纳米材料的制备方法(2)

可以制备多种薄膜材料。缺点是不易于制备大面积的薄膜；在薄膜表面存在微米-亚微米尺度的颗粒物污染，所制备薄膜的均匀性较差；某些材料靶膜成分并不一致。对于多组元化合物薄膜，如果某些种阳离子具有较高的蒸气压，则在高温下无法保证薄膜的等化学计量比生长，并且设备的投入成本较大。

随着科技的发展,超快脉冲激光、脉冲激光真空弧、双光束脉冲激光等最新的激光发生器用于激光沉淀纳米粒子膜制备技术。复旦大学许宁等用248nm的KrF准分子脉冲激光烧蚀ZnSe靶材沉积ZnSe薄膜。波兰A. Bylica等在ITO衬底上PLD生长CdTe、CdS及CdTe/CdS多层结构。

5 固相烧结法

5.1固相烧结的原理

烧结就是将粉末压坯加热到一定温度并保持一定的时间，然后冷却下来，从而得到所需性能的材料，这种热处理工艺叫做烧结。固相烧结法是制备纳米薄膜块的传统方法，固相烧结是指烧结过程中组元不发生融化的烧结方法。通常是利用金属化合物的热分解来制备超微粒[11]。

5.2固相烧结的分类及过程

按期组元可分为单元系固相烧结和多元系固相烧结。单元系固相烧结是纯金属、固定成分的化合物或均匀固溶体松装粉末或压培在熔点一下温度进行粉末烧结。单元系固相烧结过程除发生粉末颗粒间的粘结、致密化和纯金属的组织变化外，不存在组元间的溶解，也不出现新的组成物。多元系固相烧结是两种组员以上的粉末在其中低熔组元的熔点一下的温度进行的烧结。多元系固相烧结除发生单元系固相烧结所产生的现象外，还发生一些其他现象

固相烧结大致可分为3个阶段：1 低温阶段，主要发生水分的挥发、粉末的分解等过程。2中温阶段，主要开始发生再结晶、表面氧化物被还原，粉末密度增加等的过程。3高温阶段，主要发生粉末充分扩散和流动并接近完成，孔隙数量减少等过程。保温一定时间后，所有性能均达到稳定不变。

5.3固相烧结的优缺点及发展现状

固相烧结不使用溶剂,具有高选择性、高产率、低能耗、工艺过程简单成本低廉等优点。但也颗粒易受污染,且颗粒分布不均匀等缺点。安徽大学物理王翠平等对用固相烧结法制备(LiFe)xZn1-2xFe2O4铁氧体材料的吸波

性能研究取得了新的成果；烧结温度是重要的实验条件之一,它决定了材料的微观结构及性能,从而,寻找最佳的烧结温度,研究温度对材料结构和性能的影响具有重的意义。

6 水热法

6.1水热法的原理

水热法是指在特制的密闭的反应容器中,采用水溶液作为反应体系,通过对反应体系加热而产生高压,从而进行无机材料的合成与制备，再经分离和热处理得到纳米微粒。在水热法中,液态或气态是传递压力的媒介。水热条件下离子反应和水解反应可以得到加速和促进,使一些在常温下反应速度很慢的热力学反应,在水热条件下可以实现快速反应。在高压下,绝大多数的反应物能部分溶解于水,促使反应在液相或气相中进行。水热法通过高压釜中适合水热条件下的化学反应,实现从原子、分子级的微粒构筑和晶体生长。在水热处理过程中,温度、压力、处理、时间、溶媒的成分、pH值、所用前驱物的种类以及有无矿化剂和矿化剂的种类对粉末的粒径和形貌有很大的影响,同时还影响反应速度、晶型等。水热合成反应温度在25~200℃之间的,通常称为低温水热合成反应;反应温度在200℃以上的,称为高温合成反应[12]。

水热法的优缺点及发展状况

水热法具有以下几个优点:反应温度低,反应活性却很高，为产品的大规模工业生产提供了有利的条件；由于水热条件下存在特殊的中间态以及特殊聚合态,因而能合成出特种结构、凝聚态的新化合物；水热的低温条件有利于合成低熔点化合物、高蒸汽压且不能在熔融体中生成的物质以及高温分解相；水热合成的低温、高压的溶液条件下,有利于生成具有平衡缺陷浓度、规则取向、晶形完好的晶体材料,且合成产物的纯度高,易于控制产物晶体的粒度。易于调节水热。由于上述优点,近年来水热法也广泛用于纳米材料的合成。缺点是成本较高，条件要求苛刻。

郭景坤等人采用高压水热处理,将化学制得的 Zr(OH)4胶体置于高压釜中,控制合适的温度和压力,使氢氧化物进行相变,成功地得到了10～15nm 的形状规则的ZrO2。另外，朱传高等还用电化学溶解镁阳极的方法制备了纳米氧化镁粉体，平均粒径在12nnl左右。utlyeJI也用醇盐水解法制得了纳米氧化

镁粉体。

7 溶胶—凝胶法

7.1溶胶—凝胶法的原理

溶胶—凝胶法是用易水解的金属化合物(无机盐或金属盐)在某种溶剂中形成均质溶液,溶质发生水解反应生成纳米级的粒子并形成溶胶,溶胶经蒸发干燥转变为凝胶,该法为低温反应过程,允许掺杂大剂量的无机物和有机物,再经干燥、烧结等后处理得到所需的材料,其基本反应有水解反应和聚合反应。该法涉及到溶胶和凝胶两个概念。所谓溶胶是指分散在液相中的固态粒子足够小(1~100 nm),以致可以通过布朗运动保持无限期的悬浮;凝胶是一种包含液相组分且具有内部网络结构的固体,此时的液体和固体都呈现一种高度分散的状态。采用溶胶-凝胶法制备材料的具体技术或工艺过程相当多,但按其产生溶胶-凝胶过程的机制不外乎3种类型,即传统胶体型、无机聚合物型和配合物型。

溶胶—凝胶法的优缺点及发展现状

它可在低温下制备纯度高、粒径分布均匀、化学活性高的单、多组份混合物,并可制备传统方法不能或难以制备的产物。溶胶-凝胶法制备的材料具有多孔状结构,表面积大,有利于在气敏、湿敏及催化方面的应用,可能会使气敏、湿敏特性和催化效率大大提高。这种方法得到的粉体均匀分布、分散性好、纯度高，且锻烧温度低、反应易控制、副反应少、工艺操作简单。但一般来说，这种方法所用原料成本较高，适用范围不够广泛。

中国科学院固体物理研究所张立德研究员利用碳热还原、溶胶-凝胶软化学法并结合纳米液滴外延等新技术，首次合成了碳化钽纳米丝外包绝缘体SiO2纳米电缆。在溶剂热合成纳米材料方面作了许多工作，并取得了创造。薛天峰,胡季帆等[13]在200mL烧杯中用少量水溶解一定比例的Zn(NO3)26H2O和Al(NO3)39H2O,加入适量柠檬酸和少许聚乙二醇,65℃下搅拌,形成溶胶,直至脱水,形成原粉,前驱体450℃热处理,制备得掺杂Al3+的纳米ZnO,其平均晶粒分别为40 nm和35 nm。Ken-ichiHashizume等[14]用凝胶法制备出粒径为2. 5~4. 7 nm的CdSe纳米晶体,通过改变喷射时间和温度以及加入到TOPO溶剂中的(Me)2Cd/TOP和TOP-Se混合物的质量,可以控制晶体的尺寸。Zhang等[15]用无水乙醇作为溶剂,盐酸作为水解催化剂,钛酸四丁酯水解得到二氧化钛溶胶,将

TiO2溶胶与苯酚混合加入到n-庚烷中,在搅拌的同时,滴入甲醛溶液,然后在90℃下静止该反应体系1. 5 h,得到象牙色的微球,最后在高温下焙烧象牙色的微球得到TiO2多孔球形纳米晶体,粒径为20~40 nm,试验过程中发现合适的热处理条件对纳米球体的体积和结构都有较大的影响,在300℃下焙烧得到无定形结构, 500℃下焙烧得到锐钛矿结构, 700℃下焙烧得到金红石结构。 目前水热法有向低温低压发展的趋势,即温度<100℃,压力接近1个标准大气压的水热条件。

8 总结

纳米材料由于具有特异的光、电、磁、催化等性能,可广泛应用于国防军事和民用工业的各个领域。它不仅在高科技领域有不可替代的作用,也为传统的产业带来生机和活力。随着纳米材料制备技术的不断开发及应,工业化生产纳米材料必将对传统的化学工业和其它产业产生重大影响[16]。

由于纳米材料在各个学科领域的应用都十分广泛,必然会不断涌现出更新更好的制备方法,希望能在 …… 此处隐藏：3274字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……