纳米粒子化学制备方法课件

纳米粒子化学制备方法纳米粒子化学制备方法1C60C602C70C703FePt纳米粒子表面存在原子台阶V2O5纳米晶体内部原子排列整齐FePt纳米粒子表面存在原子台阶V2O5纳米晶体内部原子排列4球形PMMA乳液聚合法，与无机物不同，高分子大多数是无定形或结晶度比较低。表面能最低。球形PMMA乳液聚合法，与无机物不同，高分子大多数是无定形5Ni链蒸发链状的，高温下，由许多粒子边界融合连接而成。Ni链链状的，高温下，由许多粒子边界融合连接而成。6立方体形，与FCC结构有关，由(100)面包围。表面能(110)>(100)>(111)Ag液相法

立方体形，与FCC结构有关，由(100)面包围。Ag液相法7Ag液相法多面体形，主要由(111)包围Ag液相法多面体形，主要由(111)包围8Ag三棱柱形和球形面，由(111)、(110)包围。Ag三棱柱形和球形面，由(111)、(110)包围。9三棱柱形和六棱柱形Ag液相法三棱柱形和六棱柱形Ag1045min;17513nm17min;1159nm14min;957nm45min;17513nm17min;111纤维锌矿ZnO四脚架锌粉蒸发法制备生长方向[001]vapour–solid(VS)生长模式缺陷成核。纤维锌矿ZnO四脚架生长方向[001]vapour–soli12纳米粒子化学制备方法课件13纳米粒子化学制备方法课件14硼硅酸盐硼硅酸盐15纳米粒子化学制备方法课件16纳米粒子化学制备方法课件17纳米粒子化学制备方法课件18纳米粒子化学制备方法课件19液氮蒸发源漏斗蒸发源真空泵隋性气体真空室1.3.1蒸发-冷凝法蒸发冷凝法是指在高真空的条件下，金属试样经蒸发后冷凝。试样蒸发方式包括电弧放电产生高能电脉冲或高频感应等以产生高温等离子体，使金属蒸发。蒸发冷凝法制备的超微颗粒具有如下特征：①高纯度；②粒径分布窄；③良好结晶和清洁表面；④粒度易于控制等。在原则上适用于任何被蒸发的元素以及化合物。蒸发-冷凝法的典型装置。液氮蒸发源漏斗蒸发源真空泵隋性气体真空室1.3.1蒸发-冷凝20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。因此，在接近冷却棒的过程中，元物质蒸汽首先形成原子簇．然后形成单个纳米微粒。最后在冷却棒表面上积聚起来，用聚四氛乙烯刮刀刮下并收集起来获得纳米粉。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。1.3.1蒸发-冷凝法

（1）电阻加热法:

欲蒸发的物质(例如，金属、CaF2、NaCl21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。1.3.1蒸发-冷凝法

（2）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22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(40～250Pa)，两电极问施加的电压范围为0.3～1.5kv。由于两极间的辉光放电使Ar离子形成，在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面，使靶材原产从其表面蒸发出来形成超微粒子．并在附着面上沉积下来。在附着面上沉积下来。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。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。1.3.1蒸发-冷凝法

（3）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23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。1.3.1蒸发-冷凝法

（4）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24此方法的优点有以下几点：①可制备Ag、Au．Pd、Cu、Fe、Ni、Co、AI、In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；②粒径均匀．分布窄,如图③纳米颗粒分散地分布在油中。④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．油的粘度高均使粒子的粒径增大，最大可达8nm。1.3.1蒸发-冷凝法

（4）流动液面真空蒸镀法的优点此方法的优点有以下几点：蒸发条件来控制粒径大小，例如蒸发速度25此法是通过碳棒与金属相接触，通电加热使金属熔化．金属与高温碳棒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1～10kP,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Cr,Til,V,Zr、Hf,Mo,Nb,Ta和w等碳化物超微粒子。1.3.1蒸发-冷凝法

（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26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

直流输入等离子用气体原料+载气反应用气体高频线圈分解用气体水入口(+)(-)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)等离子电弧束用来防止RF等离子弧受干扰，因此称为‘混合等离子”法。1.3.1蒸发-冷凝法

（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27特点:①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)混人等离子体而导致等离子体中含有杂质，因此钠米粉末的纯度较高；②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；③可使用非惰性的气体(反应性气体)，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钠米粉末，也可制备化合物钠米粉末，使产品多样化。1.3.1蒸发-冷凝法

（6）

混合等离子法特点:①产生RF等离子体时没有采用电极，不会有电极物质(熔28

(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1.3.1蒸发-冷凝法

（7）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29激光辐照硅烷气体分子(SiH4)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。1.3.1蒸发-冷凝法

（7）激光诱导化学气相沉积(LICVD)激光辐照硅烷气体分子(SiH4)时．硅烷分子很容易热解130这种方法主要是通过有机高分子热解获得纳米陶瓷粉体。其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1100～1400℃、气氛的压力保持在1～10mbar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。这种方法优点足产量大，颗粒尺寸小，分布窄。衬底炉子刮刀工作室针阀漏斗原料气体载气1.3.1蒸发-冷凝法

（8）化学蒸发凝聚法(CVC)

CVC装置示意图这种方法主要是通过有机高分子热解获得纳米陶瓷31该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F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。1.3.1蒸发-冷凝法

（9）爆炸丝法该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321.3.2激光聚集原子沉积法用激光控制原子束在纳米尺度下的移动，使原子平行沉积以实现纳米材料的有目的的构造。激光作用于原子束通过两个途径，即瞬时力和偶合力。在接近共振的条件下，原子束在沉积过程中被激光驻波作用而聚集，逐步沉积在衬底（如硅）上，形成指定形状，如线形。1.3.2激光聚集原子沉积法331.3.3非晶晶化法例如，将Ni80P20非晶合金条带在不同温度下进行等温热处理，使其产生纳米尺寸的合金晶粒。纳米晶粒的长大与其中的晶界类型有关。非晶晶化法:采用快速凝固法将液态金属制备非晶条带,再将非晶条带经过热处理使其晶化获得纳米晶条带的方法。用非晶晶化法制备的纳米结构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．否则材料变得很脆。因此，对于某些成核激活能很小，晶粒长大激活能大的非晶合金采用非晶晶化法，才能获得塑性较好的纳米晶合金。特点﹕工艺较简单,化学成分准确。液态金属非晶条带热处理1.3.3非晶晶化法例如，将Ni80P20非晶合金条带在不同341.3.4机械球磨法机械球磨法以粉碎与研磨为主体来实现粉末的纳米化，可以制备纳米纯元素和合金。1970年，美国INCO公司的Benjamin为制备Ni基氧化物粒子弥散强化合金而研制成机械合金化法。该法工艺简单，制备效率高，能制备出常规方法难以获得的高熔点金属合金纳米材料。近年来，发展出助磨剂物理粉碎法及超声波粉碎法，可制得粒径小于100nm的微粒。1.3.4机械球磨法机械球磨法以粉碎与研磨为主体来实现粉末的351.3.6原子法扫描隧道显微镜(STM)，以空前的分辨率为我们揭示了一个“可见”的原子、分子世界,已成为一个可排布原子的工具。1990年人们首次用STM进行了原子、分子水平的操作。STM由STM头部，电子学处理部分，减震系统以及计算机系统（含软件）组成。

1.3.6原子法扫描隧道显微镜(STM)，以空前的分辨率为我36纳米粒子化学制备方法课件371.纳米粒子的制备

1.1化学制备方法1.1.1化学沉淀法其特点是简单易行，但纯度低，颗粒半径大。适合制备氧化物。（1）共沉淀法在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，使金属离子完全沉淀的方法称为共沉淀法。（2）均匀沉淀法在溶液中加入某种能缓慢生成沉淀剂的物质，使溶液中的沉淀均匀出现，称为均匀沉淀法。本法克服了由外部向溶液中直接加入沉淀剂而造成沉淀剂的局部不均匀性。（3）多元醇沉淀法许多无机化合物可溶于多元醇，由于多元醇具有较高的沸点，可大于100℃，因此可用高温强制水解反应制备纳米颗粒。（4）沉淀转化法本法依据化合物之间溶解度的不同，通过改变沉淀转化剂的浓度、转化温度以及表面活性剂来控制颗粒生长和防止颗粒团聚。沉淀转化法工艺流程短，操作简便，但制备的化合物仅局限于少数金属氧化物和氢氧化物。1.纳米粒子的制备

1.1化学制备方法38ZrOCl2.8H2OYCl3洗涤、脱水、防团聚ZrOCl2.8H2O+YCl3NH4OHZrOCl2+2NH4OH+H2Zr(OH)4+2NH4ClYCl3+3NH4OHY(OH)3+2NH4ClZr(OH)4+nY(OH)3按比例混合Zr1-xYxO2

煅烧1.原料混合2.加沉淀剂3.沉淀反应控PH、浓度搅拌、促进形核、控生长4.洗涤、脱水、防团聚5.煅烧稳定氧化锆陶瓷的化学沉淀法制备ZrOCl2.8H2OYCl3洗涤、脱水、防团聚ZrOCl2391.1.2化学还原法（1）水溶液还原法采用水合肼、葡萄糖、硼氢化钠(钾)等还原剂，在水溶液中制备超细金属粉末或非晶合金粉末，并利用高分子保护剂PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)阻止颗粒团聚及减小晶粒尺寸。其优点是获得的粒子分散性好，颗粒形状基本呈球形，过程可控制。（2）多元醇还原法该工艺主要利用金属盐可溶于或悬浮于乙二醇(EG)、一缩二乙二醇(DEG)等醇中，当加热到醇的沸点时，与多元醇发生还原反应，生成金属沉淀物，通过控制反应温度或引入外界成核剂，可得到纳米级粒子。（3）气相还原法本法也是制备微粉的常用方法。例如，用15%H2-85%Ar还原金属复合氧化物制备出粒径小于35nm的CuRh，g-Ni0.33Fe0.66等。（4）碳热还原法碳热还原法的基本原理是以炭黑、SiO2为原料，在高温炉内氮气保护下，进行碳热还原反应获得微粉，通过控制工艺条件可获得不同产物。目前研究较多的是Si3N4、SiC粉体及SiC-Si3N4复合粉体的制备。1.1.2化学还原法401.1.3溶胶－凝胶法（1）溶胶—凝胶法基本原理在常温或近似常温下把金属醇盐溶液加水分解，同时发生缩聚反应制成溶胶，再进一步反应形成凝胶并进而固化，然后经低温热处理而得到无机材料的方法。由于加热的温度远远低于氧化物的融化温度，所以被称为低温合成法。也由于利用了加水分解、缩聚等化学反应，所以又可叫做玻璃的化学合成法。1.1.3溶胶－凝胶法41（2）溶胶-凝胶法工艺流程

（2）溶胶-凝胶法工艺流程42（3）溶胶—凝胶法的应用溶胶—凝胶法按其反应机理可分为三类，即传统胶体型、无机聚合物型（金属醇盐型）和络合物型。主要应用于如下几个方面：①粉体原材料。②线型材料。③薄膜或涂层材料。④复合材料。（3）溶胶—凝胶法的应用43（3）溶胶—凝胶法的优缺点优点：①操作温度远低于玻璃熔融温度，节约能源，使得材料制备过程易于控制；②制备的材料各组分间高度均匀、组成范围广且可以大幅度变化；③工艺简单，易于工业化，成本低，应用灵活；④可提高生产效率；⑤可保证最终产品的纯度；⑥制备的气凝胶是一种结构可控的新型轻质纳米多孔非晶固态材料，具有许多特殊性质，因而蕴藏着广阔的应用前景。（3）溶胶—凝胶法的优缺点44缺点：a.

烘干后的球形凝胶颗粒自身烧结温度低，凝胶颗粒之间烧结性差，块体材料烧结性不好；b.

干燥时收缩大。缺点：45①水含量的影响②水解反应温度的影响③烧结温度的影响④热处理环境及催化剂等因素的影响⑤干燥控制化学添加剂的影响⑥采用现代加热方式以获得无开裂块状玻璃⑦采用不同的溶剂或者混合溶剂以消除开裂

（4）溶胶—凝胶法制备无开裂块状材料的防开裂研究①水含量的影响（4）溶胶—凝胶法制备无开裂块状材料的防开裂461.1.4水热法水热法是在高压釜里的高温、高压反应环境中，采用水作为反应介质，使得通常难溶或不溶的物质溶解，反应还可进行重结晶。水热技术具有两个特点，一是其相对低的温度，二是在封闭容器中进行，避免了组分挥发。1982年开始用水热反应制备纳米粉末。水热条件下粉体的制备有：水热结晶法比如Al(OH)3Al203·H2O水热合成法比如FeTiO3+K0HK2O.nTiO2水热分解法比如ZrSiO4+NaOHZrO2+Na2SiO3水热脱水法水热氧化法典型反应式：mM十nH2OMmOn+H2其中M可为铬、铁及合金等水热还原法比如MexOy+yH2xMe+yH2O其中Me可为铜、银等水热沉淀法例如KF+MnCl2KMnF21.1.4水热法水热法是在高压釜里的高温、高压反应环境中，47设备设备48

1.1.5溶剂热合成法

用有机溶剂（如：苯、醚）代替水作介质，采用类似水热合成的原理制备纳米微粉。非水溶剂代替水，不仅扩大了水热技术的应用范围，而且能够实现通常条件下无法实现的反应，包括制备具有亚稳态结构的材料。

1.1.5溶剂热合成法用有机溶剂（如：苯、醚）49（1）溶剂热法的特点

反应条件非常温和，可以稳定压稳物相、制备新物质、发展新的制备路线等；过程相对简单而且易于控制，并且在密闭体系中可以有效的防止有毒物质的挥发和制备对空气敏感的前驱体；另外，物相的形成、粒径的大小、形态也能够控制,而且,产物的分散性较好。在溶剂热条件下，溶剂的性质(密度、粘度、分散作用)相互影响，变化很大，且其性质与通常条件下相差很大，相应的，反应物(通常是固体)的溶解、分散过程以及化学反应活性大大的提高或增强

（1）溶剂热法的特点反应条件非常温和，可以稳定压稳物相、制50（2）溶剂热法分类(1)溶剂热结晶这是一种以氢氧化物为前驱体的常规脱水过程,首先反应物固体溶解于溶剂中,然后生成物再从溶剂中结晶出来.这种方法可以制备很多单一的或复合氧化物.(2)溶剂热还原反应体系中发生氧化还原反应,比如纳米晶InAs的制备,以二甲苯为溶剂,150℃,48h,InCl3和AsCl3被Zn同时还原,生成InAs.其它Ⅲ-Ⅴ族半导体也可通过该方法而得到.(3)溶剂热液-固反应典型的例子是苯体系中GaN的合成.GaCl3

的苯溶液中,Li3N粉体与GaCl3

溶剂热280℃反应6～16h生成立方相GaN,同时有少量岩盐相GaN生成.其它物质如InP、InAs、CoS2

也可以用这种方法成功的合成出来(4)溶剂热元素反应两种或多种元素在有机溶剂中直接发生反应.如在乙二胺溶剂中,Cd粉和S粉,120～190℃溶剂热反应3～6h得到CdS纳米棒.许多硫属元素化合物可以通过这种方法直接合成(5)溶剂热分解如以甲醇为溶剂,SbCl3和硫脲通过溶剂热反应生成辉锑矿(Sb2S3)纳米棒.（2）溶剂热法分类(1)溶剂热结晶51（3）溶剂热法常用溶剂溶剂热反应中常用的溶剂有:乙二胺、甲醇、乙醇、二乙胺、三乙胺、吡啶、苯、甲苯、二甲苯、1.2-二甲氧基乙烷、苯酚、氨水、四氯化碳、甲酸等.在溶剂热反应过程中溶剂作为一种化学组分参与反应,既是溶剂,又是矿化的促进剂,同时还是压力的传递媒介.溶剂热反应路线主要是由钱逸泰先生领导的课题组研究并广泛应用的.其中应用最多的溶剂是乙二胺,在乙二胺体系中,乙二胺除了作溶剂外,还可作为配位剂或螯合剂.（3）溶剂热法常用溶剂溶剂热反应中常用的溶剂有:乙二胺、甲醇52(4)溶剂热法制备的特殊形貌纳米材料SEMimageofthefractalclustermorphologyof[Zr(OH)2F3][enH]D.P.Brennanetal.JournalofSolidStateChemistry179(2006)665–670(a)SEMimagesofconicaltubesofSb2S3atlowmagnification,indicatingtheirhighyield,and(b)high-magnificationSEMimagesofconicaltubesofSb2S3,revealingtheirtwistedsurfacewithsteppedrelief.X.Caoetal.JournalofCrystalGrowth286(2006)96–101(4)溶剂热法制备的特殊形貌纳米材料SEMimageof53(4)溶剂热法制备的特殊形貌纳米材料Low-magnificationTEMimagesoftheas-preparedNH4NdF4nanobelts(a),NH4SmF4(b),NH4EuF4(c),NH4GdF4(d),andNH4TbF4(e)nanowires.B.Huangetal.JournalofCrystalGrowth276616(2005)613–620SEMandTEMphotosofPbTenanoboxesWenzhongWang,etal.Adv.Mater.，2005，17，2110-2114TEMimagesofCuOnanobeltsX.Songetal.JournalofColloidandInterfaceScience289(2005)588–591(4)溶剂热法制备的特殊形貌纳米材料Low-magnific541.1.6热分解法在间硝基苯甲酸稀土配合物的热分解中，由于含有-NO2，其分解反应极为迅速，使产物粒子来不及长大，得到纳米微粉在低于200℃的情况下，硝酸盐分解制备10nm的Fe2O3，碳酸盐分解制备14nm的ZrO2。

1.1.6热分解法在间硝基苯甲酸稀土配合物的热分解中，由于551.1.7微乳液法两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在“微泡”中经成核、聚结、团聚、热处理后得到纳米粒子。微乳液通常是由表面活性剂、助表面活性剂(通常为醇类)、油类(通常为碳氢化合物)组成的透明、各向同性的热力学稳定体系。微乳液＝表面活性剂＋水＋油常用的油-水体系有:柴油/水、煤油/水、汽油/水、甲苯的醇溶液/水等等。常用的表面活性剂有:琥铂酸二异辛脂磺酸钠(AOT)、十二烷基硫酸钠(SDS)等等。特点：微乳液法具有原料便宜、实验装置简单、操作容易、反应条件温和、粒子尺寸可控。而广泛用于纳米材料的制备。1.1.7微乳液法两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形56微乳液法制备纳米材料的过程反应物A反应物B混合碰撞或凝结反应微乳液反应产物加还原剂加氢气金属纳米粉末沉淀氧化物纳米粉末沉淀加反应气体氧氯化锆(ZrOCl2)H2O水溶液搅拌、加热六次甲基四胺(CH2)6N4沉淀、过滤丙酮洗涤乙二醇乳化干燥研磨热处理ZrO2粉末150oC/24h550oC/24h例如：ZrO2纳米粉末制备微乳液法制备纳米材料的过程反应物A反应物B混合碰撞或凝结反应571.1.8高温燃烧合成法利用外部提供必要的能量诱发高放热化学反应，体系局部发生反应形成化学反应前沿(燃烧波)，化学反应在自身放出热量的支持下快速进行，燃烧波蔓延整个体系。反应热使前驱物快速分解，导致大量气体放出，避免了前驱物因熔融而粘连，减小了产物的粒径。体系在瞬间达到几千度的高温，可蒸发除去挥发性杂质。

1.1.8高温燃烧合成法利用外部提供必要的能量诱发高放热化学581.1.9模板合成法利用基质材料结构中的空隙作为模板进行合成。结构基质为多孔玻璃、分子筛、大孔离子交换树脂等。例如将纳米微粒置于分子筛的笼中，可以得到尺寸均匀，在空间具有周期性构型的纳米材料。

1.1.9模板合成法利用基质材料结构中的空隙作为模板进行合成591.1.10电解法电解包括水溶液电解和熔盐电解两种。用此法可制得很多用通常方法不能制备或难以制备的金属超微粉，尤其是电负性较大的金属粉末。还可制备氧化物超微粉。用这种方法得到的粉末纯度高，粒径细，而且成本低，适于扩大和工业生产。1.1.10电解法电解包括水溶液电解和熔盐电解两种。用此法可601.2化学物理合成法

1.2.1喷雾法喷雾法是将溶液通过各种物理手段雾化，再经物理、化学途径而转变为超细微粒子。包括三种：①喷雾干燥法，即将金属盐溶液送入雾化器，由喷嘴高速喷入干燥室获得金属盐的微粒，收集后焙烧成超微粒子；喷雾干燥法喷雾水解法喷雾热解（焙烧）法1.2化学物理合成法

1.2.1喷雾法喷雾法是将溶液通过各611.2.1喷雾法

(2)喷雾水解法。此法是将一种盐的超微粒子,由惰性气体载入含有金属醇盐的蒸气室、金属醇盐蒸气附着在超微粒的表面．与水蒸气反应分解后形成氢氧化物微粒，经焙烷后获得氧化物的纳米颗粒。(3)喷雾热解（焙烧）法。此法是将金属盐溶液经压缩空气由窄小的喷嘴喷出而雾化成小液滴，雾化室温度较高，使金属盐小液滴热解成纳米粒子。例如，将硝酸镁和销酸铝的混合溶液经此法可合成镁、铝尖晶石．例如,将NiSO4、Fe2(SO4)3和ZnSO4的水溶液按一定比例混合后喷雾干燥得到小颗粒，再在800~1000oC下焙烧得到磁性材料Ni,Zn铁氧体Ni(Zn)Fe2O4。特点:可连续生产、操作简单、但有些盐类分解时有毒气产生1.2.1喷雾法(2)喷雾水解法。此法是将一种盐的超微粒621.2.2化学气相沉淀法一种或数种反应气体通过热、激光、等离子体等而发生化学反应析出超微粉的方法，叫做化学气相沉积法（CVD）。由于气相中的粒子成核及生长的空间增大，制得的产物粒子细，形貌均一，单分散性良好，而制备常常在封闭容器中进行，保证了粒子具有更高的纯度。1.2.2化学气相沉淀法一种或数种反应气体通过热、激631.2.3爆炸反应法爆炸反应法是在高强度密封容器中发生爆炸反应而生成产物纳米微粉。例如，用爆炸反应法制备出5-10nm金刚石微粉。1.2.3爆炸反应法爆炸反应法是在高强度密封容器中发生641.2.4冷冻-干燥法冷冻-干燥法将金属盐的溶液雾化成微小液滴，快速冻结为粉体。加入冷却剂使其中的水升华气化，再焙烧合成超微粒。在冻结过程中，为了防止溶解于溶液中的盐发生分离，最好尽可能把溶液变为细小液滴。常见的冷冻剂有乙烷、液氮。如：将Ba和Ti硝酸盐混液进行冷却干燥，所得到的高反应活性前驱物在600℃温度下焙烧10分钟制得10-15nm的均匀BaTiO3纳米粒子[46]。1.2.4冷冻-干燥法冷冻-干燥法将金属盐的溶液雾化成微小液651.2.5反应性球磨法一定粒度的反应粉末(或气体)以一定的配比置于球磨机中高能粉磨，同时保持研磨体与粉末的重量比和研磨体球径比并通入氩气保护。反应性球磨法克服了气相冷凝法制粉效率低、产量小而成本高的局限，应用于金属氮化物合金的制备，而且在球磨过程中可以进行还原反应。滚动球磨搅拌球磨振动球磨1.2.5反应性球磨法一定粒度的反应粉末(或气体)以一定的配661.2.6微波辐照法利用微波照射含有极性分子(如水分子)的电介质，由于水的偶极子随电场正负方向的变化而振动，转变为热而起到内部加热作用，从而使体系的温度迅速升高。微波加热既快又均匀，有利于均匀分散粒子的形成，并能使产物出现新相。1.2.6微波辐照法利用微波照射含有极性分子(如水分子)的电671.2.7紫外红外光辐照分解法用紫外光、红外光作辐射源辐照适当的前驱体溶液，可制备纳米微粉。例如，用紫外光辐照含Ag2Rh(C2O4)2、PVP、NaBH4的水溶液制备Ag-Rh合金微粉[48]。1.2.7紫外红外光辐照分解法68纳米颗粒的表面改性纳米颗粒的表面改性69研究目的改善或改变纳米颗粒的分散性。提高纳米颗粒表面活性。使纳米颗粒表面获得新的物理、化学、机械性能及新的功能。改善纳米颗粒与其他物质之间的相容性。研究目的70纳米颗粒团聚产生的原因纳米颗粒表面静电荷引力纳米颗粒的高表面能纳米颗粒间的范德华力纳米颗粒表面的氢键及其他化学键作用纳米颗粒团聚产生的原因71纳米颗粒在气相中的团聚与分散软团聚主要由颗粒间的范德华力和库仑力所导致。硬团聚是由于颗粒间的范德华力和库仑力以及化学键合作用力等多种作用力所引起，与颗粒的制备工艺及过程控制也有关。软团聚可以通过一般的化学作用或机械作用来消除，硬团聚由于颗粒间结合紧密，必须采用大功率的超声波或球磨等高能机械方式来解聚。纳米颗粒体系中普遍存在软团聚和硬团聚，对纳米颗粒的分散处理一般可以采用化学和高能机械相结合的方法获得理想效果。纳米颗粒在气相中的团聚与分散72纳米颗粒在液相中的团聚与分散

液相中纳米颗粒的性质1.表面吸附纳米颗粒在液体介质中发生吸附现象，即液体中的某种物质富集于纳米颗粒／液体界面上的现象。2.表面电荷所有的颗粒在液体介质中都是带有电荷的，其表面电荷的来源大致有以下几个方面：①电离；②离子吸附；③晶格取代等。纳米颗粒在液相中的团聚与分散733.表面的Zeta电位双电层理论：紧密层和扩散层的界面构成双电层紧密层：液相中固体纳米颗粒表面带有电荷，在静电库仑力和其他引力的作用下，某些带相反电荷的离子紧密吸附在颗粒表面构成紧密层。扩散层：当溶液中含有高价反电荷离子或表面活性剂离子时，纳米颗粒表面将对它们发生强的选择性吸附，溶液中的正离子和负离子，呈一定位子分布，该范围称扩散层。颗粒表面的Zeta电位：颗粒剪切面位置相对于介质处的电位差称为Zeta电位。3.表面的Zeta电位74纳米粒子化学制备方法课件75纳米颗粒在液相中的分散颗粒聚集体被水润湿，使表面上吸附的空气逐渐被分散介质取代。聚集体在化学作用或机械力作用下被打开成独立的原生颗粒或较小聚集体；新形成的颗粒表面迅速被分散介质隔离，将原生颗粒或较小聚集体稳定，防止其重新聚集。纳米颗粒在液相中的分散76纳米颗粒表面改性的方法表面改性纳米颗粒表面改性的方法77纳米颗粒表面物理改性

表面物理改性就是改性物质与纳米颗粒表面不发生化学反应，而是通过物理的相互作用（如范德华力、沉积包覆等）达到改变或改善纳米颗粒表面特性的目的。纳米颗粒表面物理改性表面物理改性就是改性物质与纳米颗粒78表面活性剂法表面活性剂法是在范德华力作用下，将改性剂吸附在纳米颗粒表面，达到纳米颗粒分散和稳定悬浮等目的。采用表面活性剂作为分散剂主要是利用表面活性剂在固液表面上的吸附作用，能在颗粒表面形成一层分子膜阻碍颗粒之间相互接触，同时增大了颗粒间距，避免架桥羟基和真正化学键的形成。表面活性剂还可以降低表面张力，从而减小毛细管吸附力。加入高分子表面活性剂还可起到一定的空间位阻作用。纳米粒子化学制备方法课件79

表面沉积包覆法表面沉积包覆法是将一种物质（改性剂）沉积在纳米颗粒表面，形成与颗粒表面无化学结合的异质包覆层，实现纳米颗粒表面改性的目的。改性剂与纳米颗粒表面未发生化学反应，其界面结合是物理结合。采用这种方法，可以根据需要在纳米颗粒表面沉积包覆陶瓷材料或金属。

表面沉积包覆法80

例如：纳米Al2O3颗粒表面可以包覆纳米TiO2颗粒，获得所需要的特性；在纳米Al2O3

、纳米SiC、纳米金刚石等纳米颗粒表面包覆镍金属，制备分散性良好的镍基复合电刷镀溶液，大大提高了纳米颗粒的沉积效率和在复合刷镀层中的含量。例如：纳米Al2O3颗粒表面可以包覆纳米TiO2颗粒，81纳米颗粒表面化学改性通过改性剂与纳米颗粒表面之间发生化学反应而改变纳米颗粒表面的结构、化学成分及电化学特性等，达到表面改性的目的，有效地防止粒子团聚，增加其稳定性和分散性，从而满足各种实际应用的需要。表面化学改性还可以在粒子表面引入各种活性基团，通过这些基团可以实现与基体材料的复合，从而赋予材料以特殊的光、电、磁等功能特性。纳米颗粒表面化学改性通过改性剂与纳米颗粒表面之间发生化学反应82

偶联剂法偶联剂是具有两性结构的物质，其分子中的一部分基团可与颗粒表面的各种官能团反应，形成强有力的化学键；另一部分基团可与有机高聚物发生某些化学反应或物理缠结，从而将两种性质差异很大的材料牢固地结合起来，使无机填料和有机高聚物分子之间产生具有特殊功能的“分子桥”。偶联剂法适用于各种不同的有机高聚物和无机填料的复合材料体系。用偶联剂进行表面处理后的无机填料，抑制了填料体系“相”的分离，增大填充量，并可较好地保持分散均匀，从而改善了制品的综合性能，特别是拉伸强度、冲击强度、柔韧性和挠曲强度等。偶联剂法83

酯化反应法酯化反应法对表面呈弱酸性的纳米颗粒进行表面修饰很有效。例如：表面带有羟基的氧化硅颗粒与高沸点的醇发生反应，反应方程式为

Si-OH+H-O-RSi-O-R+H2O

反应过程中硅氧键Si—OH开裂，Si与烃氧基（RO）结合，完成纳米颗粒的表面酯化反应。酯化反应法84

表面接枝改性法无机纳米颗粒经高分子有机物接枝改性后，在某些溶剂中有良好的长期分散稳定性，接枝的高分子必须与有机溶剂相容才能达到稳定分散的目的。表面接枝改性方法可以充分发挥无机纳米颗粒与高分子各自的优点，实现优化设计，制备出具有新功能的纳米颗粒。纳米颗粒经表面接枝改性后，可以大大提高它们在有机溶剂和高分子中的分散性，人们可以根据需要设计和制备纳米颗粒含量高、分布均匀的高分子复合材料。表面接枝改性法85纳米粒子化学制备方法纳米粒子化学制备方法86C60C6087C70C7088FePt纳米粒子表面存在原子台阶V2O5纳米晶体内部原子排列整齐FePt纳米粒子表面存在原子台阶V2O5纳米晶体内部原子排列89球形PMMA乳液聚合法，与无机物不同，高分子大多数是无定形或结晶度比较低。表面能最低。球形PMMA乳液聚合法，与无机物不同，高分子大多数是无定形90Ni链蒸发链状的，高温下，由许多粒子边界融合连接而成。Ni链链状的，高温下，由许多粒子边界融合连接而成。91立方体形，与FCC结构有关，由(100)面包围。表面能(110)>(100)>(111)Ag液相法

立方体形，与FCC结构有关，由(100)面包围。Ag液相法92Ag液相法多面体形，主要由(111)包围Ag液相法多面体形，主要由(111)包围93Ag三棱柱形和球形面，由(111)、(110)包围。Ag三棱柱形和球形面，由(111)、(110)包围。94三棱柱形和六棱柱形Ag液相法三棱柱形和六棱柱形Ag9545min;17513nm17min;1159nm14min;957nm45min;17513nm17min;196纤维锌矿ZnO四脚架锌粉蒸发法制备生长方向[001]vapour–solid(VS)生长模式缺陷成核。纤维锌矿ZnO四脚架生长方向[001]vapour–soli97纳米粒子化学制备方法课件98纳米粒子化学制备方法课件99硼硅酸盐硼硅酸盐100纳米粒子化学制备方法课件101纳米粒子化学制备方法课件102纳米粒子化学制备方法课件103纳米粒子化学制备方法课件104液氮蒸发源漏斗蒸发源真空泵隋性气体真空室1.3.1蒸发-冷凝法蒸发冷凝法是指在高真空的条件下，金属试样经蒸发后冷凝。试样蒸发方式包括电弧放电产生高能电脉冲或高频感应等以产生高温等离子体，使金属蒸发。蒸发冷凝法制备的超微颗粒具有如下特征：①高纯度；②粒径分布窄；③良好结晶和清洁表面；④粒度易于控制等。在原则上适用于任何被蒸发的元素以及化合物。蒸发-冷凝法的典型装置。液氮蒸发源漏斗蒸发源真空泵隋性气体真空室1.3.1蒸发-冷凝105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。因此，在接近冷却棒的过程中，元物质蒸汽首先形成原子簇．然后形成单个纳米微粒。最后在冷却棒表面上积聚起来，用聚四氛乙烯刮刀刮下并收集起来获得纳米粉。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。1.3.1蒸发-冷凝法

（1）电阻加热法:

欲蒸发的物质(例如，金属、CaF2、NaCl106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。1.3.1蒸发-冷凝法

（2）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107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(40～250Pa)，两电极问施加的电压范围为0.3～1.5kv。由于两极间的辉光放电使Ar离子形成，在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面，使靶材原产从其表面蒸发出来形成超微粒子．并在附着面上沉积下来。在附着面上沉积下来。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。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。1.3.1蒸发-冷凝法

（3）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108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。1.3.1蒸发-冷凝法

（4）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109此方法的优点有以下几点：①可制备Ag、Au．Pd、Cu、Fe、Ni、Co、AI、In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；②粒径均匀．分布窄,如图③纳米颗粒分散地分布在油中。④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．油的粘度高均使粒子的粒径增大，最大可达8nm。1.3.1蒸发-冷凝法

（4）流动液面真空蒸镀法的优点此方法的优点有以下几点：蒸发条件来控制粒径大小，例如蒸发速度110此法是通过碳棒与金属相接触，通电加热使金属熔化．金属与高温碳棒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1～10kP,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Cr,Til,V,Zr、Hf,Mo,Nb,Ta和w等碳化物超微粒子。1.3.1蒸发-冷凝法

（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111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

直流输入等离子用气体原料+载气反应用气体高频线圈分解用气体水入口(+)(-)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)等离子电弧束用来防止RF等离子弧受干扰，因此称为‘混合等离子”法。1.3.1蒸发-冷凝法

（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112特点:①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)混人等离子体而导致等离子体中含有杂质，因此钠米粉末的纯度较高；②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；③可使用非惰性的气体(反应性气体)，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钠米粉末，也可制备化合物钠米粉末，使产品多样化。1.3.1蒸发-冷凝法

（6）

混合等离子法特点:①产生RF等离子体时没有采用电极，不会有电极物质(熔113

(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1.3.1蒸发-冷凝法

（7）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114激光辐照硅烷气体分子(SiH4)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。1.3.1蒸发-冷凝法

（7）激光诱导化学气相沉积(LICVD)激光辐照硅烷气体分子(SiH4)时．硅烷分子很容易热解1115这种方法主要是通过有机高分子热解获得纳米陶瓷粉体。其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1100～1400℃、气氛的压力保持在1～10mbar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。这种方法优点足产量大，颗粒尺寸小，分布窄。衬底炉子刮刀工作室针阀漏斗原料气体载气1.3.1蒸发-冷凝法

（8）化学蒸发凝聚法(CVC)

CVC装置示意图这种方法主要是通过有机高分子热解获得纳米陶瓷116该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F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。1.3.1蒸发-冷凝法

（9）爆炸丝法该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1171.3.2激光聚集原子沉积法用激光控制原子束在纳米尺度下的移动，使原子平行沉积以实现纳米材料的有目的的构造。激光作用于原子束通过两个途径，即瞬时力和偶合力。在接近共振的条件下，原子束在沉积过程中被激光驻波作用而聚集，逐步沉积在衬底（如硅）上，形成指定形状，如线形。1.3.2激光聚集原子沉积法1181.3.3非晶晶化法例如，将Ni80P20非晶合金条带在不同温度下进行等温热处理，使其产生纳米尺寸的合金晶粒。纳米晶粒的长大与其中的晶界类型有关。非晶晶化法:采用快速凝固法将液态金属制备非晶条带,再将非晶条带经过热处理使其晶化获得纳米晶条带的方法。用非晶晶化法制备的纳米结构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．否则材料变得很脆。因此，对于某些成核激活能很小，晶粒长大激活能大的非晶合金采用非晶晶化法，才能获得塑性较好的纳米晶合金。特点﹕工艺较简单,化学成分准确。液态金属非晶条带热处理1.3.3非晶晶化法例如，将Ni80P20非晶合金条带在不同1191.3.4机械球磨法机械球磨法以粉碎与研磨为主体来实现粉末的纳米化，可以制备纳米纯元素和合金。1970年，美国INCO公司的Benjamin为制备Ni基氧化物粒子弥散强化合金而研制成机械合金化法。该法工艺简单，制备效率高，能制备出常规方法难以获得的高熔点金属合金纳米材料。近年来，发展出助磨剂物理粉碎法及超声波粉碎法，可制得粒径小于100nm的微粒。1.3.4机械球磨法机械球磨法以粉碎与研磨为主体来实现粉末的1201.3.6原子法扫描隧道显微镜(STM)，以空前的分辨率为我们揭示了一个“可见”的原子、分子世界,已成为一个可排布原子的工具。1990年人们首次用STM进行了原子、分子水平的操作。STM由STM头部，电子学处理部分，减震系统以及计算机系统（含软件）组成。

1.3.6原子法扫描隧道显微镜(STM)，以空前的分辨率为我121纳米粒子化学制备方法课件1221.纳米粒子的制备

1.1化学制备方法1.1.1化学沉淀法其特点是简单易行，但纯度低，颗粒半径大。适合制备氧化物。（1）共沉淀法在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，使金属离子完全沉淀的方法称为共沉淀法。（2）均匀沉淀法在溶液中加入某种能缓慢生成沉淀剂的物质，使溶液中的沉淀均匀出现，称为均匀沉淀法。本法克服了由外部向溶液中直接加入沉淀剂而造成沉淀剂的局部不均匀性。（3）多元醇沉淀法许多无机化合物可溶于多元醇，由于多元醇具有较高的沸点，可大于100℃，因此可用高温强制水解反应制备纳米颗粒。（4）沉淀转化法本法依据化合物之间溶解度的不同，通过改变沉淀转化剂的浓度、转化温度以及表面活性剂来控制颗粒生长和防止颗粒团聚。沉淀转化法工艺流程短，操作简便，但制备的化合物仅局限于少数金属氧化物和氢氧化物。1.纳米粒子的制备

1.1化学制备方法123ZrOCl2.8H2OYCl3洗涤、脱水、防团聚ZrOCl2.8H2O+YCl3NH4OHZrOCl2+2NH4OH+H2Zr(OH)4+2NH4ClYCl3+3NH4OHY(OH)3+2NH4ClZr(OH)4+nY(OH)3按比例混合Zr1-xYxO2

煅烧1.原料混合2.加沉淀剂3.沉淀反应控PH、浓度搅拌、促进形核、控生长4.洗涤、脱水、防团聚5.煅烧稳定氧化锆陶瓷的化学沉淀法制备ZrOCl2.8H2OYCl3洗涤、脱水、防团聚ZrOCl21241.1.2化学还原法（1）水溶液还原法采用水合肼、葡萄糖、硼氢化钠(钾)等还原剂，在水溶液中制备超细金属粉末或非晶合金粉末，并利用高分子保护剂PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)阻止颗粒团聚及减小晶粒尺寸。其优点是获得的粒子分散性好，颗粒形状基本呈球形，过程可控制。（2）多元醇还原法该工艺主要利用金属盐可溶于或悬浮于乙二醇(EG)、一缩二乙二醇(DEG)等醇中，当加热到醇的沸点时，与多元醇发生还原反应，生成金属沉淀物，通过控制反应温度或引入外界成核剂，可得到纳米级粒子。（3）气相还原法本法也是制备微粉的常用方法。例如，用15%H2-85%Ar还原金属复合氧化物制备出粒径小于35nm的CuRh，g-Ni0.33Fe0.66等。（4）碳热还原法碳热还原法的基本原理是以炭黑、SiO2为原料，在高温炉内氮气保护下，进行碳热还原反应获得微粉，通过控制工艺条件可获得不同产物。目前研究较多的是Si3N4、SiC粉体及SiC-Si3N4复合粉体的制备。1.1.2化学还原法1251.1.3溶胶－凝胶法（1）溶胶—凝胶法基本原理在常温或近似常温下把金属醇盐溶液加水分解，同时发生缩聚反应制成溶胶，再进一步反应形成凝胶并进而固化，然后经低温热处理而得到无机材料的方法。由于加热的温度远远低于氧化物的融化温度，所以被称为低温合成法。也由于利用了加水分解、缩聚等化学反应，所以又可叫做玻璃的化学合成法。1.1.3溶胶－凝胶法126（2）溶胶-凝胶法工艺流程

（2）溶胶-凝胶法工艺流程127（3）溶胶—凝胶法的应用溶胶—凝胶法按其反应机理可分为三类，即传统胶体型、无机聚合物型（金属醇盐型）和络合物型。主要应用于如下几个方面：①粉体原材料。②线型材料。③薄膜或涂层材料。④复合材料。（3）溶胶—凝胶法的应用128（3）溶胶—凝胶法的优缺点优点：①操作温度远低于玻璃熔融温度，节约能源，使得材料制备过程易于控制；②制备的材料各组分间高度均匀、组成范围广且可以大幅度变化；③工艺简单，易于工业化，成本低，应用灵活；④可提高生产效率；⑤可保证最终产品的纯度；⑥制备的气凝胶是一种结构可控的新型轻质纳米多孔非晶固态材料，具有许多特殊性质，因而蕴藏着广阔的应用前景。（3）溶胶—凝胶法的优缺点129缺点：a.

烘干后的球形凝胶颗粒自身烧结温度低，凝胶颗粒之间烧结性差，块体材料烧结性不好；b.

干燥时收缩大。缺点：130①水含量的影响②水解反应温度的影响③烧结温度的影响④热处理环境及催化剂等因素的影响⑤干燥控制化学添加剂的影响⑥采用现代加热方式以获得无开裂块状玻璃⑦采用不同的溶剂或者混合溶剂以消除开裂

（4）溶胶—凝胶法制备无开裂块状材料的防开裂研究①水含量的影响（4）溶胶—凝胶法制备无开裂块状材料的防开裂1311.1.4水热法水热法是在高压釜里的高温、高压反应环境中，采用水作为反应介质，使得通常难溶或不溶的物质溶解，反应还可进行重结晶。水热技术具有两个特点，一是其相对低的温度，二是在封闭容器中进行，避免了组分挥发。1982年开始用水热反应制备纳米粉末。水热条件下粉体的制备有：水热结晶法比如Al(OH)3Al203·H2O水热合成法比如FeTiO3+K0HK2O.nTiO2水热分解法比如ZrSiO4+NaOHZrO2+Na2SiO3水热脱水法水热氧化法典型反应式：mM十nH2OMmOn+H2其中M可为铬、铁及合金等水热还原法比如MexOy+yH2xMe+yH2O其中Me可为铜、银等水热沉淀法例如KF+MnCl2KMnF21.1.4水热法水热法是在高压釜里的高温、高压反应环境中，132设备设备133

1.1.5溶剂热合成法

用有机溶剂（如：苯、醚）代替水作介质，采用类似水热合成的原理制备纳米微粉。非水溶剂代替水，不仅扩大了水热技术的应用范围，而且能够实现通常条件下无法实现的反应，包括制备具有亚稳态结构的材料。

1.1.5溶剂热合成法用有机溶剂（如：苯、醚）134（1）溶剂热法的特点

反应条件非常温和，可以稳定压稳物相、制备新物质、发展新的制备路线等；过程相对简单而且易于控制，并且在密闭体系中可以有效的防止有毒物质的挥发和制备对空气敏感的前驱体；另外，物相的形成、粒径的大小、形态也能够控制,而且,产物的分散性较好。在溶剂热条件下，溶剂的性质(密度、粘度、分散作用)相互影响，变化很大，且其性质与通常条件下相差很大，相应的，反应物(通常是固体)的溶解、分散过程以及化学反应活性大大的提高或增强

（1）溶剂热法的特点反应条件非常温和，可以稳定压稳物相、制135（2）溶剂热法分类(1)溶剂热结晶这是一种以氢氧化物为前驱体的常规脱水过程,首先反应物固体溶解于溶剂中,然后生成物再从溶剂中结晶出来.这种方法可以制备很多单一的或复合氧化物.(2)溶剂热还原反应体系中发生氧化还原反应,比如纳米晶InAs的制备,以二甲苯为溶剂,150℃,48h,InCl3和AsCl3被Zn同时还原,生成InAs.其它Ⅲ-Ⅴ族半导体也可通过该方法而得到.(3)溶剂热液-固反应典型的例子是苯体系中GaN的合成.GaCl3

的苯溶液中,Li3N粉体与GaCl3

溶剂热280℃反应6～16h生成立方相GaN,同时有少量岩盐相GaN生成.其它物质如InP、InAs、CoS2

也可以用这种方法成功的合成出来(4)溶剂热元素反应两种或多种元素在有机溶剂中直接发生反应.如在乙二胺溶剂中,Cd粉和S粉,120～190℃溶剂热反应3～6h得到CdS纳米棒.许多硫属元素化合物可以通过这种方法直接合成(5)溶剂热分解如以甲醇为溶剂,SbCl3和硫脲通过溶剂热反应生成辉锑矿(Sb2S3)纳米棒.（2）溶剂热法分类(1)溶剂热结晶136（3）溶剂热法常用溶剂溶剂热反应中常用的溶剂有:乙二胺、甲醇、乙醇、二乙胺、三乙胺、吡啶、苯、甲苯、二甲苯、1.2-二甲氧基乙烷、苯酚、氨水、四氯化碳、甲酸等.在溶剂热反应过程中溶剂作为一种化学组分参与反应,既是溶剂,又是矿化的促进剂,同时还是压力的传递媒介.溶剂热反应路线主要是由钱逸泰先生领导的课题组研究并广泛应用的.其中应用最多的溶剂是乙二胺,在乙二胺体系中,乙二胺除了作溶剂外,还可作为配位剂或螯合剂.（3）溶剂热法常用溶剂溶剂热反应中常用的溶剂有:乙二胺、甲醇137(4)溶剂热法制备的特殊形貌纳米材料SEMimageofthefractalclustermorphologyof[Zr(OH)2F3][enH]D.P.Brennanetal.JournalofSolidStateChemistry179(2006)665–670(a)SEMimagesofconicaltubesofSb2S3atlowmagnification,indicatingtheirhighyield,and(b)high-magnificationSEMimagesofconicaltubesofSb2S3,revealingtheirtwistedsurfacewithsteppedrelief.X.Caoetal.JournalofCrystalGrowth286(2006)96–101(4)溶剂热法制备的特殊形貌纳米材料SEMimageof138(4)溶剂热法制备的特殊形貌纳米材料Low-magnificationTEMimagesoftheas-preparedNH4NdF4nanobelts(a),NH4SmF4(b),NH4EuF4(c),NH4GdF4(d),andNH4TbF4(e)nanowires.B.Huangetal.JournalofCrystalGrowth276616(2005)613–620SEMandTEMphotosofPbTenanoboxesWenzhongWang,etal.Adv.Mater.，2005，17，2110-2114TEMimagesofCuOnanobeltsX.Songetal.JournalofColloidandInterfaceScience289(2005)588–591(4)溶剂热法制备的特殊形貌纳米材料Low-magnific1391.1.6热分解法在间硝基苯甲酸稀土配合物的热分解中，由于含有-NO2，其分解反应极为迅速，使产物粒子来不及长大，得到纳米微粉在低于200℃的情况下，硝酸盐分解制备10nm的Fe2O3，碳酸盐分解制备14nm的ZrO2。

1.1.6热分解法在间硝基苯甲酸稀土配合物的热分解中，由于1401.1.7微乳液法两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在“微泡”中经成核、聚结、团聚、热处理后得到纳米粒子。微乳液通常是由表面活性剂、助表面活性剂(通常为醇类)、油类(通常为碳氢化合物)组成的透明、各向同性的热力学稳定体系。微乳液＝表面活性剂＋水＋油常用的油-水体系有:柴油/水、煤油/水、汽油/水、甲苯的醇溶液/水等等。常用的表面活性剂有:琥铂酸二异辛脂磺酸钠(AOT)、十二烷基硫酸钠(SDS)等等。特点：微乳液法具有原料便宜、实验装置简单、操作容易、反应条件温和、粒子尺寸可控。而广泛用于纳米材料的制备。1.1.7微乳液法两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形141微乳液法制备纳米材料的过程反应物A反应物B混合碰撞或凝结反应微乳液反应产物加还原剂加氢气金属纳米粉末沉淀氧化物纳米粉末沉淀加反应气体氧氯化锆(ZrOCl2)H2O水溶液搅拌、加热六次甲基四胺(CH2)6N4沉淀、过滤丙酮洗涤乙二醇乳化干燥研磨热处理ZrO2粉末150oC/24h550oC/24h例如：ZrO2纳米粉末制备微乳液法制备纳米材料的过程反应物A反应物B混合碰撞或凝结反应1421.1.8高温燃烧合成