模板直流电弧等离子体法制备fe-co合金纳米粒子研究

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1、创新性实验报告研究题目：直流电弧等离子体法制备Fe-Co合金纳米粒子研究专业班级：姓名（学号）：完成时间：指导教师：孙维民6成绩：研究题目：直流电弧等离子体法制备Fe-Co合金纳米粒子研究XX学院XX专业（学号）姓名[研究内容]：Fe-Co合金纳米粒子的制备方法[仪器设备]：直流电弧等离子体发制备纳米粒子实验装置[相关知识]：制备纳米粒子的物理方法(1)机械粉碎法机械粉碎就是在粉碎力的作用下，固体料块或粒子发生变形进而破裂，产生更微细的颗粒。物料的基本粉碎方式是压碎、剪碎、冲击粉碎和磨碎。一般的粉碎作用力都是这几种力的

2、组合，如球磨机和振动磨是磨碎与冲击粉碎的组合;气流磨是冲击、磨碎与剪碎的组合，等等。理论上，固体粉碎的最小粒径可达0.01-0.05μm。然而，用目前的机械粉碎设备与工艺很难达到这一理想值。粉碎极限取决于物料种类、机械应力施加方式、粉碎方法、粉碎工艺条件、粉碎环境等因素。比较典型的纳米粉碎技术有:球磨、振动磨、搅拌磨、气流磨和胶体磨等。其中，气流磨是利用高速气流(300-500m/s)或热蒸气(300-450℃)的能量使粒子相互产生冲击、碰撞、摩擦而被较快粉碎。气流磨技术发展较快，20世纪80年代德国Alpine公司开

3、发的流化床逆向气流磨可粉碎较高硬度的物料粒子，产品粒度达到了1-5μm。降低入磨物粒度后，可得到平均粒度1μm的产品，也就是说，产品的粒径下限可达到0.1μm以下。除了产品粒度微细以外，气流粉碎的产品还具有粒度分布窄、粒子表面光滑、形状规则、纯度高、活性大、分散性好等优点。因此，气流磨引起了人们的普遍重视，其在陶瓷、磁性材料、医药、化工颜料等领域有广阔的应用前景。6(2)蒸发凝聚法大约在40年代初，上田良二教授采用真空蒸发法制备了Zn超微粒子。因此他成为了最早研究蒸发法制备金属超微粒子的人[22]。随后许多研究者开始对

4、气体蒸发法制备超微粒子技术进行研究，并在此基础上进行了改进，开辟了多种技术手段制备各种超微粒子[23-26]。蒸发法制备超微粒子基本上可以分为一下几种方法：金属眼粒子结晶法、真空蒸发法、气体蒸发法几类。而按原料加热蒸发技术手段不同，又可将蒸发法分为电极蒸发、高频感应蒸发、电子束蒸发、等离子体蒸发、激光束蒸发等几类。气体中蒸发是在几百Pa至几万个Pa的压力下，将金属或合金加热，蒸发的原子在与气体分子的不断碰撞中冷却，产生超微粒子。直流电弧等离子体由于方法简单，热效率高，已广泛用于加热热源。(3)离子溅射法用两块金属板分别

5、作为阴极和阳极，阴极为蒸发用材料，在两电极间充入Ar(40-250Pa)，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，在电场作用下Ar子冲击阳极靶材表面，使靶材原子从其表面蒸发出来形成超微粒子，并在附着面上沉积下来。离子的大小及尺寸分布主要取决于两极间的电压、电流、气体压力。靶材的表面积愈大，原子的蒸发速度愈高，超微粒的获得量愈大。溅射法制备纳米微粒材料的优点是:(1)可以制备多种纳米金属，包括高熔点和低熔点金属。常规的热蒸发法只能适用于低熔点金属;(2)能制备出多组元的化合物纳米微粒

6、，如AlS2，Tl48，Cu91，Mn9，ZrO2等;通过加大被溅射阴极表面可加大纳米微粒的获得量。采用磁控溅射与液氮冷凝方法可在表面沉积有方案膜的电镜载网上支撑制备纳米铜颗粒。(4)冷冻干燥法先使干燥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。如果从水溶液出发制备纳米粒子，冻结后将冰升华除去，直接可获得纳米粒子。如果从熔融盐出发，冻结后需要进行热分解，最后得到相应纳米粒子。冷冻干燥法用途比较广泛，特别是以大规模成套设备来生产微细粉末时，其相应成本较低，具有实用性。

7、此外，还有火花放电法，是将电极插入金属粒子的堆积层，利用电极放电在金属粒子之间发生电火花，从而制备出相应的微粉。爆炸烧结法，是利用炸药爆炸产生的巨大能量，以极强的载荷作用于金属套，使得套内的粉末得到压实烧结，通过爆炸法可以得到1μm以下的纳米粒子。活化氢熔融金属反应法的主要特征是将氢气混入等离子体中，这种混合等离子体再加热，待加热物料蒸发，制得相应的纳米粒子。[制备原理]：6电弧是一种气体的放电现象，在一定条件下，使两极之间的气体空间导电，使电能转化为热能和光能的过程。电弧的带电粒子主要由气体空间中气体的电离和电极电子

8、发射两个物理过程产生。单位长度电弧产生的能量可以表示为Q=E·I，式中Q为单位电弧弧长产生的能量；E为电弧电场强度；I为电弧电流。当外加电流一定时，电弧产生能量的大小正比于强度E，E是电弧导电率的函数，其大小意味着电弧导电的难易。电弧法的基本原理是利用电弧的高温首先使弧柱中的各种原子电离,当这些离子离开弧柱时,温度急剧下降而饱和。