纳米材料复习总结

1、 机械粉碎法：在给定的外场力的作用下，如，冲击、挤压、碰撞、剪切或摩擦，使大颗粒破碎成超细微粒的一种技术。2、 球磨：将起粉碎作用的介质材料做成球体或圆柱体，放入在球磨筒体中。在筒体的上下旋转过程中，利用介质和物料之间的相互研磨冲击使物料颗粒粉碎，经过几十甚至几百小时长时间的球磨，可使小于1um的颗粒破碎。3、 搅拌磨：由一个静止的研磨筒和一个旋转的搅拌器构成的粉碎设备，分为间歇式、循环式、连续式三种。也使用球形或柱形的研磨介质。4、 胶体磨：被加工的物料为胶体形式的浆料，利用一对固体磨和高速旋转磨体的相对运动所产生的强大的剪切、摩擦、冲击等作用力来粉碎或分散物料的颗粒。5、 球磨的基本原理：需加工的物料粉体被放在一个密封的球磨容器里，其中有许多硬钢球或包覆着硬质碳化钨的球体。物料在此容器内被抛甩、振动或猛烈地摇动，达到粉碎的目的。6、 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，把粉末粉碎为纳米级微粒的方法。将粉末放入球磨机的球磨罐中进行高能球磨，粉末颗粒经反复地压延、压合、碾碎、再压合、碾碎的过程，最后获得组织和组分分布均匀的纳米颗粒。7、 高能球磨法制备纳米颗粒的工艺步骤：1） 根据所制产品的元素组成，将两种或多种单质或合金粉末组成初始粉末。2） 选择球磨介质，根据所制产品的性质，在钢球、刚玉球或其他材质做成的球中选择适合的材料组成球磨介质。3） 初始粉末的球磨介质按一定的比例放入球磨机中球磨。4） 工艺的过程是：球与球，球与研磨桶壁的碰撞粉末，并使其产生塑性形变，形成小颗粒粉体。经过长时间的球磨，得到的颗粒的组成细化，并发生扩散和固态反应，形成单质在合金纳米颗粒粉末。5） 球磨时一般需要使用气体进行保护。6） 塑性非常好的粉末往往加入1%〜2%的有机添加剂，可防止粉末过度焊接和粘球。8、 高速气流粉碎是利用高速气流（300〜500m/s）或热蒸气（300〜500°C）的能量使颗粒相互产生冲击、碰撞、摩擦而被较快粉碎。1） 喷射式气流粉碎:使物料颗粒与固定的冲击板进行冲击碰撞，或颗粒之间进行迎面冲击碰撞。2） 扁平式气流粉碎3） 循环管式气流粉碎：粉碎过程是将待粉碎的物料从加料器加入，进入粉碎区，物料经过喷嘴后再进入粉碎室，经过加速物料在运行中发生冲击碰撞。高速的旋流夹带着被粉碎的颗粒，沿上移管向上运动，被半圆开的分级区所限制，使气固双相夹流发生半圆周的回旋运动，从而产生了离力场，使细颗粒得以分级。粗颗粒在离心力的驱使下集中在循环管的外侧，随循环旋流沿下行管重新进入粉碎区，而合格的细颗粒经成品出口离开粉碎室，进行气固分离后变成产品。9、 气相沉积10、液相反应制备纳米颗粒1）沉淀法原理：包含有一种或多种阳离子的可溶性盐溶液，加入沉淀剂（OH-、CO32等）在特定的温度下合溶液发生水解或直接沉淀，形成不溶性氢氧化物、氧化物或无机盐，直接或经热分解可得到所需的纳米微粒。工艺方法：将不同化学成分的物质首先在溶液状态下进行混合，在混合溶液中加入适当的用来沉淀制备纳米颗粒的躯体沉淀剂，再将此沉淀物进行干燥或煅烧。从而制得相应的纳米颗粒。共沉淀法：在含有多种离子的溶液中加入沉淀剂，使金属离子完全沉淀的方法。单相共沉淀：沉淀物为单一化合物或单相固溶体时，称为单相共沉淀。混合物共沉淀：沉淀产物为混合物时，称为混合物共沉淀。计量化合物沉淀：使溶液离子按化学计量比来配制溶液，最终可获得化学计量化合物形式的沉淀物。直接沉淀：在金属盐溶液中加入沉淀剂，在一定条件下生成沉淀析出，沉淀经过洗涤、热分解等处理工艺后得到纳米尺寸和产物。均相沉淀：利用特定的化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢均匀地释放出来，通过控制溶液中沉淀剂深度，保证溶液中的沉淀处于一种平衡的状态。从要而均匀的析出。水解沉淀：由于采用的原料是水解反应的对象即金属盐和水，那么反应的产物一般总是氢氧化物或是水合物，所以只要能高度精制得金属盐，就很容易得到高纯度的纳米微粉。11、 水热法和溶剂热法水热法原理：水热法以水作为反应介质，在这特殊的环境中使难溶或不溶的前驱物变得容易溶解，并使其完成反应和合成的程序，有的形成结晶。水热法合成法的工艺:将无机或有机化合的前驱物在100〜500和高气压环境下与水化合，通过对加速渗析反应和物理过程的控制，得到改进的无机物，再经过过滤、洗涤、干燥等过程，得到纯度高、粒径小的各类纳米颗粒。溶剂热法：采用有机溶剂代替水作介质，类似水热法合成纳米微粉。12、 雾化水解法和喷雾热解法雾化水解法的工艺原理：将一种盐的超微粒子，由惰性气体载运送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，经焙烧后获得氧化物的超微粒。喷雾热解法：将含所需离子的溶液用高压喷成雾状，送入已设定要求加热的反应室内，通过化学反应生成颗粒。其中，喷雾热解法分为喷雾干燥、喷雾焙烧、喷雾燃烧和喷雾水解等情况。13、 溶胶-凝胶法：是指以金属的有机或无机化合物，均匀溶解于一定的溶剂中形成金属化合物的溶液，然后在催化剂和添加剂的作用下进行水解、缩聚反应，通过控制各种反应条件，得到一种由颗粒或溶胶或团簇均匀分散于液相介质中形成的分散体系。为溶胶。溶胶在温度变化、搅拌的作用、水解缩聚等化学反应或电化学反应平衡作用的影响下，纳米颗粒间发生聚集而成为网络状的聚集体，导致分散体系的黏度增大，增大到一定程度时，具有流动性的溶胶逐渐变成为略显弹性的固体胶状。为凝胶。溶胶-凝胶的原理：易于水解的金属化合物在（无机盐或金属醇盐）在相应的溶剂中与水发生反应，通过水解和缩聚过程逐渐凝胶化，再经过干燥或烧结等后处理得到所需的纳米材料，涉及的反应有水解反应和聚合反应。14、 微乳液法基本原理：利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成一个均匀的乳液，从乳液中析出固相，这样可使成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴内，从而形成球形颗粒，用微乳液法制备纳米颗粒还能避免颗粒之间的进一步团聚。这种方法的思想是利用微乳液在液体介质中所存在的众多均匀的微小单体结构，分别反应，独立形成纳米颗粒。15、 气相化学沉积法：一种或数种反应气体在加热、激光、等离子体等作用下发生化学反应析出超微小颗粒粉的方法。气相化学反应的原理：利用挥发性的原料物质被加热产生的蒸气，通过化学反应生成化合物，在有保护气体或其他合适的条件下快速凝聚，从而制备相应物质的纳米颗粒。热管炉加热化学法的工艺步骤：1）原料处理2）预热与混气3）反应参量控制4）成核与颗粒生长控制5）冷凝控制6）纳米微粒形态控制等离子体化学反应沉积纳米颗粒的原理：等离子体是一种高温、高活性、离子化的导电流体，等离子体高温焰流中的活性原子、分子、离子体或电子被高速发射到各种金属单质或化合物原料表面时，即刻就会溶入原料，使原料瞬间熔融，并使原料蒸发。蒸发的原料与等离子体或反应性气体发生化学反应，先是生成各类新的化合物粒子的核，这些粒子的在核脱离等离子反应区后，就会形成相应化合物的纳米微粒。16、 纳米颗粒的无机包覆及表面修饰改性无机表面改性以纳米颗粒为反应的核物质，依靠物理作用、范德华力或氢键的表面吸附或沉积作用力，有核的表层沉积一层或多层新的无机物的纳米包覆薄膜，由此起到稳定内层粒子、降低纳米离子活性、提高分散性等效果。金属表面改性：是通过化学、物理、机械等方法，要纳米颗粒的核的表面形成一层金属单质或合金包覆层，经过改性的纳米颗粒同时具有原始核物质的物化性能和表面包覆金属层的物化性能，使得纳米颗粒原有的特性得到增强或者是新增加了纳米颗粒的特定功能。无机化合物的包覆及表面改性：利用一些化合物不溶解于水的特性，采用均相沉淀、溶胶-凝胶、水热合成等方法，通过沉淀反应在纳米颗粒表面形成表面包覆，再经过其他的热处理手段，使包覆物固定在颗粒表面，从而达到改善或改变颗粒表面性质的作用。17、 纳米颗粒的有机包覆及表面修饰改性小分子有机物的包覆及表面处理1） 表面活性剂物理包覆及表面改性：通过范德华力、氢键离子等分子间作用力将有机改性剂吸附到作为包覆核的纳米颗粒的表面，并在核的表面形成包覆层，以此来降低蓄谋颗粒原有的表面张力，阻止粒子间的团聚，达到均匀稳定分散的目的。2） 偶联剂化学包覆及表面改性：偶联剂对纳米材料的包覆及改性在纳米颗粒表面发生化学偶联反应。偶联剂的纳米颗粒两组分之间除了范德华力，氢键或配位键相互作用外，还有离子键或共价键的结合。3） 酯化反应包覆及表面改性：金属氧化物与醇的反应也是一种酯化反应，利用酯化反应对纳米颗粒进行包覆及表面修饰改性可以使原来的亲水疏油的纳米材料表面变成亲油疏水的纳米颗粒表面。高分子聚合物包覆及表面改性1） 表面物理吸附方法（见书P175）①乳液聚合包覆法（见书175）②自组装法包覆聚合物层2） 表面化学接枝聚合包覆及表面改性①预先接枝引发基团的②预先偶联剂处理法③聚合物链接枝法原子转移自由基聚合法18、 单壁纳米碳管电弧法：两个电极位于反应室中央，阳极和阴极相隔一定的距离，便于形成电弧。阳极是一根石墨炭棒，阴极则是一根带有浅槽的石墨炭棒，该浅槽用于装少量的铁粉。反应室里填充的甲烷和氢气的混合气体，通过在两电极间加上直流电流，使炭棒电弧放电。在电弧的作用下浅槽中的铁先是熔融形成小液滴，继而蒸发，最后在阴极上冷却、凝聚在铁碳化合物。将阴极产物置于电镜下，经观察发现该产物为单壁纳米碳管。激光蒸发法：将一根金属催化剂/石墨混合物做成的石墨靶放置于一长石英管中间，该管则置于加热炉内，加热炉工作温度1200.将惰性气体充入被加入的管内，并将激光束聚焦于石墨靶上。石墨靶在激光照射下生成气态碳，这些气态碳和催化剂粒子被气流从高温区带向低温区，在催化剂的作用生长成单壁纳米管。催化热解法：P190太阳能法：太阳能法是将阳光聚焦于石墨样品上使碳原子蒸发，这些碳升华后的碳原子被氧气或氮气吹到低温区，并在反应器的低温区沉积，最后形成纳米碳管。19、 纳米线的制备方法基本原理：首先需要有一个形成晶须的基础，在晶须的基础上向一维方向生长形成纳米线。在一般的气-液-固法过程中，晶须首先在固体衬底上形成液滴，该液滴的溶液与衬底间形成一个液固界面，气态原子因溶液表面的吸附作用而沉积在液滴上，当溶液达到过饱和态时，晶体开始溶体中析出，随着气态原子不断吸附到溶体中，溶体的过饱和过程持续出现，致使晶须在固体衬底上逐步形成。物理法：见书P2011）蒸发冷凝法：2）激光沉积法3）电弧放电法制备纳米线化学法：1）化学气相沉积法2）电化学法3）聚合法和模板法20、 纳米薄膜的制备1） 真空蒸发法：在超高真空（10-5Pa）或低压惰性气体氩或氦的气氛中（50〜1000Pa），通过加热蒸发源，使待制备的金属、合金或化合物气化、升华，然后冷凝形成纳米薄膜材料。热源中的物料被蒸发后及被惰性气体冷凝的主要过程是：在真空蒸发室内充入低压惰性气体，目标材料的原料在蒸发源加热蒸发，产生原子雾，与惰性气体原子相互碰撞，凝聚形成纳米尺寸的团簇，并在相对的冷态的基板上沉积起来。2） 微波法：用微波等离子体化学气相沉积制作薄膜。3） 化学气相沉积：是指直接利用气体或通过各种手段将物质变为气体，让一种或数种气体通过光、电、热和化学等的作用而发生热分解、还原或其他反应，从气相中析出纳米粒子，冷却后得到金属单质、合金属和非金属的氢、氧、氮、碳化合物等各类纳米薄膜。普通的电阻加热进行化学气相沉积法：主要是利用电阻加热的方式使含有薄膜的一种或多种单质或化合物气化成气相，然后在衬底表面上进行化学反应生成薄膜的方法。21、 纳米金属与合金材料的制备1）惰性气体蒸发、原位加压制备法原理：纳米结构材料中的纳米金属与合金材料是一种经过二次凝聚的晶体或非晶体，第一次凝聚通常是将气化的金属原子形成纳米颗粒，然后再保持新鲜表面的条件下，将纳米颗粒压在一起形成块状凝聚固体。工艺：由惰性气体蒸发制备的纳米金属或合金颗粒在真空中形成后，由用聚四氟乙烯材料做成刮刀将其从冷阱上刮下，经漏斗直接落入低压压实装置，颗粒粉体在此装置中经轻度压实后由机械手将其送至高压原位加压、加热同系统经热压制成块状体。2） 高能研磨结合加压成块法：干燥的球磨室内，在高真空及氩气氛的保护下，通过机械研磨过程中高速运行的硬质钢球与研磨体之间的相互碰撞，对原始物料反复进行断裂、熔结、断裂的过程。使物料颗粒不断得到细化，达到纳米尺寸，再采用热挤压、热等静压等技术加压制得块状纳米材料。3） 非晶晶化法：非晶态材料在热力学上属于非平衡的亚稳态结构，在一定的条件下会发生非晶结构向晶态结构的晶化转变。通过控制非晶态固体的晶化动力学过程使产物晶化成为晶粒，然后再获得具有纳米相的块体材料。22、 纳米复合材料的制备（有机-无机）1）插层复合法：许多无机化合物都具有层状结构，如硅酸盐类，磷酸盐类，石墨等都是典型的层状物质，在它们的结构层间有可交换的阳离子，如Na、CaMg等。这些离子可与无机金属离子、有机阳离子型表面活性剂和阳离子染料等进行离子交换。在制备纳米复合材料时，利用这种结构特性有机阳离子作为插层剂进行阳离子交换，使得结构层的间距增大，同时可改善层间的环境，使层状无机盐内外表面性质发生变化，如由亲水转变为疏水。采用插层技术可以引入能与聚合物发生反应的官能团来改变两相黏结性降低表面能，以利于单体和聚合物插入层间结构，达到制备有机聚合物基纳米复合材料的目的。2） 溶胶-凝胶法：使用烷氧金属或金属盐等作为前驱物，将其溶于水或有机溶剂中形成溶液，经水解、缩聚反应形成含有纳米级粒子的溶胶和凝胶。3） 纳米粒子直接分散法：将合成各种形态的纳米粒子，再通过各种方式与有机聚合物混合，这是制备聚合基纳米复合材料最简单的技术，适合各种形态的纳米粒子。有溶液共混、乳液共混、熔融共混、机械共混。4） 原位分散聚合复合法：将无机纳米粒子均匀分散在聚合物单体中，然后再引发单体发生聚合反应，使纳米无机粒子包埋