2零维纳米材料制备_20110308.ppt

1、纳米材料和纳米技术，nanomaterials and nano technology，2 .零维纳米材料合成和准备，主讲人：Lu jun，西南交通大学材料科学和工程学院，telephone 3360e-mail 33666周发韩阿邦秦相报纳米材料技术国防工业出版社2003，嘉宝县李门卓微纳米科学技术导论化学工业出版社2007纳米颗粒薄膜和块体(包括纳米晶体、纳米相、纳米非晶等)纳米丝、纳米管和其他一维材料；组装或自行组装纳米材料；纳米微孔或多孔材料。纳米材料准备方法在技术上比较成熟，相当多的方法已经用于规模生产，总体上可以分为两个茄子类别：物理法和化学法。概述，纳米

2、材料准备方法和特性，纳米材料合成和准备有两种茄子方法：从下到上，从上到下，从所谓的下到上，先准备纳米结构单元，然后组装纳米材料。例如，先用纳米粉末准备，然后凝固成纳米块，或者直接将原子和分子组装成纳米结构。由上而下是先准备前驱材料，然后从材料中删除有用的部分。从上到下的典型例子是用高能球磨制备纳米粉末。此外，通过光刻技术，可以形成牙齿材料所需的纳米结构和图案。美国“明尼苏达大学纳米结构实验室”从1995年开始进行了划时代的研究，推出了一种叫做“盖印纳米”的新技术。零维纳米结构单位，零维纳米结构单位的种类和名称各不相同。常见的有纳米粒子、超细粒子、超细粉、烟雾粒子(Smoke Particle)

3、例如，纳米粒子的吸附性比相同材料的本体材料强，并且纳米粒子表面的活性使其容易重新结合，从而形成具有多个连接界面的尺寸大型团聚体。量子点由准零维纳米材料，少量原子组成。大致上，量子点的三维尺寸都在100纳米以下，外观看起来很小，其内部电子各方面的运动受到限制，杨紫限制效果尤为明显。(威廉莎士比亚、量子点、量子点、量子点、量子点、量子点、量子点、量子点、量子点、量子点)杨紫限制效应可能导致原子等不连续的电子能级结构，因此量子点也被称为“人工原子”。科学家发明了多种制作量子点的茄子方法，牙齿纳米材料也期待在21世纪的纳米电子学上有很大的应用潜力。在一般材料中，电子的波长期小于材料的尺寸，因此杨紫限制

4、效果不大。如果把一个维度的尺寸缩小到一个波长以下，牙齿时电子可以在由另外两个维度组成的二维空间中进行自由运动的系统，我们称之为杨紫井。如果我们把另一个维度的尺寸缩小到小于一个波长，电子只能在一维方向运动。我们称之为量子线。三维尺寸都缩小到一个波长以下，成为量子点。由此可见，真正的关键尺寸是由电子在材料中的费米波长决定的。量子点、簇、几个或几千个原子或其耦合状态单元相互作用结合而形成的相对稳定的化学单元。大小中的纳米级(10-9m)。原子群集：金属群集Lin、Cun、Hgn非金属群集Cn、Nn、Arn分子群集3360 (H2O) N群集是众多纳米材料基础。目前最大的原子簇是C60，由20个六边形

5、、12个五边形组成的足球结构的中空球形分子，直径为0.7nm。，12个五边形和20个六边形，化学家在碳球上发现金属和稀有惰性气体，富勒烯碳元素存在的第三种形式，19853360 C60-Discovered(Nature 318，162)19903360 C60-；354)1991: carbon nanotubes discovered(nature 354，56) 19963360 noble prize for C60，C60分子模型，prof.robert F. Usa，C60的晶体照片，C60掺杂钾，钚等具有超导性，超导体的起始温度达到18K。北大和科学院合作获得Rb3C60，超导的

6、起始温度为28K，领先于世界先进水平。(威廉莎士比亚，Northern Exposure(美国电视电视剧)，C60家族，C60，C70和C100000的实物图，Preparation Technologies for ned storage reporting技术一般先形成原子簇，然后形成单个纳米微粒。气体凝固法(高频感应加热法)纳米微粒模型也准备好了，气相蒸发法特征：纳米微粒表面清洁粒度整齐，分布窄，粒度窄，气相蒸发法加热法(分类):电阻加热法高频感应加热法等离子体加热法电子束加热法，激光加热法电蒸发法流动面真空沉积法爆炸史2。化学气相反应(化学气相沉积)法：利用挥发性金属或非金属化合物的蒸

7、汽，制造生成化学反应所需的化合物，在保护气体环境中快速反应，准备纳米微粒。气相合成法，气相分解法，3，化学气相冷凝法：利用原料在气相中制作化学反应形成基本粒子，冷合成纳米粒子等方法。高纯度惰性气体，高价钱，碳容易进入分解产物。大部分使用醋酸盐。基本原理，草酸分解基本原理，草酸分解温度-1，草酸分解温度-2，2。固相反应法，3 .火花放电法，放电发生的瞬间高温发生，产生强烈的机械能。放电频率：1200次/秒，放电引起：1，铝从铝表面剥落，2，水力脱落-OH 3，AL (OH) 3AL2O3，4。球磨，一定粒度的反应粉末(或气体)反应性球磨方法克服了空气冷凝法粉末效率低、产量低、成本高的局限性，适

8、用于金属氮化物合金的制备，并可在球磨过程中还原反应。滚动球磨、搅拌球磨、振动球磨、液相法制备纳米材料、沉淀法(均匀沉淀、共沉淀)、水解法(无机盐水解、金属醇盐水分解)、喷雾法(喷雾干燥、喷雾水解、喷雾焙烧)、溶剂热法稳定氧化锆陶瓷的化学沉淀法制备，2，水热法(高温水解法)，水热法将水作为高压釜内高温高压反应环境中的反应介质，一般溶解不溶解或不溶解的物质，反应可以再结晶。 水热法具有两种茄子特征，一种是相对较低的温度，另一种是在密闭容器中进行，避免群组挥发。从1982年开始用水热法反应制造纳米粉末。水热法条件下粉末的制备：水热法(Al(OH)3 Al203H2O水热法)，如FeTiO3 K0H

9、K2O.nTiO2水热分解法，如ZR SIO 4 NAOH ZRO2 NA2 NA2 SIO3水热脱水法微乳液表面活性剂油常用的油-水体系包括：柴油/水、煤油/水、汽油/水、甲苯的酒精溶液/水等。常用的表面活性剂(:)包括乙炔钠(AOT)、十二烷基硫酸钠(SDS)等。特点：微乳液法原料便宜，实验装置简单，操作方便，反应条件温和，可调节粒子尺寸。广泛用于纳米材料准备。微乳液法制备纳米材料(如ZrO2纳米粉末，4，喷雾，喷雾法)是通过多种物理方法将溶液雾化，以获得纳米粒子的化学和物理结合方法。它的基本过程包括溶液的制备、喷雾、干燥、收集和热处理。特征：粒子分布比较均匀，具体的尺寸范围取决于工艺和喷

10、雾准备方法。喷雾方法可根据雾和凝结过程分为三种茄子方法：(1)喷雾干燥法。将金属盐水溶液或氢氧化物溶胶放入喷雾器，从喷嘴高速喷射到干燥室，烘焙金属盐或氧化物的微粒，收集后所需成分的纳米粒子。(2)雾化水解方法。牙齿方法将一种盐的超微粒子从惰性气体装入含有金属醇盐的蒸汽房，金属醇盐蒸汽在超细颗粒的表面和水蒸气反应分解后形成氢氧化物微粒，烘烤后得到氧化物的纳米颗粒。(3)喷雾焙烧方法。牙齿方法是通过压缩空气从窄喷嘴喷出的小水滴雾化的金属盐溶液，原子化室温度高，使金属盐液滴的热解成为纳米粒子。例如，用牙齿方法合成硝酸镁和硝酸铝的混合溶液，就可以合成镁，铝尖晶石。例如，将NiSO4，Fe2(SO4)3

11、，ZnSO4的水溶液以一定比例混合后，喷雾干燥以获得小颗粒，然后在800-1000oC中烘烤以获得磁性物质Ni，Zn铁氧体NI (ZN)，特征：连续生产，操作简单，但部分盐类分解时会产生毒气，5，溶胶-凝胶法，介绍：溶胶-凝胶法是20世纪60年代发展起来的制备玻璃、陶瓷等无机材料的新工艺，近年来很多人在纳米微粒的准备中使用牙齿方法。其基本原理是，水解金属纯盐或无机盐后，进行溶质聚合，溶解凝胶，然后干燥凝胶，刮伤缎子，最后得到无机材料。溶胶-1凝胶法包括以下过程：(1)溶胶的制备：有两种茄子方法准备溶胶：首先用适当的沉淀剂沉淀部分或全部成分，然后凝固，将原来的絮凝沉淀颗粒分散成原来的颗粒。由于牙

12、齿原始粒子的大小，一般在溶胶系统中处于胶体核的大小范围内，因此可以制造溶胶。另一种方法是从相同的盐溶液出发，通过对沉淀过程的细致控制，先沉淀形成的颗粒不凝结成大颗粒，直接得到溶胶。(2)溶胶-凝胶切换：溶胶中含有大量的水，在胶凝过程中，系统失去流动性，形成开放的骨骼结构。实现胶凝作用的方法有两种。一是用化学方法，调节溶胶的电解质浓度，实现胶凝。二是物理方法，强迫胶体粒子徐璐接近，克服斥力，实现胶凝。(3)凝胶干燥：在特定条件(如加热)下蒸发溶剂，得到粉末。干燥过程中，凝胶结构发生了很大变化。溶胶-凝胶法制备无裂纹块状材料，溶胶-凝胶法工艺过程，溶胶-凝胶法生产案例，溶胶-凝胶法的优缺点如下。1、化学均匀性好。在溶胶-凝胶过程中，溶胶是由溶液制成的。因此胶体粒子和胶体粒子之间的化学成分完全一致。2、高纯度。粉末(离别是多粉)准备过程中不需要机械混合。3、颗粒细。粉末粒子尺寸小于100nm。4、牙齿方法可接受不溶性或沉淀成分。不溶性微粒均匀分布在含有不引起沉淀的成分的溶液中凝固，不溶性成分可以自然固定在凝胶体系中。不溶性基团粒子越细，体系化学的均匀性越好。5、干燥后容易形成硬凝聚。氧化物大部分是桥氧链的形成，而且球形凝胶颗粒本身的烧结温度低，但凝胶颗粒之间的烧结不好，块状材料烧