納米材料制備方法綜述

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1、納米材料制備方法綜述摘要：納米材料由于其特殊性質(zhì)，近年來受到人們極大的關(guān)注。隨著納米科技的發(fā)展，納米材料的制備方法已日趨成熟。納米材料的制備方法按物態(tài)一般可歸納為氣相法、液相法、固相法。目前，各國科學(xué)家在納米材料的研究方面已取得了顯著的成果。納米材料將推動21世紀的信息技術(shù)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、自動化技術(shù)及能源科學(xué)的發(fā)展,對生產(chǎn)力的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。關(guān)鍵字：納米材料，制備，固相法，液相法，氣相法近年來，納米材料作為一種新型的材料得到了人們的廣泛關(guān)注。納米材料是指任意一維的尺度小于100nm的晶體、非晶體、準晶

2、體以及界面層結(jié)構(gòu)的材料，具有表面與界面效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)，小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，因而納米具有很多奇特的性能，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。為此，本文綜述了納米材料制備的各種方法并說明其優(yōu)缺點。目前納米材料制備采用的方法按物態(tài)可分為：氣相法、液相法和固相法。一、氣相法氣相法是將高溫的蒸汽在冷阱中冷凝或在襯底上沉積和生長低維納米材料的方法。氣相法主要包括物理氣相沉積（PVD）和化學(xué)氣相沉積（CVD），在某些情況下使用其他熱源獲得氣源，如電阻加熱法，高頻感應(yīng)電流加熱法，混合等離子加熱法，通電加熱蒸發(fā)法。1、物理

3、氣相沉積（PVD）在PVD過程中沒有化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，其主要過程是固體材料的蒸發(fā)和蒸發(fā)蒸氣的冷凝或沉積。采用PVD可制備出高質(zhì)量的納米材料粉體。PVD可分為制備出高質(zhì)量的納米粉體。PVD可分為蒸氣-冷凝法和濺射法。1.1蒸氣-冷凝法此種制備方法是在低壓的Ar、He等惰性氣體中加熱物質(zhì)（如金屬等），使其蒸發(fā)汽化,然后在氣體介質(zhì)中冷凝后形成5-100nm的納米微粒。通過在純凈的惰性氣體中的蒸發(fā)和冷凝過程獲得較干凈的納米粉體。此方法制備的顆粒表面清潔，顆粒度整齊，生長條件易于控制，但是粒徑分布范圍狹窄。1.2濺射

4、法用兩塊金屬板分別作為陽極和陰極，陰極為蒸發(fā)用的材料，在兩電極間充入Ar氣(40～250Pa)，兩電極間施加的電壓范圍為0.3～1.5kv。由于兩極間的輝光放電使Ar離子形成，在電場的作用下Ar離子沖擊陰極靶材表面，使靶材原產(chǎn)從其表面蒸發(fā)出來形成超微粒子．并在附著面上沉積下來。用濺射法制備納米微粒有許多優(yōu)點:可制備多種納米金屬，包括高熔點和低熔點金屬。常規(guī)的熱蒸發(fā)法只能適用于低熔點金屬；能制備多組元的化合物納米微粒，如A152Ti48、Cu91Mn9及ZrO2等；通過加大被濺射的陰極表面可提高納米微粒的

5、獲得量。1、化學(xué)氣相沉積（CVD）該方法是在一個加熱的襯底上,通過一種或幾種氣態(tài)元素或化合物產(chǎn)生的化學(xué)元素反應(yīng)形成納米材料的過程,具有均勻性好,可對整個基體進行沉積等優(yōu)點。其缺點是襯底溫度高。隨著其它相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,由此衍生出來的許多新技術(shù),如分子束外延（MBE）、金屬有機化合物氣相沉積(MOCVD)、化學(xué)束外延（CBE）、激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積（PICVD）。2.1分子束外延（MBE）在超高真空系統(tǒng)中相對地放置襯底和幾個分子束源爐，將組成化合物的各種元素和摻雜元素等分別放入不同的爐源內(nèi)，加熱爐源使它們以

6、一定的速度和束流強度比噴射到加熱的襯底表面上，在表面互相進行晶體的外延生長。該法可制備出不同的超晶格材料，外延表面和界面可達分子級的平整度。結(jié)合適當(dāng)?shù)难谀ぁ⒓す庹T導(dǎo)技術(shù)，還可實現(xiàn)3維圖形結(jié)構(gòu)的外延生長。但MBE生長速度較低，一般為0.1~1um/h。2.2金屬有機化合物氣相沉積(MOCVD)MOCVD是用H2將金屬有機化合物蒸氣和氣態(tài)的非金屬氫化物經(jīng)過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)送入反應(yīng)室中加熱的襯底上，通過加熱分解在襯底表面生長出來外延層的技術(shù)。此方法的優(yōu)點是采用氣態(tài)源，生長速率比MBE快得多，有利于大面積超薄層、超晶格

7、等材料的批量生產(chǎn)。不足在于平整度及厚度不好控制，且所用氣體源有毒、易燃，使用中必須中必須注意安全。2.3化學(xué)束外延（CBE）CBE是在MBE設(shè)備上使用氣態(tài)源取代固態(tài)源，兼有MBE和MOCVD的優(yōu)點，還可生長出MBE難以控制生長的，但又十分重要的磷化物超晶格材料，能消除MBE材料中經(jīng)常出現(xiàn)的由Ga源引起的橢圓形缺陷，均勻性好。2、電阻加熱法欲蒸發(fā)的物質(zhì)(如金屬、CaF2、NaCl、FeF2等離子化合物、過渡族金屬氮化物及氧化物等)置于坩堝內(nèi)。通過鎢電阻加熱器或石墨加熱器等加熱裝置逐漸加熱蒸發(fā)，產(chǎn)生元物質(zhì)煙

8、霧，由于惰性氣體的對流，煙霧向上移動，并接近充液氮的冷卻棒(冷阱,77K)，在接近冷卻棒的過程中，元物質(zhì)蒸汽首先形成原子簇．然后形成單個納米微粒。最后在冷卻棒表面上積聚起來，用聚四氛乙烯刮刀刮下并收集起來獲得納米粉。該方法加熱方式簡單，工作溫度受坩堝材料的限制,還可能與坩堝反應(yīng)。所以一般用來制備Al、Cu、Au等低熔點金屬的納米粒子。3、高頻感應(yīng)電流加熱法該法以高頻感應(yīng)線圈為熱源,使坩堝內(nèi)的導(dǎo)電物質(zhì)在渦流作用下加熱，在低壓惰性氣體中蒸發(fā),蒸