乙烷、液氮。借助于干冰－丙酮的冷却使乙

8、烷维持在-77°C的低温，而液氮能直接冷却到-196