超临界条件下TiO2纳米管的制备与干燥优质PPT.ppt

1、激光烧蚀法激光烧蚀法、激光沉积法、激光沉积法1化学法：化学法：模板法模板法、水热法，阳极氧化法、水热法，阳极氧化法2综合法：固综合法：固-液相电弧放电法液相电弧放电法3Company Logo物理法物理法激光烧蚀法：激光烧蚀法：液态催化剂纳米团簇吸附反应物，在液态催化剂纳米团簇吸附反应物，在界面上生长，直到液态催化剂变成固态界面上生长，直到液态催化剂变成固态。Company Logo用用Fe 催化剂制备催化剂制备Si 纳米线纳米线 装置图硅纳米线生长图（T1 为恒温区温度,T2 为FeSi2 液滴的凝固温度）Company Logo化学法：模板法化学法：模板法作用分类概念在纳米模板中，在纳米模

2、板中，采用物理或化学采用物理或化学方法，将金属、方法，将金属、半导体物质组装半导体物质组装进模板中，获得进模板中，获得纳米颗粒、纳米纳米颗粒、纳米线或纳米管。线或纳米管。提供物质合成的提供物质合成的限域空间，其内限域空间，其内部孔洞为纳米级，部孔洞为纳米级，合成各种形状的合成各种形状的纳米颗粒、纳米纳米颗粒、纳米线和纳米管线和纳米管。多孔氧化铝模板多孔氧化铝模板、高分子模板、多高分子模板、多孔玻璃、微孔离孔玻璃、微孔离子交换树脂、蛋子交换树脂、蛋白质高分子有机白质高分子有机模板、介孔分子模板、介孔分子筛等。筛等。Company Logo多孔氧化铝模板多孔氧化铝模板斜视图顶视图Company L

3、ogo多孔氧化铝模板多孔氧化铝模板v一般用Sol-Gel法制备TiO2纳米阵列：将含有纳米粒子的溶胶浸泡多孔氧化铝模板，制备出无机半导体纳米材料的纳米管和纳米线阵列。v浸泡时间长，形成纳米线；浸泡时间短，形成纳米管。在氧化铝模板中合成TiO2纳米管和纳米线的SEM照片Company Logo化学法：模板法优点：优点：v制备方法简单、成本较低；制备方法简单、成本较低；v高度有序性，柱状孔径大小一致、排列有序、分高度有序性，柱状孔径大小一致、排列有序、分布均匀，彼此独立，不交联，通过调整参数，如布均匀，彼此独立，不交联，通过调整参数，如酸的种类、氧化电压、时间、温度等，来改变氧酸的种类、氧化电压、

4、时间、温度等，来改变氧化膜的直径、长度和孔密度；化膜的直径、长度和孔密度；v高的长径比；高的长径比；v室温下填充纳米线材料；室温下填充纳米线材料；v在高温下一级有机溶剂中稳定存在在高温下一级有机溶剂中稳定存在Company Logo化学法：模板法传统的传统的TiO2纳米颗粒合成：纳米颗粒合成：v溶胶溶胶-凝胶法：分子态凝胶法：分子态聚合体聚合体溶胶溶胶凝胶凝胶晶态（或晶态（或非晶态）；非晶态）；原料：钛醇盐或原料：钛醇盐或TiCl4v沉淀法：化学反应将有效成分沉淀，过滤沉淀法：化学反应将有效成分沉淀，过滤洗涤洗涤干燥；干燥；v水解法：金属盐在酸性溶液中强迫水解；水解法：v水热合成方法：水热合成

5、方法：利用化合物在高温高压水溶液中的溶利用化合物在高温高压水溶液中的溶 解度增大离子活度增强解度增大离子活度增强,化合物晶体结构转型重结晶；化合物晶体结构转型重结晶；v微乳液法：微乳液法：由油、水、表面活性剂组成透明、各相同性、由油、水、表面活性剂组成透明、各相同性、低粘度的热力学稳定体系，通过控制液滴中水体积及反应低粘度的热力学稳定体系，通过控制液滴中水体积及反应物浓度来控制核生长物浓度来控制核生长,获得单分散纳米粒子。获得单分散纳米粒子。Company Logo与模板法相结合合成与模板法相结合合成TiO2纳米管纳米管vSol-Gel法：法：Text孔内沉积孔内沉积纳米线纳米线Text纳米氧

6、化纳米氧化钛阵列钛阵列Text反应流程反应流程溶胶溶胶配制配制 煅煅烧溶解部溶解部分模板分模板 阵列的列的结构和形构和形貌表征貌表征Company Logo与模板法相结合合成与模板法相结合合成TiO2纳米管纳米管v直流电沉积模板法：要求模板无裂缝和缺陷，否直流电沉积模板法：要求模板无裂缝和缺陷，否则电沉积首先在裂缝和缺陷处发生，且要求氧化则电沉积首先在裂缝和缺陷处发生，且要求氧化膜必须达到一定的厚度以便手工操作；膜必须达到一定的厚度以便手工操作；v交流电沉积模板法：不需要把氧化膜从基底上剥交流电沉积模板法：不需要把氧化膜从基底上剥离，可以使用不同频率、不同波形的交流电、交离，可以使用不同频率、

7、不同波形的交流电、交流直流叠加或脉冲交流电流直流叠加或脉冲交流电。v水解沉淀法：将模板浸泡在配置好的溶液中，在水解沉淀法：将模板浸泡在配置好的溶液中，在一定条件（温度、湿度）下，发生水解，使水解一定条件（温度、湿度）下，发生水解，使水解反应在模板的孔洞中进行，最后反应在模板的孔洞中进行，最后生成纳米管。生成纳米管。Company Logo化学法：水热法化学法：水热法水热法：水热法：高压高温和强碱时，高压高温和强碱时，TiO2 块被剥落成薄块被剥落成薄片，两面有许多不饱和悬挂键。随着不饱和悬挂键片，两面有许多不饱和悬挂键。随着不饱和悬挂键的数量增多，薄片表面活性增强，卷曲为管状以减的数量增多，薄

8、片表面活性增强，卷曲为管状以减少悬挂键的数量、降低体系能量。其生长符合少悬挂键的数量、降低体系能量。其生长符合3-2-1D的生长模型。的生长模型。阳极氧化法化学法：阳极氧化法阳极氧化法：将纯钛片在电解质（阳极氧化法：将纯钛片在电解质（HF）溶液中经阳）溶液中经阳极腐蚀获得极腐蚀获得TiO2纳米管纳米管。氧化的钛片外形类似于氧化铝，为连续的多孔氧化的钛片外形类似于氧化铝，为连续的多孔结构，电压在一定范围内随电压升高，管径增大。结构，电压在一定范围内随电压升高，管径增大。特点：该纳米管对氢气有超高敏感性。Company LogoTitleTitleTiO2纳米管和纳米颗粒的应用与介绍TitleTi

9、tleTiO2纳米管的制作方法和成型机制TitleTitle超临界技术制作纳米材料的应用Company Logo超临界流体技术制作纳米材料性质：压力和温度处于临界点以上，密度、溶性质：压力和温度处于临界点以上，密度、溶 解能力接近液体，粘度和扩散速度接近气体。解能力接近液体，粘度和扩散速度接近气体。分类：v物理方法：物理方法：RESS、SAS、SAAv化学方法化学方法:超临界微乳法、溶胶超临界微乳法、溶胶-凝胶超临界干凝胶超临界干燥法、超临界水热合成法。燥法、超临界水热合成法。Company LogoRESS（超临界溶液快速膨胀法超临界溶液快速膨胀法）原理：将溶有要制备成纳米材料的物质的超临界

10、流原理：将溶有要制备成纳米材料的物质的超临界流体在很短时间内减压，快速膨胀体在很短时间内减压，快速膨胀通过微孔射流喷嘴，控制压力和温度，获得尺寸不通过微孔射流喷嘴，控制压力和温度，获得尺寸不同的微粒。同的微粒。过饱和度过饱和度瞬间结晶瞬间结晶Company LogoRESS（超临界溶液快速膨胀法超临界溶液快速膨胀法）过程示意程示意图优缺点：缺点：过程程简单、小小规模生模生产、操作容易且形成粒子小、操作容易且形成粒子小、操作操作费用低，但是用低，但是进行大行大规模模的生的生产需要多需要多喷嘴体系或者是嘴体系或者是使用多孔使用多孔烧结盘 操作复操作复杂，产率低。率低。Company Logo超临界

11、流体技术制作纳米材料性质：Company LogoSAS（超临界反溶剂法）（超临界反溶剂法）原理：原料溶于有机溶剂形成溶液，喷洒在超临界原理：原料溶于有机溶剂形成溶液，喷洒在超临界流体中，其中溶质不溶于超临界流体，溶剂能与流体中，其中溶质不溶于超临界流体，溶剂能与其互溶，用溶剂反溶析出纳米晶粒。其互溶，用溶剂反溶析出纳米晶粒。Company LogoSAA（超临界辅助喷雾法）（超临界辅助喷雾法）原理：原料溶于水或有机溶剂制成溶液，在高压釜原理：原料溶于水或有机溶剂制成溶液，在高压釜内混合，通过喷嘴向低压釜喷出，内混合，通过喷嘴向低压釜喷出，CO2和水（或和水（或有机溶剂）汽化，形成纳米颗粒。有

12、机溶剂）汽化，形成纳米颗粒。超临界流体的作用：1、作为协溶剂与有机溶剂混合；、作为协溶剂与有机溶剂混合；2、喷雾过程中作为反溶剂，降低喷出流体的粘性。、喷雾过程中作为反溶剂，降低喷出流体的粘性。RESS、SAS、SAAv化学方法：超临界微乳法、化学方法：超临界微乳法、溶胶溶胶-凝胶超临界凝胶超临界干燥法干燥法、超临界水热合成法。、超临界水热合成法。Company Logo溶胶溶胶-凝胶凝胶超临界干燥法超临界干燥法步骤：步骤：1.制备溶胶体；制备溶胶体；2.用有机溶剂来代替溶胶中的水，形成凝胶体；用有机溶剂来代替溶胶中的水，形成凝胶体；3.对凝胶体进行超临界干燥。对凝胶体进行超临界干燥。消除胶体粒子的表面张力，避免物料干燥过优点：消除胶体粒子的表面张力，避免物料干燥过程收缩团聚，保持原结构。程收缩团聚，保持原结构。常规干燥：凝胶结构坍塌破坏、纳米颗粒团聚。Company Logo超临