纳米材料的制备方法研究进展

1、纳米材料的制备方法研究进展姓名：张少义摘要介绍了目前国内外纳米材料的物理和化学制备方法，介绍了纳米材料制备方法的研究新进展和纳米材料的开发和应用前景。关键词:纳米材料制备abstractintroduced the physical and chemical preparation methods of the nano-materials at home and abroad, and also introduced the new progress of the preparation methods of nano-materials and its development and ap

2、plication prospectskeywords: nano-materials preparation刖旨纳米材料是近年来受到人们极大关注的新型材料，广义地说，纳 米材料是指其中任意一维的尺度小于loonm的晶体、非晶体、准晶 体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时，其本身具 有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而 使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特 性，使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。1物理制备方法物理制备纳米材料的方法有：粉碎法、高能球磨法、惰性气体蒸 发法、溅射法、等离了体法等。物理粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆

3、炸而得到纳米级颗粒。高能球磨法是利用球磨机的转动或振动，使硬球对原料进行强烈 的撞击，研磨和搅拌，将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。惰性气体凝聚-蒸发法是在一个充满惰性气体的超高真空室中， 将蒸发源加热蒸发，产生原子雾，原子雾再与惰性气体原子碰撞失去 能量，骤冷后形成纳米颗粒。溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能 量或动量，使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞岀后沉积到基片 上形成纳米材料，在该法中靶材料无相变，化合物的成份不易发生变 化。等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中通过直流放电使气体电离产生高温等离了体，从而使原料溶液化和蒸发，蒸汽达到周围的气体就会被冷凝

4、或发生化学反应形成超微粒。2化学制备方法化学法是指通过适当的化学反应，从分子、原子、离子出发制备 纳米物质，它包括化学气相沉积法、化学气相冷凝法、溶胶凝胶法、 水热法、沉淀法、冷冻干燥法等。化学气相沉积(cvd)是迄今为止气相法制备纳米材料应用最为 广泛的方法，该方法是在一个加热的衬底上，通过一种或几种气态元 素或化合物产生的化学元素反应形成纳米材料的过程，该方法主要可 分成热分解反应沉积和化学反应沉积。该法具有均匀性好，可对整个 基体进行沉积等优点。其缺点是衬底温度高随着其它相关技术的发 展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机化学缺陷相沉积、热丝 化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积门、

5、等离子体增强化学气 相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。化学气相冷凝法(cvc)主要通过有机高分子热解获得纳米粉体， 具体过程是先将反应室抽到10-4pa或更高真空度，然后注入惰性气体 he,使气压达到儿百帕斯卡，反应物和载气he从外部系统先进入前 部分的热磁控溅射cvd装置由化学反应得到反应物产物的前驱体， 然后通过对流达到后部分的转筒式骤冷器，用于冷却和收集合成的纳 米微粒。溶胶凝胶法是用易水解的金属化合物(无机盐或金属盐)在某种 溶剂中与水发生反应，经过水解与缩聚过程逐渐凝胶化，再经干燥p 烧结等后处理得到所需的材料，其基本反应有水解反应和聚合反应， 它可在低温下制备纯度高、粒径分布均匀

6、、化学活性高的单、多组份 混合物(分子级混合)，并可制备传统方法不能或难以制备的产物。我 国清华人学曾庭英等人采用醇盐法制备纳米级微孔tio2玻璃球，孔 径为1.06.0nmo水热法是通过高温高压在水溶液或蒸汽等流体中合成物质，再经 分离和热处理得到纳米微粒。水热条件下离子反应和水解反应可以得 到加速和促进，使一些在常温下反应速度很慢的热力学反应，在水热 条件下可以实现快速反应，依据反应类型不同分为：水热氧化、还原、 沉淀、合成、水解、结晶等，该法制得的纳米粒子纯度高、分散性好、 晶形好且大小可控。郭景坤等人采用高压水热处理，将化学制得的 zr(oh)4胶体置于高压釜中，控制合适的温度和压力，

7、使氢氧化物进 行相变，成功地得到了 1015nm的形状规则的zro2超微粒。化学沉淀法是在金属盐类的水溶液中控制适当的条件使沉淀剂 与金属离子反应，产生水合氧化物或难溶化合物，使溶液转化为沉淀, 然后经分离、干燥或热分解而得到纳米级超微粒。化学沉淀法町分为 直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法和醇盐水解沉淀法。直接沉淀法 是指金属离子与沉淀剂直接作用形成沉淀。均匀沉淀法是指通过预沉 淀剂在溶液中的反应缓慢释放出沉淀剂，再与金属离子作用形成沉 淀。醇盐水解法是由金属醇盐遇水分解成醇和氧化物或其水合物沉 淀。共沉淀法是在混合的金属盐溶液中添加沉淀剂得到多种成份混合 均匀的沉淀，然后进行热分解得到纳米微

8、粒。由于冷冻干燥过程冷冻 液体并不进行收缩，因而生成的微粒表面积较大，可较好地消除粉料 干燥过程中粉末团聚现象，冃前该法已制备出mgo-zro2及 bapb-xbix o3超微粒子。3小结与展望纳米材料由于具有特异的光、电、磁、热、声、力、化学和生物 性能，广泛应用工业和民用等领域。在高科技领域有不可替代的作用, 也为传统的产业带来生机和活力。随着纳米材料制备技术的不断开发及应用范围的拓展，工业化生 产纳米材料必将对传统的化学工业和其它产业产生重大影响。但到目 前为止，开发出来的产品较难实现工业化、商品化规模。主要问题是: 对合成纳米催化剂的过程机理缺乏深入的研究，对控制微粒的形状、 分布、粒

9、度、性能等技术的研究很不够。此外，纳米微粒的收集、存 放也是急待解决的问题。对纳米催化剂合成装置缺乏工程研究，能够 进行工业化生产的设备有待进一步的研究和改进，以提高微粒的产 率、产量并降低成本。纳米材料实用化技术的研究不够系统和深入， 对纳米材料的性能测试和表征手段急需改进。这些问题的研究和解决 将为纳米材料的制备提供一套科学的方法和理论，加速纳米材料的应 用和开发，为纳米催化剂的系统的研究和应用机理的探讨奠定了基 础，极大地丰富和发展材料科学领域的基础理论。参考文献1 calkaa.stuuttgartgermanym, oct, 1994:84.2 brydenwaynea, scotta, et.al.appl.phys.ett.j 1994.64(21):28643 gmdowskica, efingcj, et.al.appl.phys.lett.j 1997.71(