纳米粒子的制备方法.pptx
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SchoolofMaterialsScience&EngineeringSchoolofMaterialsScience&Engineering第八章第二节第八章第二节纳米粒子的制备方法纳米粒子的制备方法SchoolofMaterialsScience&Engineering纳米材料的主要形式纳米材料的主要形式纳米粒子纳米线纳米带纳米膜纳米管纳米固体材料SchoolofMaterialsScience&Engineering纳米材料的分类按结构：
按结构：
零维纳米材料：
指空间三维尺度均在纳米尺度以内的材料，如纳米粒子、原子团簇等。
一维纳米材料：
有两维处于纳米尺度的材料，如纳米线纳米管。
二维纳米材料：
在三维空间有一维在纳米尺度的材料，如超薄膜。
三维纳米材料（纳米固体材料）：
指由尺寸小于20nm的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密性固体材料。
纳米固体材料的主要特征是具有巨大的颗粒间界面，如5nm颗粒所构成的固体每立方厘米将含1019个晶界，从而使得纳米材料高韧性。
SchoolofMaterialsScience&Engineeringn按材质按材质纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米高分子材料纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米高分子材料和纳米复合材料。
和纳米复合材料。
n按形态按形态纳米颗粒材料、纳米固体材料（也称纳米块体材纳米颗粒材料、纳米固体材料（也称纳米块体材料）、纳米膜材料以及纳米液体材料。
料）、纳米膜材料以及纳米液体材料。
n按功能按功能纳米生物材料、纳米磁性材料、纳米药物材料、纳纳米生物材料、纳米磁性材料、纳米药物材料、纳米催化材料、纳米智能材料、纳米吸波材料、纳米热敏米催化材料、纳米智能材料、纳米吸波材料、纳米热敏材料以及纳米环保材料等。
材料以及纳米环保材料等。
SchoolofMaterialsScience&EngineeringSchoolofMaterialsScience&Engineeringl人工制备纳米材料的实践也已有人工制备纳米材料的实践也已有10001000年的年的历史，中国古代利用蜡烛燃烧之烟雾制成碳黑历史，中国古代利用蜡烛燃烧之烟雾制成碳黑作为墨的原料和着色的染料，就是最早的人工作为墨的原料和着色的染料，就是最早的人工纳米材料。
纳米材料。
l中国古代铜镜表面的防锈层经检验也已证实中国古代铜镜表面的防锈层经检验也已证实为纳米为纳米SnO2SnO2颗粒构成的薄膜。
颗粒构成的薄膜。
发展历史SchoolofMaterialsScience&Engineering人们自觉地将纳米微粒作为研究对象，而用人工人们自觉地将纳米微粒作为研究对象，而用人工方法有意识地获得纳米粒子则是在方法有意识地获得纳米粒子则是在2020世纪世纪6060年代。
年代。
n19631963年，年，RyoziUyeda等人用气体蒸发（或等人用气体蒸发（或“冷凝冷凝”）法获得了较干净的超微粒，并对单个金属微粒的形貌和法获得了较干净的超微粒，并对单个金属微粒的形貌和晶体结构进行了电镜和电子衍射研究。
晶体结构进行了电镜和电子衍射研究。
l19841984年，年，Gleiter等人等人用同样的方法制备出用同样的方法制备出了纳米相材料了纳米相材料TiO2。
SchoolofMaterialsScience&Engineering纳米粒子制备方法评述纳米粒子制备方法评述蒸发法蒸发法机械粉碎法机械粉碎法物理方法与化学方法物理方法与化学方法制备了各种金属及合金化合制备了各种金属及合金化合物等几乎所有物质的纳米粒物等几乎所有物质的纳米粒子子高能球磨、振动、高能球磨、振动、搅拌磨及高速气流磨搅拌磨及高速气流磨粉碎极限一般为微米级粉碎极限一般为微米级可以制备金属氧化物、氮化物、可以制备金属氧化物、氮化物、碳化物、超导材料、磁性材料等碳化物、超导材料、磁性材料等几乎所有物质的纳米粒子。
几乎所有物质的纳米粒子。
粒子的纯度、产率、粒径粒子的纯度、产率、粒径分布、均匀性及粒子的可分布、均匀性及粒子的可控制性等问题依然存在控制性等问题依然存在SchoolofMaterialsScience&Engineeringl过去一般把超微粒子过去一般把超微粒子（包括包括1-100nm1-100nm的纳米微粒的纳米微粒）制备方法分为两大类：
物理方法和化学方法。
制备方法分为两大类：
物理方法和化学方法。
l液相法和气相法被归为化学方法，机械粉碎法被划液相法和气相法被归为化学方法，机械粉碎法被划为物理方法。
为物理方法。
制备方法的分类：
制备方法的分类：
气相法笼统划为化学法不合适，气相法笼统划为化学法不合适，把粉碎法全归为物理方法也不合适把粉碎法全归为物理方法也不合适。
SchoolofMaterialsScience&Engineering将块状物质粉碎、细将块状物质粉碎、细化，从而得到不同粒化，从而得到不同粒径范围的纳米粒子。
径范围的纳米粒子。
由小极限原子或由小极限原子或分子的集合体人分子的集合体人工合成超微粒子工合成超微粒子。
SchoolofMaterialsScience&Engineering纳米微粒合成技术要求纳米微粒合成技术要求n纳米微粒的纯度及表面干净程度；纳米微粒的纯度及表面干净程度；n纳米微粒的平均粒径及粒度分布；纳米微粒的平均粒径及粒度分布；n纳米微粒的晶型及晶相稳定度；纳米微粒的晶型及晶相稳定度；n纳米粉体是否容易团聚；纳米粉体是否容易团聚；n能长时间运转、容易收集、安定而保存性良好能长时间运转、容易收集、安定而保存性良好；n生产成本符合商业化运转。
生产成本符合商业化运转。
SchoolofMaterialsScience&Engineering粉碎定义：
固体物料粒子粉碎定义：
固体物料粒子尺寸由大变小过程的总称尺寸由大变小过程的总称，它包括，它包括“破碎破碎”和和“粉粉磨磨”。
前者是由大料块变。
前者是由大料块变成小料块的过程，后者是成小料块的过程，后者是由小料块变成粉体的过程由小料块变成粉体的过程。
11制备纳米粒子的物理方法制备纳米粒子的物理方法1.11.1机械粉碎法机械粉碎法粉碎作用力的类型粉碎作用力的类型SchoolofMaterialsScience&Engineering基本粉碎方式：
压碎、剪碎、冲击粉碎和磨碎。
基本粉碎方式：
压碎、剪碎、冲击粉碎和磨碎。
种类：
湿法粉碎种类：
湿法粉碎干法粉碎干法粉碎一般的粉碎作用力都是几种力的组合，如球磨机一般的粉碎作用力都是几种力的组合，如球磨机和振动磨是磨碎与冲击粉碎的组合；雷蒙磨是压碎、和振动磨是磨碎与冲击粉碎的组合；雷蒙磨是压碎、剪碎、磨碎的组合；气流磨是冲击、磨碎与剪碎的组剪碎、磨碎的组合；气流磨是冲击、磨碎与剪碎的组合等等。
合等等。
SchoolofMaterialsScience&Engineering种：
颗粒之间或颗粒与磨球之间互相摩擦种：
颗粒之间或颗粒与磨球之间互相摩擦,使得一使得一定粒度范围内的颗粒造成表面粉碎定粒度范围内的颗粒造成表面粉碎,结果形成大和结果形成大和小两种粒度的新颗粒小两种粒度的新颗粒,称为摩擦粉碎或表面粉碎。
称为摩擦粉碎或表面粉碎。
一种：
由于球对颗粒或颗粒对颗粒的冲击、碰撞和一种：
由于球对颗粒或颗粒对颗粒的冲击、碰撞和剪切等作用剪切等作用,从颗粒中近似等体积地分割出两个小从颗粒中近似等体积地分割出两个小颗粒颗粒,称为冲击压缩粉碎或体积粉碎。
称为冲击压缩粉碎或体积粉碎。
球磨过程中引起粉末粒度发生变化的机理有两种：
球磨过程中引起粉末粒度发生变化的机理有两种：
SchoolofMaterialsScience&Engineering粉碎过程的另一现象粉碎过程的另一现象“逆粉碎现象逆粉碎现象”物料在超细粉碎过程中，随着粉碎时间的延长，物料在超细粉碎过程中，随着粉碎时间的延长，颗粒粒度的减小，比表面积的增加，颗粒的表面颗粒粒度的减小，比表面积的增加，颗粒的表面能增大，颗粒之间的相互作用增强，团聚现象增能增大，颗粒之间的相互作用增强，团聚现象增加，达到一定时间后，粉碎团聚加，达到一定时间后，粉碎团聚是各种粉碎存在最低粒度下限的主要原因；是各种粉碎存在最低粒度下限的主要原因；是相似条件下湿法球磨比干法粒度下限低的原因是相似条件下湿法球磨比干法粒度下限低的原因.SchoolofMaterialsScience&Engineering例如：
例如：
AA：
在干法研磨水泥熟料时加入乙二醇作为助磨剂，产率可提高：
在干法研磨水泥熟料时加入乙二醇作为助磨剂，产率可提高25255050；BB：
在湿法球磨锆英石时加入：
在湿法球磨锆英石时加入0.20.2的三乙醇胺，研磨时间减少的三乙醇胺，研磨时间减少3/43/4。
打破以上平衡打破以上平衡,可采取的一个重要方法就是可采取的一个重要方法就是加入助磨剂。
助。
磨剂：
加入助磨剂。
助。
磨剂：
助磨剂定义：
在超细粉碎过程中，能够显著提高助磨剂定义：
在超细粉碎过程中，能够显著提高粉碎效率或降低能耗的化学物质称为助磨剂。
粉碎效率或降低能耗的化学物质称为助磨剂。
SchoolofMaterialsScience&Engineering在纳米粉碎中，随着粒子粒径的减小，被粉碎物料的结晶均匀性增加，粒在纳米粉碎中，随着粒子粒径的减小，被粉碎物料的结晶均匀性增加，粒子强度增大，断裂能提高，粉碎所需的机械应力也大大增加。
因而粒度越细，子强度增大，断裂能提高，粉碎所需的机械应力也大大增加。
因而粒度越细，粉碎的难度就越大。
粉碎到一定程度后，尽管继续施加机械应力，粉体物料的粉碎的难度就越大。
粉碎到一定程度后，尽管继续施加机械应力，粉体物料的粒度不再继续减小或减小的速率相当缓慢，这就是物料的粉碎极限。
粒度不再继续减小或减小的速率相当缓慢，这就是物料的粉碎极限。
采用机械粉碎法需注意的问题采用机械粉碎法需注意的问题：
11）安全性问题）安全性问题对于易燃、易爆物料，其粉碎生产过程中还会伴随有燃烧、爆炸的可能性对于易燃、易爆物料，其粉碎生产过程中还会伴随有燃烧、爆炸的可能性。
22）纳米机械粉碎极限）纳米机械粉碎极限SchoolofMaterialsScience&Engineering球磨机是目前广泛采用的球磨机是目前广泛采用的纳米磨碎设备。
纳米磨碎设备。
它是利用介质和物料它是利用介质和物料之间的相互研磨和冲击使物之间的相互研磨和冲击使物料粒子粉碎，经几百小时的料粒子粉碎，经几百小时的球磨，可使小于球磨，可使小于lmlm的粒的粒子达到子达到2020。
1.1.11.1.1球磨球磨（Milling）11）可充入惰性气体进行机械）可充入惰性气体进行机械合金，机械复合，纳米材料及合金，机械复合，纳米材料及复合材料的合成。
复合材料的合成。
22）材质可选择玛瑙，氮化硅）材质可选择玛瑙，氮化硅，氧化铝，氧化锆，不锈钢，氧化铝，氧化锆，不锈钢，普通钢，碳化钨，包裹塑料的普通钢，碳化钨，包裹塑料的不锈钢。
不锈钢。
SchoolofMaterialsScience&Engineering滚筒式球磨滚筒式球磨SchoolofMaterialsScience&Engineering行星球磨行星球磨SchoolofMaterialsScience&Engineering11）高能球磨制备）高能球磨制备ZnSeZnSe纳米晶粉体纳米晶粉体车俊车俊姚熹姚熹姜海青姜海青汪敏强汪敏强，西安交通大学西安交通大学,稀有金属材料与工程稀有金属材料与工程-20062006将相同摩尔比的将相同摩尔比的ZnZn粉和粉和SeSe粉放在球磨罐粉放在球磨罐（WC）（WC）中，选用球石直径为中，选用球石直径为10mm10mm，原，原料：
球石料：
球石1:
201:
20，干磨，在氮气保护下，球磨，干磨，在氮气保护下，球磨60min60min
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