纳米材料制备-物理方法

1、纳米材料制备方法纳米材料制备方法纳纳米米粒粒子子制制备备方方法法物理法物理法化学法化学法粉碎法粉碎法构筑法构筑法沉淀法沉淀法水热法水热法溶胶凝胶法溶胶凝胶法氧化还原法氧化还原法冻结干燥法冻结干燥法喷雾法喷雾法干式粉碎干式粉碎湿式粉碎湿式粉碎气体蒸发法气体蒸发法活化氢熔融金属反应法活化氢熔融金属反应法溅射法溅射法真空沉积法真空沉积法加热蒸发法加热蒸发法混合等离子体法混合等离子体法共沉淀法共沉淀法化合物沉淀法化合物沉淀法水解沉淀法水解沉淀法纳纳米米粒粒子子制制备备方方法法分分类类气相反应法气相反应法液相反应法液相反应法气相分解法气相分解法气相合成法气相合成法气固反应法气固反应法其它方法其它方法纳米

2、粒子合成的物理方法纳米粒子合成的物理方法粉碎法粉碎法“粉碎粉碎”一词是指块体物料粒子由一词是指块体物料粒子由大变小过程的总称，它包括大变小过程的总称，它包括“破碎破碎”和和“粉磨粉磨”。前者是由大料块变成。前者是由大料块变成小料块的过程，后者是由小料块变小料块的过程，后者是由小料块变成粉末的过程。粉碎过程就是在粉成粉末的过程。粉碎过程就是在粉碎力的作用下固体物料或粒子发生碎力的作用下固体物料或粒子发生形变进而破裂的过程。当粉碎力足形变进而破裂的过程。当粉碎力足够大时，力的作用又很迅猛，物料够大时，力的作用又很迅猛，物料块或粒子之间瞬间产生的引力大大块或粒子之间瞬间产生的引力大大超过了物料的机械

3、强度。因而物料超过了物料的机械强度。因而物料发生了破碎。粉碎作用力的类型主发生了破碎。粉碎作用力的类型主要有如右图所示几种。可见物料的要有如右图所示几种。可见物料的基本粉碎方式是压碎、剪碎、冲击基本粉碎方式是压碎、剪碎、冲击粉碎和磨碎。常借助的外力有机械粉碎和磨碎。常借助的外力有机械力、流能力、化学能、声能、热能力、流能力、化学能、声能、热能等。主要由湿法粉碎和干法粉碎两等。主要由湿法粉碎和干法粉碎两种。种。粉碎作用力的作用形式粉碎作用力的作用形式纳米粒子合成的物理方法纳米粒子合成的物理方法粉碎法粉碎法一般的粉碎作用力都是几种力的组合，如球磨机和振动磨是磨碎和冲击一般的粉碎作用力都是几种力的组

4、合，如球磨机和振动磨是磨碎和冲击粉碎的组合；雷蒙磨是压碎、剪碎和磨碎的组合；气流磨是冲击、磨碎粉碎的组合；雷蒙磨是压碎、剪碎和磨碎的组合；气流磨是冲击、磨碎与剪碎的组合，等等。与剪碎的组合，等等。物料被粉碎时常常会导致物质结构及表面物理化学性质发生变化，主要物料被粉碎时常常会导致物质结构及表面物理化学性质发生变化，主要表现在：表现在：1、粒子结构变化，如表面结构自发的重组，形成非晶态结构或重结晶。、粒子结构变化，如表面结构自发的重组，形成非晶态结构或重结晶。2、粒子表面的物理化学性质变化，如电性、吸附、分散与团聚等性质。、粒子表面的物理化学性质变化，如电性、吸附、分散与团聚等性质。3、受反复应

5、力使局部发生化学反应，导致物料中化学组成发生变化。、受反复应力使局部发生化学反应，导致物料中化学组成发生变化。几种典型的粉碎技术：几种典型的粉碎技术：球磨、振动球磨、振动磨、搅拌磨、球磨、振动球磨、振动磨、搅拌磨、胶体磨、纳米气流粉碎气流磨胶体磨、纳米气流粉碎气流磨冲击粉碎制备纳米粒子冲击粉碎制备纳米粒子纳米粒子合成的物理方法纳米粒子合成的物理方法构筑法构筑法构筑法是由小极限原子或分子的集合体人工合成超微粒子构筑法是由小极限原子或分子的集合体人工合成超微粒子块体材料块体材料原子分子化原子分子化纳米粒子纳米粒子如何使块体材料如何使块体材料通过物理的方法通过物理的方法原子分子化？原子分子化？如何许

6、多原子或如何许多原子或分子凝聚生成纳分子凝聚生成纳米粒子？米粒子？蒸发、蒸发、 离子溅射、离子溅射、 溶剂分散溶剂分散 惰性气体中或不活泼气体中凝聚惰性气体中或不活泼气体中凝聚 流动的油面上凝聚流动的油面上凝聚 冷冻干燥法冷冻干燥法 电阻加热、等离子体加热、电阻加热、等离子体加热、激光加热、电子束加热、激光加热、电子束加热、电弧放电加热、高频感应加热、电弧放电加热、高频感应加热、太阳炉加热太阳炉加热几种典型的加热方法几种典型的加热方法1、电阻加热，、电阻加热，2、高、高频感应加热，频感应加热，3、电子、电子束加热，束加热，4、等离子体、等离子体加热，加热，5、激光加热、激光加热1 2 34 5

7、Ag, Al, Cu, Au高熔点物质高熔点物质温度均匀温度均匀金属烟粒结晶法金属烟粒结晶法金属烟粒子结晶法金属烟粒子结晶法 一种早期的方法一种早期的方法 真空度：真空度：102103Pa 钨丝钨丝 Mg, Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Cd, Sn, Au, Pb, Bi构筑法中几种典型的制备纳米粒子的方法构筑法中几种典型的制备纳米粒子的方法 在高真空蒸发的金属原在高真空蒸发的金属原子在流动的油面内形成子在流动的油面内形成极超微粒子极超微粒子 过程：原子蒸发，打开过程：原子蒸发，打开快门，原子蒸镀到旋转快门，原子蒸镀到旋转盘面上，含有油的超微盘面上，

8、含有油的超微粒子甩到容器壁上。粒子甩到容器壁上。 Ag, Au, Pd, Cu, Fe, Ni, Co, Al, In, 粒径均匀，分布窄粒径均匀，分布窄 3nm 通过有的黏度，蒸发速通过有的黏度，蒸发速度等可以调节粒径的大度等可以调节粒径的大小小流动油面上的真空蒸发沉积法流动油面上的真空蒸发沉积法低压气体冷凝法低压气体冷凝法 过程：加热熔化的金属、过程：加热熔化的金属、合金或离子化合物、氧合金或离子化合物、氧化物。产生的蒸汽与惰化物。产生的蒸汽与惰性气体碰撞损失能量。性气体碰撞损失能量。局部过饱和导致均相成局部过饱和导致均相成核。在充满液氮的冷却核。在充满液氮的冷却阱表面形成超微粒子。阱表面

9、形成超微粒子。用聚四氟乙烯刮刀收集。用聚四氟乙烯刮刀收集。溅射法溅射法 过程：用两块金属板分别作为过程：用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发材料。阳极和阴极，阴极为蒸发材料。两电极之间充入两电极之间充入Ar气体（气体（40250Pa），），加电压加电压0.5-1.5KV。电极之间辉光放电产生电极之间辉光放电产生Ar正离正离子，向阴极撞击，将蒸发材料子，向阴极撞击，将蒸发材料变成气态，并在收集板除凝集。变成气态，并在收集板除凝集。通电加热蒸发法通电加热蒸发法 通过碳棒与金属接触，通电加通过碳棒与金属接触，通电加热使金属熔化，金属与高温碳热使金属熔化，金属与高温碳反应并蒸发形成碳化物超微粒反应并蒸发形成碳化物超微粒子。子。 过程：在碳棒和硅板之间通交过程：在碳棒和硅板之间通交流电。硅板被下面的加热器加流电。硅板被下面的加热器加热，电阻下降，电路接通。在热，电阻下降，电路接通。在接触除产生高温，当温度高于接触除产生高温，当温度高于2370K时，产生碳化硅烟粒。时，产生碳化硅烟粒。 用这种方法也可以制备其他金用这种方法也可以制备其他金属碳化物超微粒子。属碳化物超微粒子。混合等离子法混合等离子法 石