納米粒子制備

《納米粒子制備》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、第五章納米顆粒的制備制備方法分為以下三大類氣相法液相法高能球磨法(也可以認(rèn)為是固相法）5.1氣相法制備納米微粒5.1.1低壓氣體中蒸發(fā)法（氣體冷凝法）制備方法：在低壓的氬、氮等惰性氣體中加熱金屬，使其蒸發(fā)后形成超微粒（1-1000nm）或納米微粒。加熱源：（1）電阻加熱法；（2）等離子噴射法；（3）高頻感應(yīng)法；（4）電子束法；（5）激光法。5.1.1低壓氣體蒸發(fā)法在高真空達(dá)到0.1Pa后，充入惰性氣體低壓達(dá)到2kPa。加入欲蒸發(fā)的物質(zhì)置于坩堝內(nèi)，加熱蒸發(fā)產(chǎn)生煙霧。由于惰性氣體的對(duì)流使煙霧向上移動(dòng)，在接近充液氮的冷卻棒（77K），最后得到超微粒物質(zhì)。納米微粒粒徑的控制通過(guò)調(diào)節(jié)惰性

2、氣體壓力，蒸發(fā)物質(zhì)的分壓，惰性氣體的溫度來(lái)調(diào)節(jié)粒徑的大小。隨蒸發(fā)速率或原物質(zhì)蒸汽壓力的增加，粒徑變大。5.1氣相法制備納米微粒5.1.2活性氫-熔融金屬反應(yīng)法制備方法：含有氫氣的等離子體與金屬間產(chǎn)生電弧，使金屬熔融，電離的N2,Ar等氣體（惰性氣體）和H2溶入熔融金屬，然后釋放出來(lái)，在氣體中形成了金屬的超微粒子，用離心收集器，過(guò)濾式收集器使微粒與氣體分離而獲得納米微粒。優(yōu)點(diǎn)：超微粒的生成量隨等離子氣體中的氫氣濃度增加而上升。5.1氣相法制備納米微粒5.1.3濺射法(sputtering)制備方法：用兩塊金屬板分別作為陽(yáng)極和陰極，陰極為蒸發(fā)用的材料，在兩電極間充入Ar氣（40-2

3、50Pa），兩電極間施加的電壓范圍為0.3-1.5KV。由于兩電極間的輝光放電形成了Ar正電離子，在電場(chǎng)的作用下Ar離子沖擊陰極靶材表面，使靶材原子從其表面蒸發(fā)出來(lái)形成超微粒子。濺射法的優(yōu)點(diǎn)（1）可制備多種納米金屬粒子，包括高熔點(diǎn)和低熔點(diǎn)金屬。常規(guī)的熱蒸發(fā)法只能適用于低熔點(diǎn)金屬；（2）能制備多組元的化合物（合金和氧化物）納米微粒，如Al52Ti48，Cu91Mn9及ZrO2等；（3）通過(guò)加大被濺射的陰極表面可提高納米微粒的產(chǎn)量。5.1.4流動(dòng)液面上真空蒸鍍法（1）可制備Ag,Au,Pd,Cu,Fe,Ni,Co,Al,In等超微粒，平均粒徑約3nm，而用惰性氣體蒸發(fā)法很難獲得尺寸

4、這樣小的微粒；（2）粒徑均勻，分布窄；（3）填加表面活性劑減小超微粒子的團(tuán)聚，均勻地分布在油中；（4）粒徑的尺寸可控5.1.5通電加熱蒸發(fā)法SiC超微粒的產(chǎn)量隨電流的增大而增加。產(chǎn)率為0.5g/min該方法可以制備Cr，Ti，V，Zr，Hf，Mo，Nb，Ta和W等碳化物超微粒子。5.1.6混合等離子(mixedplasma)法特點(diǎn)：（1）超微粒子的純度很高；（2）物質(zhì)可以充分加熱和反應(yīng)；（3）可使用非惰性的氣體（反應(yīng)性氣體）5.1.6混合等離子法等離子蒸發(fā)法使大顆粒金屬和氣體流入等離子室生成金屬超微粒子。反應(yīng)性等離子蒸發(fā)法使大顆粒金屬和氣體流入等離子室，同時(shí)通入反應(yīng)性氣體，生成

5、化合物超微粒子。等離子CVD法使化合物隨載氣流入等離子室，同時(shí)通入反應(yīng)性氣體，生成化合物超微粒子。5.1.7激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積激光的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn):各種不同功率和波長(zhǎng)的激光器均已商品化.激光作為加熱源,具有功率高,定向快速,加熱和冷卻速率很高,瞬間可以完成反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn).LICVD-LaserInducedChemicalVaporDeposition優(yōu)點(diǎn)：粒子表面清潔、粒徑大小精確可控、無(wú)粘結(jié)、粒度分布均勻可制備出粒徑為幾納米到幾十納米的非晶態(tài)或晶態(tài)納米顆粒。5.1.7激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積基本原理:利用反應(yīng)氣體分子(或光敏劑分子)對(duì)特定波長(zhǎng)激光束的吸收，引起反應(yīng)氣體分子的激光光解（

6、紫外光解或紅外光解）、激光熱解、激光光敏化和激光誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)合成，在一定工藝條件下（激光功率密度、反應(yīng)池壓力、反應(yīng)氣體配比和流速、反應(yīng)溫度等），獲得超細(xì)粒子的空間成核和生長(zhǎng)。5.1.7激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積硅烷分子很容易按下式熱解SiH4?Si(g)+2H2典型生長(zhǎng)過(guò)程包括如下5個(gè)過(guò)程：反應(yīng)體向粒子表面的輸運(yùn)過(guò)程；在粒子表面的沉積過(guò)程；化學(xué)反應(yīng)（或凝聚）形成固體過(guò)程；其它氣相反應(yīng)產(chǎn)物的沉積過(guò)程；氣相反應(yīng)產(chǎn)物通過(guò)粒子表面輸運(yùn)過(guò)程。5.1.7激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積粒子生長(zhǎng)速率可用下式表示這里[SiH4]是指SiH4分子濃度，KR為反應(yīng)速率常數(shù)；?SiH4為L(zhǎng)angmuir沉積系數(shù)，VS

7、i為分子體積。5.1.7激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積當(dāng)反應(yīng)體100%轉(zhuǎn)換時(shí)，最終粒子直徑為這里C0為硅烷初始濃度；N單位體積成核數(shù)，M為硅分子量，?為生成物密度。最終d﹤10nm且純度很高。5.1.7激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積采用不同的原料氣,經(jīng)化學(xué)反應(yīng)可合成不同的納米粒子,反應(yīng)式如下：3SiH4(g)+4NH3(g)?Si3N4(s)+12H2(g)SiH4(g)+CH4(g)?SiC(s)+4H2(g)2SiH4(g)+C2H4(g)?2SiC(s)+6H2(g)式中：g為氣態(tài)；s為固態(tài)。5.1.7激