纳米材料的气相制备方法

1、会计学1纳米材料的气相制备方法纳米材料的气相制备方法2一、蒸发-冷凝法此种制备方法是在低压的Ar、He等惰性气体中加热金属，使其蒸发汽化, 然后在气体介质中冷凝后形成5-100 nm的纳米微粒。通过在纯净的惰性气体中的蒸发和冷凝过程获得较干净的纳米粉体。右图为该方法的典型装置。31. 电阻加热法: 欲蒸发的物质(例如， 金属、CaF2、NaCl、FeF2等离子化合物、过渡族金属氮化物及氧化物等)置于柑蜗内通过钨电阻加热器或石墨加热器等加热装置逐渐加热蒸发，产生元物质烟雾，由于惰性气体的对流，烟雾向上移动，并接近充液氮的冷 却棒(冷阱, 77K)。在蒸发过程中，由元物质发出的原子与惰性气体原子碰

2、撞因迅速损失能量而冷却，这种有效的冷却过程在元物质蒸汽中造成很高的局域过饱和，这将导致均匀成核过程。4特点:加热方式简单,工作温度受坩埚材料的限制,还可能与坩埚反应。所以一般用来制备Al、Cu、Au等低熔点金属的纳米粒子。52. 高频感应法以高频感应线圈为热源,使坩埚内的导电物质在涡流作用下加热，在低压惰性气体中蒸发,蒸发后的原子与惰性气体原子碰撞冷却凝聚成纳米颗粒。特点：采用坩埚，一般也只是制备象低熔点金属的低熔点物质。63. 溅射法此方法的原理如图, 用两块金属板分别作为阳极相阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入Ar气(40250Pa)，两电极间施加的电压范围为0.31.5kv。由于两

3、极间的辉光放电使Ar离子形成，在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面，使靶材从其表面蒸发出来形成超微粒子并在附着面上沉积下来。7用溅射法制备纳米微粒有以下优点:(1) 可制备多种纳米金属，包括高熔点和低熔点金属。常规的热蒸发法只能适用于低熔点金属；(2) 能制备多组元的化合物纳米微粒，如A152Ti48、Cu91Mn9及ZrO2等；(3) 通过加大被溅射的阴极表面可提高纳米微粒的获得量。粒子的大小及尺寸分布主要取决于两电极间的电压、电流和气体压力。靶材的表面积愈大，原子的蒸发速度愈 高超微粒的获得量愈多。84流动液面真空蒸镀法该制备法的基本原理是：在高真空中蒸发的金属原子在流动的油面内形成极超

4、微粒子，产品为含有大量超微粒的糊状油, 如图。 高真空中的蒸发是采用电子束加热, 当水冷铜坩埚中的蒸发原料被加热蒸发时，打开快门，使蒸发物镀在旋转的圆盘表面上形成了纳米粒子。含有纳米粒子的油被甩进了真空室沿壁的容器中，然后将这种超微粒含量很低的油在真空下进行蒸馏使它成为浓缩的含有纳米粒子的糊状物。9此方法的优点有以下几点： 可制备Ag、AuPd、Cu、Fe、Ni、Co等纳米颗粒，平均粒径约3nm，而用惰性气体蒸发法很难获得这样小的微粒； 粒径均匀 纳米颗粒分散地分布在油中。 粒径的尺寸可控，即通过改变蒸发条件来控制 粒径大小，例如蒸发速度、油的粘度、圆盘 转速等。圆盘转速高蒸发速度快油的粘度高

5、均使粒子的粒径增大，最大可达8 nm。10 5 通电加热蒸发法 此法是通过碳棒与金属相接触，通电加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子。 右图为制备SiC超微粒于的装置图。碳棒与Si板(蒸发材料)相接触，在蒸发室内充有Ar或He气、压力为110kP, 在碳棒与Si板间通交流电(几百A)Si板被其下面的加热器加热，随Si板温度上升, 电阻下降，电路接通，当碳棒温度达白热程度时，Si板与碳棒相接触的部位熔化当碳棒温度高于2473K时在它的周围形成了SiC超微粒的“烟”，然后将它们收集起来得到SiC细米颗粒。 用此种方法还可以制备 Ti, V, Mo,和W等碳化物超微粒子。11 6混

6、合等离子法此制备方法是采用RF(射频)等离子与DC直流等离子组合的混合方式来获得纳米粒子, 如图 由图中心石英管外的感应线圈产生高频磁场(几MHz)将气体电离产生RF等离子体内载气携带的原料经等离子体加热、反应生成纳米粒子并附着在冷却壁上。 DC(直流)等离子电弧束是用来防止RF等离子弧面受干扰，出此称为混合等离子”法。12特点: 产生RF等离子体时没有采用电极，不会有电极物质(熔化或蒸发)混入等离子体而导致等离子体中含有杂质，因此纳米粉末的纯度较高；等离子体所处的空间大，气体流速比DC等离子体慢，致使反应物质在等离子空间停留时间长、物质可以充分加热和反应： 可使用非惰性的气体(反应性气体)，

7、因此，可制备化合物超微粒子，即混合等离法不仅能制备金属纳米粉末，也可制备化合物纳米粉末，使产品多样化。137爆炸丝法这种方法适用于制备纳米金属和合金粉体。基木原理是先将金属丝固定在一个充满惰性气体(50bar)的反应室中，丝的两端卡头为两个电极，它们与一个大电容相联结形成回路，加15kV的高压、金属丝在500一800kA下进行加热融断后在电流停止的一瞬间，卡头上的高压在融断处放电，使熔融的金属在放电过程中进一步加热变成蒸汽，在惰性气体中碰撞形成纳米粒子沉降在容器的底部，金属丝可以通过一个供丝系统自动进入两卡头之间从而使上述过程重复进行。如图所示。1415 优点优点：颗粒均匀、纯度高、粒度小、分

8、散性好、化学反应活性高、过程连续、设备简单、容易控制、而且能量消耗少等。161激光诱导化学气相沉积 (LICVD) (LICVD) 法制备超细微粉是近几年兴起的。激光束照在反应气体上形成了反应焰，经反应在火焰中形成微粒，由氩气携带进入上方微粒捕集装置。该法利用反应气体分子(或光敏剂分子)对特定波长激光束的吸收，引起反应气体分子激光光解(紫外光解或红外多光于光解)、激光热解、激光光敏化和激光诱导化学合成反应，在一定工艺条件下(激光功率密度、反应池压力、反应气体配比和流速、反应温度等)，获得纳米粒子空间成核和生长。激光入射窗往捕集装置反应焰激光束反应气体氩气激光挡板17激光辐照硅烷气体分子(SiH

9、4)时硅烷分子很容易热解热解生成的气构硅Si(g)在一定温度和压力条件下开始成核和生长，形成纳米微粒。特点:该法具有清洁表面、粒子大小可精确控制、无粘结、粒度分布均匀等优点，并容易制备出几纳米至几十纳米的非晶态或晶态纳米微粒。182化学蒸发凝聚法(CVC) 这种方法主要是通过有机高分子热解获得纳米陶瓷粉体。 原理是利用高纯惰性气作为载气，携带有机高分子原料，例如六甲基二硅烷进入钼丝炉，温度为11001400 、气氛的压力保持在110 mbar的低气压状态，在此环境下原料热解形成团簇进一步凝聚成纳米级颗粒最后附着在一个内部充满液氮的转动的衬底上, 经刮刀刮下进行纳米粉体收集，示意图如图所示。这种

10、方法优点足产量大，颗粒尺寸小，分布窄。193、电浆增强式化学气相沉积法、电浆增强式化学气相沉积法 Plasma-Enhanced CVD示意图204、 光反应式化学气相沉积法光反应式化学气相沉积法 Photo CVD示意图21 热分解反应热分解反应 XMeMeX (g)H2Si(s)g(SiH21000-8004 (g)H23P(s)g(PH23 (g)H3B(s)2)g(HB262 a) 氢化物氢化物22b) 有机金属化合物有机金属化合物OH2HC4OSi)HSi(OC2422740452 OH3HC6OAl)H2Al(OC26332420373 c) 氢化物和有机金属化合物体系氢化物和有机

11、金属化合物体系4675-630333CH3GaAsAsH)Ga(CH 627502572252HC2ZnSeSeH)HZn(C 23a) 氢还原反应氢还原反应 化学合成反应化学合成反应 HCl(g)4Si(s)(g)H2 )g(SiCl1200115024 HCl(g)3B(s)(g)H23)g(BCl23 24b) 氧化反应氧化反应(g)Cl2(s)SiO(g)O )g(SiCl2224 (g)H2(s)SiO(g)O )g(SiH2224 25c) 水解反应水解反应HCl(g)4(s)SiO(g)O2H )g(SiCl224 HCl(g)4(s)iOT(g)O2H )g(TiCl224 H

12、Cl(g)6(s)OAl(g)O3H )g(2AlCl3223 26d) 固相反应固相反应HCl(g)4(s)CSiC(s)(g)2H )g(SiCl24 HCl(g)6(s)TiB(g)3H(g)2BCl Ti(s)223 e) 置换反应置换反应(g)FeCl4s)2TiN( (g)N(g)2TiCl4Fe(s)224 27此文档由（您的第三方检测信息专家）提供。若想获得更多资料，敬请访问http:/。28一、蒸发-冷凝法此种制备方法是在低压的Ar、He等惰性气体中加热金属，使其蒸发汽化, 然后在气体介质中冷凝后形成5-100 nm的纳米微粒。通过在纯净的惰性气体中的蒸发和冷凝过程获得较干净

13、的纳米粉体。右图为该方法的典型装置。29 6混合等离子法此制备方法是采用RF(射频)等离子与DC直流等离子组合的混合方式来获得纳米粒子, 如图 由图中心石英管外的感应线圈产生高频磁场(几MHz)将气体电离产生RF等离子体内载气携带的原料经等离子体加热、反应生成纳米粒子并附着在冷却壁上。 DC(直流)等离子电弧束是用来防止RF等离子弧面受干扰，出此称为混合等离子”法。301激光诱导化学气相沉积 (LICVD) (LICVD) 法制备超细微粉是近几年兴起的。激光束照在反应气体上形成了反应焰，经反应在火焰中形成微粒，由氩气携带进入上方微粒捕集装置。该法利用反应气体分子(或光敏剂分子)对特定波长激光束的吸收，引起反应气体分子激光光解(紫外光解或红外多光于光解)、激光热解、激光光敏化和激光诱导化学合成反应，在一定工艺条件下(激光功率密度、反应池压力、反应气体配比和流速、反应温度等)，获得纳米粒子空间成核和生长。激光入射窗往捕集装置反应焰激光束反应气体氩气激光挡板312化学蒸发凝聚法(CVC) 这种方法主要是通过有机高分子热解获得纳米陶瓷粉体。 原理