納米粒子的常見制備方法及形貌觀察課件.ppt

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1、第三講納米粒子的常見制備方法及形貌觀察納米材料是納米科技的基礎(chǔ)，而納米粒子的制備及其表征工作是納米材料研究領(lǐng)域中的最基本、最重要的研究工作。目前，納米粒子的制備方法很多，根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可以有多種分類方法。根據(jù)反應(yīng)環(huán)境可分為液相法、氣相法和固相法；根據(jù)反應(yīng)性質(zhì)可分為化學(xué)制備法、化學(xué)物理制備法和物理制備法。不同的制備方法可導(dǎo)致納米粒子的性能以及粒徑各不相同。1.納米粒子的制備1.1化學(xué)制備方法1.1.1化學(xué)沉淀法其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，但純度低，顆粒半徑大。適合制備氧化物。（1）共沉淀法在含有多種陽(yáng)離子的溶液中加入

2、沉淀劑，使金屬離子完全沉淀的方法稱為共沉淀法。（2）均勻沉淀法在溶液中加入某種能緩慢生成沉淀劑的物質(zhì)，使溶液中的沉淀均勻出現(xiàn)，稱為均勻沉淀法。本法克服了由外部向溶液中直接加入沉淀劑而造成沉淀劑的局部不均勻性。（3）多元醇沉淀法許多無(wú)機(jī)化合物可溶于多元醇，由于多元醇具有較高的沸點(diǎn)，可大于100℃，因此可用高溫強(qiáng)制水解反應(yīng)制備納米顆粒。（4）沉淀轉(zhuǎn)化法本法依據(jù)化合物之間溶解度的不同，通過改變沉淀轉(zhuǎn)化劑的濃度、轉(zhuǎn)化溫度以及表面活性劑來(lái)控制顆粒生長(zhǎng)和防止顆粒團(tuán)聚。沉淀轉(zhuǎn)化法工藝流程短，操作簡(jiǎn)便，但制備的化合物僅局限于少

3、數(shù)金屬氧化物和氫氧化物。ZrOCl2.8H2OYCl3洗滌、脫水、防團(tuán)聚ZrOCl2.8H2O+YCl3NH4OHZrOCl2+2NH4OH+H2Zr(OH)4+2NH4ClYCl3+3NH4OHY(OH)3+2NH4ClZr(OH)4+nY(OH)3按比例混合Zr1-xYxO2煅燒1.原料混合2.加沉淀劑3.沉淀反應(yīng)控PH、濃度攪拌、促進(jìn)形核、控生長(zhǎng)4.洗滌、脫水、防團(tuán)聚5.煅燒穩(wěn)定氧化鋯陶瓷的化學(xué)沉淀法制備1.1.2化學(xué)還原法（1）水溶液還原法采用水合肼、葡萄糖、硼氫化鈉(鉀)等還原劑，在水溶液中制備超細(xì)金

4、屬粉末或非晶合金粉末，并利用高分子保護(hù)劑PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)阻止顆粒團(tuán)聚及減小晶粒尺寸。其優(yōu)點(diǎn)是獲得的粒子分散性好，顆粒形狀基本呈球形，過程可控制。（2）多元醇還原法該工藝主要利用金屬鹽可溶于或懸浮于乙二醇(EG)、一縮二乙二醇(DEG)等醇中，當(dāng)加熱到醇的沸點(diǎn)時(shí)，與多元醇發(fā)生還原反應(yīng)，生成金屬沉淀物，通過控制反應(yīng)溫度或引入外界成核劑，可得到納米級(jí)粒子。（3）氣相還原法本法也是制備微粉的常用方法。例如，用15%H2-85%Ar還原金屬?gòu)?fù)合氧化物制備出粒徑小于35nm的CuRh，g-Ni0.33Fe0.66

5、等。（4）碳熱還原法碳熱還原法的基本原理是以炭黑、SiO2為原料，在高溫爐內(nèi)氮?dú)獗Ｗo(hù)下，進(jìn)行碳熱還原反應(yīng)獲得微粉，通過控制工藝條件可獲得不同產(chǎn)物。目前研究較多的是Si3N4、SiC粉體及SiC-Si3N4復(fù)合粉體的制備。1.1.3溶膠－凝膠法（1）溶膠—凝膠法基本原理在常溫或近似常溫下把金屬醇鹽溶液加水分解，同時(shí)發(fā)生縮聚反應(yīng)制成溶膠，再進(jìn)一步反應(yīng)形成凝膠并進(jìn)而固化，然后經(jīng)低溫?zé)崽幚矶玫綗o(wú)機(jī)材料的方法。由于加熱的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于氧化物的融化溫度，所以被稱為低溫合成法。也由于利用了加水分解、縮聚等化學(xué)反應(yīng)，所以又可叫

6、做玻璃的化學(xué)合成法。（2）溶膠-凝膠法工藝流程（3）溶膠—凝膠法的應(yīng)用溶膠—凝膠法按其反應(yīng)機(jī)理可分為三類，即傳統(tǒng)膠體型、無(wú)機(jī)聚合物型（金屬醇鹽型）和絡(luò)合物型。主要應(yīng)用于如下幾個(gè)方面：①粉體原材料。②線型材料。③薄膜或涂層材料。④復(fù)合材料。⑤體型材料。（3）溶膠—凝膠法的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：①操作溫度遠(yuǎn)低于玻璃熔融溫度，節(jié)約能源，使得材料制備過程易于控制；②制備的材料各組分間高度均勻、組成范圍廣且可以大幅度變化；③工藝簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化，成本低，應(yīng)用靈活；④可提高生產(chǎn)效率；⑤可保證最終產(chǎn)品的純度；⑥制備的氣凝膠是一種結(jié)構(gòu)可

7、控的新型輕質(zhì)納米多孔非晶固態(tài)材料，具有許多特殊性質(zhì)，因而蘊(yùn)藏著廣闊的應(yīng)用前景。缺點(diǎn)：a.烘干后的球形凝膠顆粒自身燒結(jié)溫度低，凝膠顆粒之間燒結(jié)性差，塊體材料燒結(jié)性不好；b.干燥時(shí)收縮大。①水含量的影響②水解反應(yīng)溫度的影響③燒結(jié)溫度的影響④熱處理環(huán)境及催化劑等因素的影響⑤干燥控制化學(xué)添加劑的影響⑥采用現(xiàn)代加熱方式以獲得無(wú)開裂塊狀玻璃⑦采用不同的溶劑或者混合溶劑以消除開裂（4）溶膠—凝膠法制備無(wú)開裂塊狀材料的防開裂研究1.1.4水熱法水熱法是在高壓釜里的高溫、高壓反應(yīng)環(huán)境中，采用水作為反應(yīng)介質(zhì)，使得通常難溶或不溶的物

8、質(zhì)溶解，反應(yīng)還可進(jìn)行重結(jié)晶。水熱技術(shù)具有兩個(gè)特點(diǎn)，一是其相對(duì)低的溫度，二是在封閉容器中進(jìn)行，避免了組分揮發(fā)。1982年開始用水熱反應(yīng)制備納米粉末。水熱條件下粉體的制備有：水熱結(jié)晶法比如Al(OH)3Al203·H2O水熱合成法比如FeTiO3+K0HK2O.nTiO2水熱分解法比如ZrSiO4+NaOHZrO2+Na2SiO3水熱脫水法水熱氧化法典型反應(yīng)式：mM十nH2OMmOn+H2