第七章纳米固体材料制备方法

1、第七章第七章 纳米固体及制备纳米固体及制备7.17.1 纳米固体的分类及其基本构成纳米固体的分类及其基本构成7.2 纳米固体的制备纳米固体的制备指导老师：王成伟指导老师：王成伟 教授教授主讲人：主讲人： 更藏多杰更藏多杰第一节、第一节、纳米固纳米固体的分体的分类和基类和基本构成本构成纳米固体纳米固体 的的 分分 类类纳米固体的基本构成关于纳米结构材料的几点讨论按照小颗粒结构状态按照小粒子键的形式按照纳米微粒的构成固态物质的分类纳米固体的定义：纳米固体的定义： 纳米结构块体、薄膜材料纳米结构块体、薄膜材料（nanostructured nanostructured bulk and filmbu

2、lk and film）（即纳米固体即纳米固体）是由颗粒尺寸为是由颗粒尺寸为1 1100nm100nm的粒子为主体形成的块体和薄膜（颗粒膜、的粒子为主体形成的块体和薄膜（颗粒膜、膜厚为纳米级的多层膜和纳米晶和纳米非晶薄膜厚为纳米级的多层膜和纳米晶和纳米非晶薄膜）。膜）。固态物质的分类：固态物质的分类：根据原子排列的对称性和有序程度，可把固根据原子排列的对称性和有序程度，可把固态物质分为三类态物质分为三类: : 1 1、长程有序、长程有序( (具有平移周期具有平移周期) )的晶态的晶态. . 2 2、短程有序的非晶态、短程有序的非晶态. . 3 3、只有取向对称性的准晶态、只有取向对称性的准晶态

3、 按照按照小颗粒结构小颗粒结构状态，纳米固体可分为状态，纳米固体可分为纳米晶体材料又称纳米微晶材料纳米晶体材料又称纳米微晶材料、纳米非晶纳米非晶材料材料和和纳米准晶材料纳米准晶材料 按照小颗粒键的形式又可以把纳米材料划按照小颗粒键的形式又可以把纳米材料划分为分为纳米金属材料纳米金属材料、纳米离子晶体材料纳米离子晶体材料（如（如CaFCaF2 2）、）、纳米半导体材料纳米半导体材料以及以及纳米陶瓷材料纳米陶瓷材料 小颗粒小颗粒-纳米颗粒纳米颗粒 结构和固态物质一样也具有三种形结构和固态物质一样也具有三种形式：式：晶体晶体、非晶体非晶体和和准晶体准晶体. . 以纳米颗粒为单元分沿着一维方以纳米颗粒

4、为单元分沿着一维方向排列形成向排列形成纳米丝纳米丝，在二维空间排列，在二维空间排列形成形成纳米薄膜纳米薄膜，在三维空间可以堆积，在三维空间可以堆积成成纳米块体纳米块体。按纳米微粒的构成，纳米材料可分为两类按纳米微粒的构成，纳米材料可分为两类：1 1、纳米相材料：由单相微粒构成的固体。、纳米相材料：由单相微粒构成的固体。2 2、纳米复相材料：每个纳米微粒本身由两相构成、纳米复相材料：每个纳米微粒本身由两相构成( (一种相一种相弥散于另一种相中弥散于另一种相中) ) 其中：纳米复合材料涉及面较宽，包括三类：其中：纳米复合材料涉及面较宽，包括三类： 00复合复合 03复合复合 02复合复合二、纳米固

5、体材料的基本构成二、纳米固体材料的基本构成 纳米固体材料的基本构成是纳米微粒以及它们之间纳米固体材料的基本构成是纳米微粒以及它们之间 的分界面的分界面( (界面界面) )下面是对界面的几种看法下面是对界面的几种看法: : (1) (1)类气态模型；类气态模型； (2) (2)界面原子排列呈短程有序，其性质是局域化的；界面原子排列呈短程有序，其性质是局域化的； (3)(3)界面缺陷态模型界面缺陷态模型; ; (4)(4)界面可变结构模型界面可变结构模型. . 三、关于纳米结构材料的几点讨论：三、关于纳米结构材料的几点讨论： 关于构成纳米结构材料颗粒组元尺寸范围的划分不是很关于构成纳米结构材料颗粒

6、组元尺寸范围的划分不是很严格，但有两点必须考虑：严格，但有两点必须考虑： 一是临界尺寸，当颗粒尺寸减小达到纳米级某一尺寸时，一是临界尺寸，当颗粒尺寸减小达到纳米级某一尺寸时，材料的性能发生突变，甚至与同样组分构成的常规材料的性材料的性能发生突变，甚至与同样组分构成的常规材料的性能完全不同，这个尺寸定义为临界尺寸。同一种纳米材料不能完全不同，这个尺寸定义为临界尺寸。同一种纳米材料不同的性能发生突变的临界尺寸是不同的。同的性能发生突变的临界尺寸是不同的。 二是纳米结构材料是以尺寸定义的材料，它涉及的材料二是纳米结构材料是以尺寸定义的材料，它涉及的材料种类很广，常规的各种材料，都有相应的纳米结构材料

7、，由种类很广，常规的各种材料，都有相应的纳米结构材料，由于各种材料的晶胞大小差别很大，而各种材料的纳米微粒一于各种材料的晶胞大小差别很大，而各种材料的纳米微粒一般包括般包括1 1万万1010万个原子，由于量子尺寸效应，这样的原子集万个原子，由于量子尺寸效应，这样的原子集团能级发生分裂引起了很多性质的变化一般来说，对各种团能级发生分裂引起了很多性质的变化一般来说，对各种物质其尺寸减小到物质其尺寸减小到l l一一100nm100nm之间都具有与常规材料不同的性之间都具有与常规材料不同的性质质. . 纳米固体的制备纳米固体的制备纳米金属与合金材料的制备纳米金属与合金材料的制备1纳米陶瓷材料的制备纳米

8、陶瓷材料的制备2纳米薄膜材料的制备纳米薄膜材料的制备3纳米金纳米金属与合属与合金材料金材料的制备的制备惰性气体蒸发原位加压法高能球磨法非晶晶化法 1惰性气体蒸发原位加压法惰性气体蒸发原位加压法提出提出：由由Gleiter等人提出等人提出 典型例子典型例子：成功地制备了：成功地制备了Fe、Cu、Au、Pd等等纳米晶金属块体纳米晶金属块体和和Si-Pd、Pd-Fe-Si、Si-Al等等纳纳米金属玻璃米金属玻璃。 特点特点：属于：属于“一步法一步法”，即制粉和成型一步完，即制粉和成型一步完成。成。基本步骤基本步骤： (1)制备纳米颗粒；制备纳米颗粒；(2)颗粒收集；颗粒收集； (3)压制成块体。压制

9、成块体。条件条件：超高真空。：超高真空。 惰性气体蒸发原位加压装置见图惰性气体蒸发原位加压装置见图7.1。 基本过程基本过程： 置欲蒸发的金属于坩锅中置欲蒸发的金属于坩锅中加热蒸发（钨电阻加热蒸发（钨电阻加热器或石墨加热器等）加热器或石墨加热器等） 金属蒸气金属蒸气向上移向上移动（惰性气体的对流作用）动（惰性气体的对流作用） 沉积（在充液氮沉积（在充液氮的冷却棒的冷却棒(冷阱，冷阱，77K)表面）表面） 刮下（聚四氟刮下（聚四氟乙烯刮刀）乙烯刮刀） 低压压实装置低压压实装置轻度压实轻度压实高压高压原位加压装置（机械手）原位加压装置（机械手） 压制成块体（压力压制成块体（压力为为1一一5GPa，

10、温度为温度为300一一800K。）。）优点优点：即使在室温下压制，也能获得相对密度高：即使在室温下压制，也能获得相对密度高于于90%的块体，最高密度可达的块体，最高密度可达97%。（惰性气。（惰性气体蒸发冷凝形成的金属和合金纳米微粒几乎无体蒸发冷凝形成的金属和合金纳米微粒几乎无硬团聚）硬团聚）图 7.1 惰性气体凝聚、原位加压装置示意图首先通过分首先通过分子涡轮泵使子涡轮泵使其达到其达到0.lPa以上的真空以上的真空度，然后充度，然后充入惰性气体入惰性气体(He或或Ar)。2高能球磨法高能球磨法定义定义：利用高能球磨机的转动或振动使硬球对原：利用高能球磨机的转动或振动使硬球对原料进行强烈的撞击

11、，研磨和搅拌，把金属或合料进行强烈的撞击，研磨和搅拌，把金属或合金粉末粉碎成纳米微粒，经压制成型金粉末粉碎成纳米微粒，经压制成型(冷压和热冷压和热压压)，获得纳米块体的方法。，获得纳米块体的方法。球磨过程球磨过程：粉末颗粒经压延、压合、碾碎、再压粉末颗粒经压延、压合、碾碎、再压合的反复过程合的反复过程(冷焊冷焊+粉碎粉碎+冷焊冷焊的反复进行的反复进行)，最后获得组织和成分分布均匀的合金粉末。最后获得组织和成分分布均匀的合金粉末。机械合金化机械合金化：高能球磨法是利用：高能球磨法是利用机械能机械能达到合金达到合金化，而不是用热能或电能，又被称为机械合金化，而不是用热能或电能，又被称为机械合金化化

12、(MA)。高能球磨法能够制备的材料高能球磨法能够制备的材料例例：Shingu等人首先用高能球磨法制备出等人首先用高能球磨法制备出Al-Fe纳米晶材料。纳米晶材料。（1 1）该法可以很容易制备具有）该法可以很容易制备具有bcc结构结构(如如Cr、Nb、W、Fe等等)和和hcp结构结构(如如Zr、Hf、Ru等等)的金属形成纳米晶，而对于具有的金属形成纳米晶，而对于具有fccfcc结构结构(如如Cu)的金属则不易形成纳米晶。的金属则不易形成纳米晶。 表表7.1为一些为一些bcc和和hcp结构的金属，球磨后形成纳米晶的晶粒尺结构的金属，球磨后形成纳米晶的晶粒尺寸、热焓和热容的变化。从中可见，高能球磨法

13、所得到的寸、热焓和热容的变化。从中可见，高能球磨法所得到的纳米纳米晶粒细小，晶界能高晶粒细小，晶界能高。（2 2）该法可将相图上）该法可将相图上几乎不互溶的元素几乎不互溶的元素制成制成固溶体固溶体。这是常规熔。这是常规熔炼方法根本无法实现的。炼方法根本无法实现的。 例例：利用机械合金化法已成功制备出多种纳米固溶体：利用机械合金化法已成功制备出多种纳米固溶体：Fe-Cu合合金、金、Ag-Cu合金、合金、Al-Fe合金、合金、Cu-Ta合金和合金和Cu-W合金等。合金等。 图7.2 平均晶粒粒径和原子尺度应变与球磨时间关系。 (a)Fe30Cu70; (b)Fe90Cu10 晶粒尺寸， 晶粒尺寸，

14、 O应变； 口应变。晶粒直径(d)/nm晶粒直径(d)/nm球磨时间/h球磨时间/h （3）利用高能球磨法可制备利用高能球磨法可制备纳米金属间化合纳米金属间化合物物。目前已制备出目前已制备出：Fe-B、Ti-Si、Ti-B、Ti-Al、Ni-Si、V-C、W-C、Pd-Si、Ni-Mo、Nb-Al、Ni-Zr等纳米金属间化合物。等纳米金属间化合物。 （4）采用高能球磨法也可以制备采用高能球磨法也可以制备纳米复合材纳米复合材料料。例例：采用高能球磨法把纳米：采用高能球磨法把纳米Y2O3粉体复合粉体复合到到Co-Ni-Zr合金中，使矫顽力提高两个数量级；合金中，使矫顽力提高两个数量级；把纳米把纳米

15、CaO或纳米或纳米MgO复合到金属复合到金属Cu中，其电中，其电导率与导率与Cu基本一样，但强度大大提高。基本一样，但强度大大提高。缺点缺点：晶粒尺寸不均匀，容易引入杂质。：晶粒尺寸不均匀，容易引入杂质。优点优点：产量高，工艺简单，可制备常规方法难以：产量高，工艺简单，可制备常规方法难以获得的高熔点的金属或合金纳米材料。获得的高熔点的金属或合金纳米材料。 3非晶晶化法非晶晶化法 定义定义：用用单辊急冷法单辊急冷法将将合金合金熔体制成非晶态合熔体制成非晶态合金，然后在不同温度下进行退火，使其晶化。金，然后在不同温度下进行退火，使其晶化。 例例：卢柯等人率先采用非晶晶化法成功制备出：卢柯等人率先采

16、用非晶晶化法成功制备出纳米晶纳米晶Ni-P合金。合金。Ni80P20 晶化后产生两种结晶相晶化后产生两种结晶相：Ni3P(bcc结构结构)和和Ni固固溶体溶体(fcc结构结构)。 当退火温度小于当退火温度小于610K时，纳米晶时，纳米晶Ni3P的粒径为的粒径为7.8nm。随晶化温度上升，晶粒开始长大，见图随晶化温度上升，晶粒开始长大，见图7.4。 特点特点：用非晶晶化法制备的纳米材料的塑性对晶粒用非晶晶化法制备的纳米材料的塑性对晶粒的粒径十分敏感，只有晶粒直径很小时，塑性较好，的粒径十分敏感，只有晶粒直径很小时，塑性较好，否则纳米材料变得很脆。否则纳米材料变得很脆。722 纳米陶瓷材料的制备纳

17、米陶瓷材料的制备 纳米陶瓷材料的制备方法纳米陶瓷材料的制备方法：一般采用：一般采用“二步法二步法” 制备纳米粉体制备纳米粉体成型和烧结。成型和烧结。 目前研究表明，用物理上的蒸发目前研究表明，用物理上的蒸发-凝聚，化学上凝聚，化学上的气相或液相反应、分解等方法是制备纳米陶的气相或液相反应、分解等方法是制备纳米陶瓷粉体的有效方法。瓷粉体的有效方法。 对纳米陶瓷粉体的要求对纳米陶瓷粉体的要求： (1)纯度高；纯度高； (2)尺寸分布窄；尺寸分布窄； (3)几何形状归一；几何形状归一； (4)晶相稳定；晶相稳定； (5)无团聚。无团聚。 坯体中的粉末粒子可分为三级坯体中的粉末粒子可分为三级： (1)

18、纳米纳米粉末粉末； (2)由纳米粉末组成的由纳米粉末组成的团聚体团聚体； (3)由团聚体组成的由团聚体组成的大颗粒大颗粒。 坯体中的气孔也分为三级坯体中的气孔也分为三级： (1)分布于纳米粉末间的分布于纳米粉末间的微孔微孔； (2)分布于团聚体间的分布于团聚体间的小孔小孔； (3)分布于大颗粒间的分布于大颗粒间的孔洞孔洞。 722 纳米陶瓷材料的制备纳米陶瓷材料的制备纳米陶纳米陶瓷材料瓷材料的制备的制备无压力烧结（静态烧结）无压力烧结（静态烧结）热压烧结热压烧结微波烧结微波烧结722 纳米陶瓷材料的制备纳米陶瓷材料的制备定义定义：将无团聚的纳米粉末，在室温下模压成块：将无团聚的纳米粉末，在室温

19、下模压成块体，然后在一定的温度下烧结使其致密化。体，然后在一定的温度下烧结使其致密化。 优点优点：工艺简单，不需特殊的设备，成本低。：工艺简单，不需特殊的设备，成本低。 缺点缺点：烧结过程中易出现：烧结过程中易出现晶粒快速长大晶粒快速长大及及大孔大孔洞的形成洞的形成，不能实现致密化，使得纳米陶瓷材，不能实现致密化，使得纳米陶瓷材料的优点丧失。料的优点丧失。1无压烧结无压烧结稳定剂稳定剂：为防止无压烧结过程中晶粒长大，在陶：为防止无压烧结过程中晶粒长大，在陶瓷烧结过程中加入瓷烧结过程中加入稳定剂稳定剂，使得烧结后晶粒无，使得烧结后晶粒无明显长大，并能获得高致密度纳米陶瓷材料。明显长大，并能获得高

20、致密度纳米陶瓷材料。例例：在纳米：在纳米ZrO2中加入稳定剂中加入稳定剂MgO，含量为含量为5vol%，200MPa下等静压成型，下等静压成型，1523Klh烧烧结，相对密度达结，相对密度达95%。掺。掺MgO稳定剂的纳米稳定剂的纳米ZrO2晶粒长大速率远低于末掺稳定剂的试样比晶粒长大速率远低于末掺稳定剂的试样比较，见图较，见图7.5。在纳米。在纳米Al2O3中加入中加入10%ZrO2，经室温等静压后，经经室温等静压后，经1873Klh烧结，相对密度烧结，相对密度可达可达98%。在纳米。在纳米ZrO2中加入稳定剂中加入稳定剂Y2O3，经经300MPa等静压成型，等静压成型，1470-1570K

21、2h烧结，烧结，相对密度可达相对密度可达99%。 关于加稳定剂能有效地控制纳米晶粒长大的机制的两种关于加稳定剂能有效地控制纳米晶粒长大的机制的两种观点：观点： Bmok等人的观点等人的观点：杂质偏聚在晶界上，在晶界上建立：杂质偏聚在晶界上，在晶界上建立起空间电荷，从而钉扎了晶界，使晶界的流动性大大起空间电荷，从而钉扎了晶界，使晶界的流动性大大降低，阻止了晶粒的长大。在这种情况下，晶界的流降低，阻止了晶粒的长大。在这种情况下，晶界的流动性动性Msol可表示可表示 Msol=M/(1+M C0 a2) 式中，式中，M为无掺杂时晶界的流动性；为无掺杂时晶界的流动性；a为原子间距；为原子间距；为含有夹

22、杂的晶界间的交互作用；为含有夹杂的晶界间的交互作用； C0为夹杂浓度。为夹杂浓度。 Bennison和和Hamer的观点的观点：他们认为稳定剂的加入改：他们认为稳定剂的加入改变了变了点缺陷的组成和化学性质点缺陷的组成和化学性质，阻止了晶粒的长大。，阻止了晶粒的长大。 定义定义：无团聚的粉体在一定压力和温度下进行烧无团聚的粉体在一定压力和温度下进行烧结，称为热压烧结。结，称为热压烧结。 优点优点：对于末掺杂的纳米粉体，通过应力有助：对于末掺杂的纳米粉体，通过应力有助于烧结，可制备较高致密度的纳米陶瓷材料，于烧结，可制备较高致密度的纳米陶瓷材料，并且晶粒无明显长大。并且晶粒无明显长大。 缺点缺点：

23、热压烧结比无压烧结设备复杂，工艺也：热压烧结比无压烧结设备复杂，工艺也较复杂。较复杂。 2、热压烧结、热压烧结 例例：Averback等人用两步法制备了纳米金红石等人用两步法制备了纳米金红石TiO2和纳米和纳米ZrO2。 步骤步骤：将已压实的粉体在：将已压实的粉体在623K约约lMPa下氧化下氧化在在423K、1.4GPa下使生坯的密度达下使生坯的密度达0.7-0.8%理论密度。理论密度。 经不同温度烧结经不同温度烧结24h后的相对密度、平均粒径和烧结温度的关系后的相对密度、平均粒径和烧结温度的关系见图见图7.7。热压烧结热压烧结：在较低的烧结温度：在较低的烧结温度(约约770K)下密度达下密

24、度达95%。粒径只有粒径只有10多纳米，多纳米， 无压烧结无压烧结：在接近：在接近1270K时才能达到同样密度，但粒时才能达到同样密度，但粒径急剧长大至约径急剧长大至约lm。 结论结论：应力有助于烧结，能获得粒径无明显长大的、：应力有助于烧结，能获得粒径无明显长大的、高致密度的、无稳定剂的纳米陶瓷材料；纳米粉体的高致密度的、无稳定剂的纳米陶瓷材料；纳米粉体的烧结能力大大增强，致密化的烧结温度比常规材料低烧结能力大大增强，致密化的烧结温度比常规材料低几百几百K。 在热压烧结过程中，导致材料致密化的驱动力在热压烧结过程中，导致材料致密化的驱动力 s= 2/r + a (7.2)式中，式中，s是总烧

25、结应力；是总烧结应力；为表面能；为表面能；a为附加应力；为附加应力；r为粒子半径。为粒子半径。背景背景：纳米陶瓷材料烧结过程中，在高温停留很纳米陶瓷材料烧结过程中，在高温停留很短时间，纳米相晶粒就长大到近一个数量级。短时间，纳米相晶粒就长大到近一个数量级。因此，要想使晶粒不过分长大，必须采用快速因此，要想使晶粒不过分长大，必须采用快速升温、快速降温的烧结方法。而微波烧结技术升温、快速降温的烧结方法。而微波烧结技术可以满足这个要求。可以满足这个要求。 微波烧结的优点微波烧结的优点：升温速度快：升温速度快(500/min)，升升温时间短温时间短(2min)，解决了普通烧结方法不可避解决了普通烧结方

26、法不可避免的纳米晶异常长大问题；从微波能转换成热免的纳米晶异常长大问题；从微波能转换成热能的效率很高：能的效率很高：80%-90%，能量可节约，能量可节约50%左左右。右。 3、微波烧结、微波烧结微波微波：频率非常高的电磁波，：频率非常高的电磁波，300MHz300GHz；波长：波长：lmlmm。微波烧结的原理微波烧结的原理：利用在微波电磁场中材料的介：利用在微波电磁场中材料的介质损耗，使陶瓷材料整体加热到烧结温度而实质损耗，使陶瓷材料整体加热到烧结温度而实现致密化。由于微波加热利用了陶瓷本身的介现致密化。由于微波加热利用了陶瓷本身的介电损耗发热，所以陶瓷电损耗发热，所以陶瓷既是热源，又是被加

27、热既是热源，又是被加热体体。整个微波装置只有陶瓷制品处于高温，而。整个微波装置只有陶瓷制品处于高温，而其余部分仍处于常温状态。其余部分仍处于常温状态。微波烧结工艺的关键微波烧结工艺的关键：如何保证烧结温度的均匀：如何保证烧结温度的均匀性，以及如何防止局部过热问题。性，以及如何防止局部过热问题。解决方法解决方法：通过改进电磁场的均匀性、改善材料：通过改进电磁场的均匀性、改善材料的介电性能和导热性能、以及采用保温材料保的介电性能和导热性能、以及采用保温材料保护烧结等方法解决。护烧结等方法解决。例例：采用微波烧结可制备：采用微波烧结可制备ZrO2或或Al2O3纳米陶瓷纳米陶瓷材料。材料。 步骤步骤：

28、制备：制备ZrO2或或Al2O3纳米粉体纳米粉体压制成型压制成型烧结烧结34min ZrO2或或Al2O3纳米陶瓷材料纳米陶瓷材料（微波功率为微波功率为200kW，微波频率为微波频率为28GHz，微微波波长与腔体体积之比为波波长与腔体体积之比为1：l00） 纳米薄膜分为两类，一类是由纳米粒子组成的，另纳米薄膜分为两类，一类是由纳米粒子组成的，另一类薄膜是在纳米粒子间有较多的空隙或无序原子或一类薄膜是在纳米粒子间有较多的空隙或无序原子或另一种材料。纳米粒子镶嵌在另一种基体材料中的颗另一种材料。纳米粒子镶嵌在另一种基体材料中的颗粒膜就属于第二类纳米薄膜。纳米薄膜的制备方法如粒膜就属于第二类纳米薄膜

29、。纳米薄膜的制备方法如下：下：. .液相法液相法（A A）溶胶凝胶法：）溶胶凝胶法： (B)(B) 电沉积法：电沉积法：7.2.37.2.3纳米薄膜纳米薄膜材料材料的制备方法的制备方法. .气相法气相法（）高速超微粒子沉积法（气体沉积法）（）高速超微粒子沉积法（气体沉积法） 该制备方法的基本原理是：用蒸发或溅射等方法该制备方法的基本原理是：用蒸发或溅射等方法获得超微粒子，用一定气压的惰性气体作载流气体，获得超微粒子，用一定气压的惰性气体作载流气体，通过喷嘴，在基板上沉积成膜通过喷嘴，在基板上沉积成膜 下图的是美国喷气制造公司下图的是美国喷气制造公司ZhangZhang等采用的气等采用的气体沉积

30、法中的多喷嘴，转动衬底法示意图体沉积法中的多喷嘴，转动衬底法示意图7.2.37.2.3纳米薄膜纳米薄膜材料材料的制备方法的制备方法 此图是他们采用的气体沉积法中的多喷嘴，转动沉底法示意图。可以看出，用此法可以制备多组分膜，也可制备多层薄膜。 日本真空冶金公司的日本真空冶金公司的Seichio KashuSeichio Kashu等用的设等用的设备如图备如图7 71212所示，他们用此方法制备了各种金所示，他们用此方法制备了各种金属纳米薄膜属纳米薄膜 图712 高速超微粒沉积装置示意图 （）直接沉积法：基本原理是把纳米粒子直接沉淀在低温基（）直接沉积法：基本原理是把纳米粒子直接沉淀在低温基片上制

31、备纳米粒子的方法主要有三种：惰性气体蒸发法、等片上制备纳米粒子的方法主要有三种：惰性气体蒸发法、等离子溅射法和辉光放电等离子诱导化学气相沉积法气体的压离子溅射法和辉光放电等离子诱导化学气相沉积法气体的压强、沉积速率和基片温度是影响纳米膜质量的重要因素。强、沉积速率和基片温度是影响纳米膜质量的重要因素。 下面简举几个例子说明用此法制备纳米薄膜的过程下面简举几个例子说明用此法制备纳米薄膜的过程 (a) (a)金属金属非金属纳米复合膜的制备美国非金属纳米复合膜的制备美国IBMIBM实验室采用实验室采用C C3 3F F8 8-Ar-Ar混合气体或丙烷混合气体或丙烷C C2 2H H5 5-Ar-Ar

32、混合气体的辉光放电等离子体混合气体的辉光放电等离子体溅射溅射AuAu，CoCo，NiNi等靶，获得不同含量纳米金属粒子与碳的复合等靶，获得不同含量纳米金属粒子与碳的复合膜膜( (图图7 713)13)纳米粒子的粒径随金属粒子在膜中的体积分纳米粒子的粒径随金属粒子在膜中的体积分数变化列于表数变化列于表7 72 2 当当( )= 时，时，可获得不同金属颗粒含可获得不同金属颗粒含量的膜量的膜25/CHAr110210 纳米粒子的粒径纳米粒子的粒径随金属粒子在膜中的随金属粒子在膜中的体积分数变化，金属体积分数变化，金属含量越少，金属粒子含量越少，金属粒子的平均直径减小。的平均直径减小。 (b)(b)铜铜高聚物纳米镶嵌膜的制备这种镶嵌膜是把金属纳米高聚物纳米镶嵌膜的制备这种镶嵌膜是把金属纳米粒子镶嵌在高聚物的基体中，其装置的示意图如图所示粒子镶嵌在高聚物的基体中，其装置的示意图如图所示 图图7 71414溅射法制备纳米镶嵌膜的实验装置示意图溅射法制备纳米镶嵌膜的实验装置示意图 （c c）银纳米膜的制备：纳米薄膜的特点是玻璃衬底）银纳米膜的制备：纳米薄膜的特点是玻璃衬底上有纳米上有纳米AgAg粒子构成网络形状。这种膜是通过蒸发获得粒子构成网络形状。这种膜是