化学气相沉积法制备MoS2的研究进展

Advances in Material Chemistry 材料化学前沿, 2017, 5(1), 1-10 Published Online January 2017 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/aa1661431.html,/journal/amc https://www.wendangku.net/doc/aa1661431.html,/10.12677/amc.2017.51001

文章引用: 王洁, 陈秋月, 张永平. 化学气相沉积法制备MoS 2的研究进展[J]. 材料化学前沿, 2017, 5(1): 1-10.

Research Progress on MoS 2 Prepared by Chemical Vapor Deposition

Jie Wang, Qiuyue Chen, Yongping Zhang

Faculty of Materials and Energy, Southwest University, Chongqing

Received: Jan. 2nd , 2017; accepted: Jan. 19th , 2017; published: Jan. 22nd

, 2017

Abstract

Nanostructured MoS 2

, a two dimensional transition-metal dichalcogenides, has found extensive application in phtotoelectricity, visible light catalysts, lubricity and friction performance because of its unusual physical and chemical properties. Chemical vapor deposition is one of the most practical methods to prepare the large area and high quality MoS 2 among all the physical or chem-ical methods. This paper reviews the effect of the reaction time, carrier gas flow rate, stoichiome-tric ratio of precursors and substrate position on the morphology and structure of MoS 2. Two- dimensional layered MoS 2 may find optimal utilizations since its property varies significantly with different structures. Keywords

Transition-Metal Dichalcogenides, Mos 2, Chemical Vapor Deposition, Nanostructured Materials

化学气相沉积法制备MoS 2的研究进展

王 洁，陈秋月，张永平

西南大学材料与能源学部，重庆

收稿日期：2017年1月2日；录用日期：2017年1月19日；发布日期：2017年1月22日

摘 要

二维纳米结构的过渡族金属硫化物MoS 2有着不同寻常的物理化学性质，在光电性能、可见光催化、润滑性和摩擦性方面有着广泛的应用价值。制备纳米结构MoS 2有物理的和化学的方法，其中化学气相沉积是一种简便实用的生长大面积高质量MoS 2的方法。本文详细讨论了化学气相沉积过程中反应时间、载气体

王洁 等

流速、先驱体化学计量比和基体放置位置等因素对MoS 2结构的影响。不同结构的MoS 2对其性质有决定性的影响，使得这种层状二维材料获得广泛的应用。

关键词

过渡族金属硫化物，MoS 2，化学气相沉积，纳米材料

Copyright ? 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

https://www.wendangku.net/doc/aa1661431.html,/licenses/by/4.0/

1. 背景

自从发现石墨烯后，人们认识到二维纳米材料具有不寻常的物理和化学性能，这引起了科学家极大的关注。过渡族金属氧化物和硫化物是一类具有层状结构的二维材料，起初人们在1000℃硫化氢气氛中硫化WO 3粉末得到WS 2，后来，又发现无机富勒烯结构的化合物MoS 2 [1] [2] [3] [4] [5]。接着，人们发现了纳米棒[6]、纳米线[7]、纳米片[8]、树枝状和三角形[9]等不同形貌的二硫化钼。如图1所示，禁带宽度约为

1.2 eV 的体材料MoS 2和其多层结构材料的能带结构表现为间接带隙，且层数的不断减少，其禁带宽度逐渐增加，当它为单层结构时，禁带宽度增大到1.9 eV ，能带结构由间接带隙变为直接带隙[10]-[19]。MoS 2层内是很强的Mo-S 化学键，层与层之间有着较弱的范德华力，使得离子、原子或分子易于插入但不破坏其层内结构，故在化学稳定性、润滑和摩擦磨损方面有着广泛的应用。而且相对于零带隙的石墨烯，拥有更大的带隙的MoS 2在场致发射晶体管和光电器件中应用非常重要，其中单层的类石墨烯MoS 2光电性能最佳。

二硫化钼(MoS 2)是辉钼矿的主要成分，具有金属光泽的蓝灰色至黑色固体粉末，形貌类似于石墨。除强氧化性酸以外，MoS 2可抵抗大多数酸碱腐蚀，也不太溶于有机溶剂，在空气中320℃被氧化，但稳定存在于1100℃以下的真空或惰性气氛中，表现出良好的化学稳定性。MoS 2具有层状的六方晶体结构[21]

[22]，层间的范德华力相较弱，容易滑动，有良好的润滑性。因为其良好的化学稳定性及润滑摩擦性，故适合作为固体润滑剂应用在机械、航空航天等不同的苛刻环境中。

二硫化钼具有三方和六方晶系，其中六方晶系是典型的三明治结构[23] [24]。图2为典型的过渡金属硫化物MX 2的分子结构和三种晶型的示意图，其中图2(a)可以看出，每个MX 2分子层分为三个原子层，上下两层X 原子层夹着金属M 原子层。M 可表示为Mo 元素，S 则由X 表示，即每个Mo 原子都被6个S 原子包围着。在MoS 2结构中，每个Mo 原子在S-Mo-S 层内为六配位，形成三种晶体结构即IT (正方)、2H (六方)以及3R (菱形)晶型，如图2(b)所示。IT-MoS 2结构中Mo 原子为八面体配位，正方对称，1个S-Mo-S 单分子层构成一个晶胞，该种晶型结构往往具有金属或准金属性。2H-MoS 2和3R-MoS 2中Mo 原子都为三角棱柱配位，其中2H-MoS 2六角对称，由2个S-Mo-S 单位构成一个晶胞，而3R-MoS 2菱形对称，结构特点是3个S-Mo-S 单位构成一个晶胞。IT 和3R 型MoS 2为亚稳相，2H-MoS 2为稳定相[25]。

我们研究组的王轩曾经介绍过MoS 2纳米片的制备和表征方法，总结了单层或纳米片在光电器件方面的应用[26]。本文主要评述化学气相沉积法制备MoS 2纳米片工艺及其在光催化和摩擦磨损领域的应用。

2. MoS 2的制备方法

2.1. MoS 2的物理制备方法

物理法是粉碎、切割MoS 2使其细化或获得涂层的方法，其特点是物质结构不改变。在物理方法中常 Open Access

王洁等

Figure 1. Calculated band structures of (a) bulk MoS2, (b)

quadrilayer MoS2, (c) bilayer MoS2, and (d) monolayer

MoS2 [12]

图1. (a) MoS2体材料、(b) 四层MoS2、(c) 双层MoS2和(d)

单层MoS2的能带结构图[12]

Figure 2. (a) A typical molecular structure of MX2, with the

chalcogen atoms (X) in yellow and the metal atoms (M) in gray;

(b) Schematics of the structural polytypes: 1 T, 2 H, 3 R [20]

图2. (a) 典型的MX2分子结构，其中黄色为硫族原子(X)，

灰色为金属原子(M)；(b) 多种类型的结构图：1T、2H、3R [20]

见的方法有：机械剥离[27] [28] [29]、溅射法[30]、真空蒸发法、离子束、外延法。

用气流喷射磨获得了MoS2超细粉末；纯度为99.9%以上的二硫化钼粉体超音气流粉碎，可得到纳米片状MoS2；在材料表面获得纳米MoS2薄膜或涂层，可利用物理溅射法，如利用直流磁溅射[29]或等离子喷涂技术；也可利用高能物理破碎，如激光法[31]和高压电弧法[32]。

王洁 等

液相超声法制备单层或多层MoS 2溶液通常是借助超声波超声特定的有机溶剂或水中的MoS 2粉末。有机溶剂可以是某种，也可以是多种混合液，如Coleman 等[23]利用不同的溶剂液相剥离MoS 2；而Zhang 等[33]获得的MoS 2纳米片是用氯仿和乙腈的混合溶剂液相剥离得到的。

物理法制备纳米MoS 2虽然不破坏原有的MoS 2的晶格结构，但是需要较高纯度的原料在惰性气体保护下才能进行制备，其设备比较精密且昂贵，成本较高。

2.2. MoS 2的化学制备方法

2.2.1. 水热法

水热法是指水或者有机溶剂为反应介质的封闭的高温高压容器中，溶解难溶或者不溶的物质并重结晶的方法。1) 均相成核；2) 核的生长；3) 从反应体系中分离的一定尺寸颗粒为水热法制备纳米材料的液相体系的三个主要阶段。

Hwang 等[34]通过水热法用前驱体六羰基钼(Mo(CO)6)和硫粉制备MoS 2纳米片。Wang 等[35]通过以钼酸胺((NH 4)6Mo 7O 24)为原料水热合成的 MoO 3和硫脲(H 2NCSNH 2)为先驱体，得到了3D MoS 2纳米花。

水热法通过控制反应温度、反应压强及体系酸碱度制备的MoS 2虽然重复性好，易于合成各种形貌，但是生产周期长，结晶性很差。

2.2.2. 溶液法

溶液法一般是在开放(常温常压下)的容器设备中，一次或多次的化学反应制备得到所需产物的方法。因为受大气压强限制，溶液温度低于沸腾温度。

Bezverkhy 等[36] [37]在常温常压环境中，直接用联氨还原硫代钼酸铵制备了MoS 2。Afanasiev 等[38]

[39]在分散剂丙酮和水条件下，过滤干燥用原料(NH 4)2Mo 2S 12电解方法生成棕色的MoS 3沉淀，再在高温的氢气氛中进行脱硫，分解得到MoS 2。

2.2.

3. 化学气相沉积法

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition ，简称CVD)是固体先驱体在高温条件下升华为气态并发生化学反应，经过冷凝后，在基体表面上生成固态物质沉积的方法。本质上，它属于原子范畴的气态传质过程。在高温条件下含有适量硫源的混合气体，使三氧化钼中的六价钼还原成四价，然后硫化得到纳米MoS 2。其中，硫源可以是H 2S 或气态S 单质，钼源主要是钼的氧化物。

Muijsers 等[40]用MoO 3与H 2S/H 2混合气体的反应。这种气固反应只能在固体原料表面进行，因此要得到分散性好的产物，反应物必须得到有效的分解。且此方法对设备要求较为苛刻，对设备环境要求也高，有废气。

Cao Y 等[9]在高纯氩气气氛的石英管反应器中，以MoO 3和升华硫为原料，制备纳米MoS 2。也可以在氢气氛下煅烧用硫化铵和钼酸钠酸化后得到的非晶态三硫化钼微粒，得到片状二硫化钼微粒。

化学气相沉积法是最实用的生成大面积高质量MoS 2的方法[41] [42] [43]，我们通过蒸发高纯MoO 3和S 先驱体，生成的MoS 2纳米薄片，研究了不同形貌结构和光致发光性能的关系。MoS 2纳米薄片的形貌和样品位置的关系如图3所示，可见样品位置距离S 源越远，纳米片越薄。过程具有流程短、节省能源消耗、过程连续、产品纯度高，最适合工业化生产。

2.3. MoS 2的化学气相沉积影响因素

通过蒸发高纯的先驱体MoO 3和S 粉末，还原–硫化反应协同生成MoS 2纳米材料。公式表示为：

322MoO 72S MoS 32SO +=+

王洁 等

Figure 3. The SEM images of the MoS 2 nanosheets of 4 samples placed at different positions [43]

图3. 不同放置位置样品上MoS 2 纳米片形貌[43]

计算得出MoS 2形成能量为()()()()223f MoS SO S MoS H E 32E E 72E =+??，其中()2MoS E 、()2SO E 、()3MoS E 、()S E 分别为二硫化钼、二氧化硫气体、三氧化钼粉末和硫粉的总共能量。体材料2H-MoS 2和3R-MoS 2用第一原则计算每个公式单元分别为0.193 eV 、0.187 eV ，2 H-MoS 2能量低于3R-MoS 2，每个单位公式相差0.06 eV 。这就解释了化学气相沉积中生成的两者之间，为何3R-MoS 2比2H-MoS 2少的原因。

CVD 方法制备纳米MoS 2，因为复杂的沉淀程序，精确地动力学分析通常是不可能的。气体浓度、反应温度、几何学影响和气体流动模式都是影响产品结构和性能的限制率因素，但质量运输和表面动力学是主要控制的关键。

以MoO 3和S 为原料，还原与硫代同步进行的过程，可能的反应方程式如下：

332MoO MoO 2SO x x x ?+=+ (1)

()()322MoO 7MoS 32SO x x x ?+?=+? (2)

322MoO 1MoO 12SO +=+ (3)

如反应式(1)，即反应时间过短，硫代过程不充分，生成了中间产物MoO 2；当反应时间充分时，MoO 3充分硫化，生成MoS 2，如反应式(2)。反应时间体现在升温速率及保温时间上，若升温时间太慢，MoO 3粉末可能在未蒸发前就被硫化了。

气流速度是化学气相沉积中至关重要的因素，结果影响产物结构和形貌。若其反应过程用上述(1)、

(2)、(3)式描述的，反应器内气流速度太大会导致还原性气氛太强，就会有低蒸气压的MoO 2生成；如果S 气氛太弱，即反应器内气流速度太小，使得MoO 3将不能被完全硫化，就会生成中间产物MoO 2-x S x 。

采用化学气相沉积法在不同氩气气流环境中，加热S 和MoO 3。实验结果表明，载气流为100 sccm 时，生长成树枝状三角形MoS 2晶须多层结构；载气流为30 sccm 时，生长成单层的MoS 2纳米片。此实验中，Mo:S < 1:2，富硫，Mo 锯齿终端不饱和的Mo 原子暴露在外，比S 终端的不稳定能量多，使与自由S 原子的结合可能性大大增加；流量越高，晶体生长率增加，促进了块状转化进程。

先驱体S 和MoO 3化学计量比直接影响到被蒸发的反应气体浓度，继而影响到产物的形貌与结构。化学计量比分别为3:1和3:2的S 和MoO 3粉末的实验[44]，均生成了单层的MoS 2，但化学计量比的不同，使得它们的形貌有所不同。S:MoO 3化学计量比为3:1时，硫气氛充足，硫锯齿终端生长速率比钼的快，短时间内使得结晶形貌向三角形转变；S:MoO 3化学计量比为3:2时，减少了生长室内的硫浓度，相应的就减少了硫的化学潜力，形成了截去顶端的三角形形貌。

顺着载气流动方向，MoO 3浓度在远离MoO 3粉末的基体上会越来越少，这就影响MoS 2的平均生长

王洁等

率。在富硫气氛下，且有大量先驱体原料，MoS2晶体生长更多可能是动力学条件而非热力学。离MoO3最远的基体上MoS2生长速率最慢，是纳米棒晶体生长的早期阶段；越接近MoO3粉末，MoO3浓度增加，MoS2生长速率增加[45]，MoS2纳米棒的长度和大小都更大了。

在低压真空环境中，先驱体提供蒸发材料，其质量比率、升温速率及保温时间决定了先驱体蒸发量。

蒸发形成了一定浓度的反应物，惰性载气体载着硫蒸气体向三氧化钼舟方向运动，依靠着复杂的动力学及热力学，与蒸发的三氧化钼气体反应，不同位置的基体位置的三氧化钼浓度不同，硫化后沉积的二硫化钼结构和形貌也不同。不同结构的二硫化钼，其相对应的应用有很大的不同。

3. MoS2的性能及应用

3.1. MoS2具有很好的光学性能

半导体材料MoS2纳米线和纳米棒的光学性能不如层状。Andrea等[12]采用微机械剥离法，证明层状MoS2在620 nm和670 nm附近有明显的吸光性，而且吸光性依赖于MoS2的层数和厚度。MoS2的体材料为间接半导体，随着原子层数的减少，单层MoS2过渡到约1.90 eV的直接带隙，其电子的跃迁方式是从导带到价带的竖直跃迁，具有紫外光谱吸收峰[46]，说明单层MoS2具有很强的光致发光。因为直接带隙的MoS2有高的响应率和低的噪声等效功率，故可以被利用在垂直的光电器件，如光电晶体管和光电探测器等。在室温条件下，使用氧化铪作为闸极介电层时，单层的类石墨烯MoS2迁移率为200 cm2/V，单层晶体管的室温开/关比率为1 × 108，且有着超低待机功耗[10]。Lee [47]等研究了单至三层的MoS2光电探测器，发现双层和三层的MoS2对波长为680 nm的红光有良好的光响应，而单层MoS2虽然对红光光响应很弱，但却对波长为550 nm的绿光及365 nm的紫外线有显著的光响应。说明二维MoS2的带隙结构依赖于层数而反映，可以用于不同需求的光电器件。

3.2. MoS2的光催化性能

不同尺寸大小和形貌结构的MoS2的禁带宽度在1.1~1.9 eV之间。当受到λ < 700nm的光照射时，电子吸收光子能量发生跃迁，导带上形成带正电的空穴，价带上是带负电的高活性电子。有机溶剂的降解主要是由于那些吸附在MoS2表面的电子空穴的作用。被表面吸附的氧分子诱捕在强还原性的光生电子作用下产生H2O2，而强氧化性的光致空穴可以直接与有机染料反应生成中间体。以水为溶剂时，空穴的氧化诱捕可以通过水分子来完成，或者是被表面的羟基基团诱捕，生成可以氧化绝大多数的有机物的高活性羟基自由基。高活性的羟基自由基是降解有机染料的关键物质，可以将其分解成CO2、H2O、

NO?、

3 2

SO?等小的有机矿化产物。

4

在光催化过程中，催化活性的高低不仅与催化剂对可见光的吸收度、禁带宽度和表面捕获光生成的电子-空穴的能力有关，比表面积也是一个评判光催化活性的重要因素[48]。粘附在MoS2表面的电子、空穴是MoS2光催化有机物的氧化分解的主要因素，一般情况下认为，相同的光催化剂量的体表面积越大，表面吸收的光子越多，意味着有提供了更多的反应面积和活性位。MoS2催化中心主要位于夹心层边缘，从根本上讲，要提高MoS2的催化效率就是要增大MoS2的边缘面积[49]。木耳状硫化钼无法光降解有机溶液的原因是稳定的漂浮在溶液的表面，不能沉降也不能很好地分散在溶液中，影响到光吸收。在合成新型催化剂方面，单分子层的MoS2作为前驱体具有潜在的应用价值[50]。禁带宽度窄的MoS2纳米结构，比其他半导体材料对可见光吸收更好，在光催化领域有很大应用潜力。

3.3. MoS2具有良好的摩擦磨损性能

MoS2属于六方晶系，具有层状结构。MoS2层间是靠微弱的范德华力结合的，很小的力就可以使层

王洁等

Figure 4. Lubrication mechanism of (a) ultrathin MoS2 nanosheets and (b) 3D nanoparticles [53]

图4. (a) 超薄MoS2纳米片和(b) 3D纳米颗粒的润滑机理[53]

断裂形成滑动，因而具有较低的摩擦系数。MoS2直接作为金属设备固体润滑剂的摩擦学性能优良，是因为S硫原子与金属之间有很强的粘着力，不会轻易从金属设备表面脱落。MoS2因为有着良好的化学稳定性，故不仅不影响润滑脂的腐蚀性及氧化稳定性，并且能明显改善润滑脂的承载能力与抗摩性能，还可以在无法使用液体润滑的苛刻环境中(如高真空、高载及高温)作为航天航空领域的固体润滑剂[51]。由于MoS2有高承载能力、强吸附性与低摩擦系数性能，液体石蜡中加入MoS2微球可以有效改善了基础油的极压性能和抗磨减摩性能。

MoS2的自润滑涂层(薄膜)或含难熔金属的MoS2基复合材料润滑性能优异，可采用气相沉积、化学镀、粘结、离子溅射等方法制备，大大降低了基体材料的摩擦磨损[52] [53] [54]。超薄片容易进到接触区里，两个相对的凸起不会直接接触，由于纳米片的保护而减小磨损；而对3D颗粒来说，很可能被推开使相对的凸起直接接触导致磨损，如图4所示。

MoS2也可以作为填充剂加入到塑料基自润滑材料中[55]，多数情况下，可以提高塑料基体的减摩与耐磨性能，比如聚甲醛[56] [57]、超高分子量聚乙烯、碳纤维织物、聚酰亚胺等聚合物，但添加MoS2的尼龙-6塑料基体的摩擦学性能没有得到提高[58]。

4. 结论

化学气相沉积法是最简便实用的生成大面积高质量MoS2的方法。用S和MoO3作为先驱体的化学气相沉积法中，反应时间、载气体流速、先驱体化学计量比和基体放置位置等因素对MoS2结构形貌都有影响，而形貌结构决定其性能和应用。不同层状MoS2对不同波长的光有光响应，可用于不同需求的光电器件；形貌边缘面积越大的MoS2，其光催化性越好；在润滑油中加入MoS2或其复合材料，润滑油热稳定性、承载能力与抗摩性有显著提高。不同形貌的MoS2由于性质不同而有不同的应用，制定相应的化学气相沉积参数，实现MoS2形貌结构的可控生长，寻找最优的应用性能。

基金项目

中央高校基本科研业务费资助项目(XDJK2016D002)。

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化学共沉淀法制备磁性纳米微粒实验方案

化学共沉淀法制备磁性纳米微粒实验方案 化学共沉淀法得到的磁性壳聚糖微球通常粒径较小具有较大的的比表面积和固载量对干细胞具有很强的吸附能力而且分散性很好其磁性胶粒可以稳定地分散于水中但是其磁响应性较弱操作时需施加较强的磁场。 方案一： 化学共沉淀法是指在二价与三价铁离子在碱性条件下沉淀生 成Fe3O4 或利用氧化还原反应生成Fe3O4的同时利用壳聚糖作分散剂从而得到外包有壳聚糖的磁性微球。Honda等将20mL0.5%的壳聚糖溶液和2.4mL 含FeCl3 720 mg FeCl2 4H2O 290mg 的混合物在激烈搅拌下均匀混合然后加氨水恒温静置经过反应处理后制得磁性壳聚糖微球。 方案二： 1.Fe3O4纳米微粒的制备 将20 mL FeCl3（1.0 mol L-1）与5 mL FeCl2（2.0 mol L-1，在2.0 mol L-1的盐酸溶液中配制）溶液混合均匀加入到250 mL 0.7 mol L-1的氨水溶液中，离心分离后所得的黑褐色沉淀用150 mL 2.0 mol L-1的高氯酸分散，用超纯水洗至中性，干燥，得到Fe3O4纳米粒子。 2.磁性壳聚糖微球的制备 将0.5 g壳聚糖溶解于20 mL 2％的乙酸溶液中,加入150 mg磁性纳米粒子,在搅拌下缓慢加至装有80 mL液体石蜡和4 mL span-80混合溶剂的三颈瓶中，常温下充分搅拌30 min，加入10 mL一定浓度的戊二醛，在40℃的水浴中反应60 min后，用1.0 mol L-1的NaOH溶液将pH值调至9.0～10.0，升温至70℃继续反应2 h，得到的产物依次用丙酮、石油醚、N，N-二甲基甲酰胺、超纯水充分洗涤抽滤，磁铁收集，60℃真空干燥，得到磁性壳聚糖微球。 方案三： 将二价铁盐(FeCl2·4H20)和三价铁盐(FeCl3·6H20)按不同的物质的量比(1:1.25)溶于蒸馏水中，配制成一定浓度的溶液．水浴恒温（40℃），剧烈搅拌下滴加1．5mol／L氨水，将体系的pH保持在一定的范围内(pH=9)，在恒温过程中搅拌30min，结束反应。生成的颗粒磁分离后用蒸馏水反复洗涤直至中性，真空干燥后，研磨即得纳米Fe304颗粒。 方案四（超声沉淀法）： 超声波对化学反应起作用的主要原因在于超声波所产生的“超声波

化学气相沉积法制备石墨烯材料

化学气相沉积法新材料的制备 1 化学气相沉积法 化学气相沉积(CVD)是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。从理论上来说，它是很简单的:两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上。淀积氮化硅膜(Si3N4)就是一个很好的例子，它是由硅烷和氮反应形成的。 1.1 化学气相沉积法的原理 化学气相沉积法是利用气相反应，在高温、等离子或激光辅助灯条件下，控制反应器呀、气流速率、基板材料温度等因素，从而控制纳米微粒薄膜的成核生长过程；或者通过薄膜后处理，控制非晶薄膜的晶化过程，从而或得纳米结构的薄膜材料。 CVD方法可以制备各种物质的薄膜材料。通过反应气体的组合可以制备各种组成的薄膜，也可以制备具有完全新的结构和组成的薄膜材料，同时让高熔点物质可以在较低温度下制备。 1.2 分类 用化学气相沉积法可以制备各种薄膜材料，包括单元素物、化合物、氧化物、氮化物、碳化物等。采用各种反应形式，选择适当的制备条件—基板温度、气体组成、浓度和压强、可以得到具有各种性质的薄膜才来。 通过反应类型或者压力来分类，可以将化学气相沉积法分为：低压CVD(LPCVD)，常压CVD(APCVD)，亚常压CVD(SACVD)，超高真空CVD(UHCVD)，等离子体增强CVD(PECVD)，高密度等离子体CVD(HDPCVD)以及快热CVD(RTCVD)，以及金属有机物CVD(MOCVD) 化学气相沉积的化学反应形式，主要有热分解反应、氢还原反应、金属还原反应、基板还原反应、化学输运反应、氧化反应、加水分解反应、等离子体和激光激发反应等。具体表现如下表： 表1-1 化学气相沉积的各种反应形式

共沉淀法制备BaTiO3

实验1 共沉淀法制备BaTiO3 一、实验目的 1.掌握纳米材料的共沉淀制备技术。 2.掌握利用XRD的物相和成分分析的方法。 二、实验原理 钛酸钡（BaTiO3）具有强介电、压电、铁电和正温度系数效应等优异的电学性能，是电；器件的制造。近年来，随着电子元件的高精度、高可靠性和小型化，对钛酸钡粉体也有了高纯、超细和均匀化的要求，多种制备方法的取得了很大进展，如溶胶-凝胶法、水热法、化学沉淀法和微乳液法等。化学城沉淀法因具有条件温和、分体性能优异等特点而得到广发关注。其中共沉淀法从工艺条件、经济成本、分体性能综合考虑，为制备碳酸钡的较好方法。 用共沉淀法制备纳米BaTiO3粉体的工艺是从对应水热法的工艺演变而来的。共沉淀法制备纳米BaTiO3粉体，不需要加额外压强，BaTiO3粉体可以在90℃下得到，即纳米BaTiO3粉体可以在常压低温下得到。溶液的pH值和CO2分压是两个非常重要的热力学变量。BaTiO3 的溶解性强烈依赖于pH值，90℃下，当[Ba ]=10-6 mol/L时，完全沉淀BaTiO3需要pH 值≥4；当[Ba ]=10-1 mol/L时，完全沉淀BaTiO3需要pH值≥11。温度的降低使溶解度曲线移向高pH值方向，即当温度降低时，需要更高的pH值使之沉淀完全。同时应避免CO2的存在，因为BaCO3较BaTiO3稳定。 传统的钛酸被共沉淀法采用的是草酸共沉淀法，草酸盐共沉淀法已经工业化生产，是将TiOCl2和BaCl2的混合溶液在室温下加入到草酸溶液中，并加入表面活性剂，不断搅拌，发生沉淀反应生产BaTiO(C2O4）2 4H2O沉淀，经过滤、洗涤、干燥。煅烧，制得BaTiO3粉体，但是这种方法引起的Ti/Ba波动较大，不能保证其化学组成，同时，还存在团聚。本实验选择采用改进的草酸盐共沉淀法和NaOH共沉淀法制备BaTiO3粉体。 改进的草酸盐共沉淀法的制备原理：利用在钛酸丁酯溶液中，TiO2+与H2C2O4在一定条件下形成TiO(C2O4)22-配合粒子的特点，先形成络离子，再使它与Ba2+反应生成BaTiO(C2O4）2 4H2O前驱体，然后经过滤、洗涤、干燥、煅烧得到BaTiO3超细粉体。此过程相对于传统 的草酸氧钛沉淀法，具有操作简单，操作条件的微小变化不会造成产物Ba/Ti波动大的优点。在TiO2+和BaTiO3体系中涉及反应式如表1.1。 表1.1 TiO2+和H2C2O4体系中反应及反应常数

论述物理气相沉积和化学气相沉积地优缺点

论述物理气相沉积和化学气相沉积的优缺点 物理气相沉积技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 真空蒸镀基本原理是在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在基体表面上，蒸发的方法常用电阻加热，高频感应加热，电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料，使蒸发成气相，然后沉积在基体表面，历史上，真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。 溅射镀膜基本原理是充氩(Ar)气的真空条件下，使氩气进行辉光放电，这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+)，氩离子在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。如果采用直流辉光放电，称直流(Qc)溅射，射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下，用引弧针引弧，使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电，阴极表面快速移动着多个阴极弧斑，不断迅速蒸发甚至“异华”镀料，使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体，并能迅速将镀料沉积于基体。因为有多弧斑，所以也称多弧蒸发离化过程。 离子镀基本原理是在真空条件下，采用某种等离子体电离技术，使镀料原子部分电离成离子，同时产生许多高能量的中性原子，在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下，离子沉积于基体表面形成薄膜。 物理气相沉积技术基本原理可分三个工艺步骤： (1)镀料的气化：即使镀料蒸发，异华或被溅射，也就是通过镀料的气化源。 (2)镀料原子、分子或离子的迁移：由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞后，产生多种反应。 (3)镀料原子、分子或离子在基体上沉积。 物理气相沉积技术工艺过程简单，对环境改善，无污染，耗材少，成膜均匀致密，与基体的结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域，可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特性的膜层。 随着高科技及新兴工业发展，物理气相沉积技术出现了不少新的先进的亮点，如多弧离子镀与磁控溅射兼容技术，大型矩形长弧靶和溅射靶，非平衡磁控溅射靶，孪生靶技术，带状泡沫多弧沉积卷绕镀层技术，条状纤维织物卷绕镀层技术等，使用的镀层成套设备，向计算机全自动，大型化工业规模方向发展。 化学气相沉积是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。现代科学和技术需要使用大量功能各异的无机新材料，这些功能材料必须是高纯的，或者是在高纯材料中有意地掺人某种杂质形成的掺杂材料。但是，我们过去所熟悉的许多制备方法如高温熔炼、水溶液中沉淀和结晶等往往难以满足这些要求，也难以保证得到高纯度的产品。因此，无机新材料的合成就成为现代材料科学中的主要课题。 化学气相沉积是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术。化学气相淀积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、淀积各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，也可以是III-V、II-IV、IV-VI族中的二元或多元的元素间化合物，而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的淀积过程精确控制。目前，化学气相

化学共沉淀法-注意事项

1.沉淀溶液的浓度 沉淀溶液的浓度会影响沉淀的粒度、晶形、收率、纯度及表面性质。通常情况下，相对稀的沉淀溶液，由于有较低的成核速度，容易获得粒度较大、晶形较为完整、纯度及表面性质较高的晶形沉淀，但其收率要低一些，这适于单纯追求产品的化学纯度的情况；反之，如果成核速度太低，那么生成的颗粒数就少，单个颗粒的粒度就会变大，这对于微细粉体材料的制备是不利的，因此，实际生产中应根据产品性能的不同要求，控制适宜的沉淀液浓度，在一定程度上控制成核速度和生长速度。 2.合成温度 沉淀的合成温度也会影响到沉淀的粒度、晶形、收率、纯度及表面性质。在热溶液中，沉淀的溶解度一般都比较大，过饱和度相对较低，从而使得沉淀的成核速度减慢，有利于晶核的长大，得到的沉淀比较紧密，便于沉降和洗涤；沉淀在热溶液中的吸附作用要小一些，有利于纯度的提高。在制备不同的沉淀物质时，由于追求的理化性能不同，具体采用的温度应视试验结果而定。例如：在合成时如果温度太高，产品会分解而只得到黑色氧化铜；在采用易地分解、易挥发的沉淀剂时，温度太高会增加原料的损失。 3.沉淀剂的加入方式及速度 沉淀剂的加入方式及速度均摊会影响沉淀的各种理化性能。沉淀剂若分散加入，而且加料的速度较慢，同时进行搅拌，可避免溶液局部过浓而形成大量晶核，有利于制备纯度较高、大颗粒的晶形沉淀。例如：制备白色无定形粉末状沉淀氢氧化铝，使用的原料为NaAlO2及碳酸氢铵，其主要杂质为碱金属，开始时以较慢的线速度将NH4HCO3加入到NaAlO2的热溶液中，待沉淀析出大半时，再加快沉淀剂的加入速度，直至反应结束。这样得到的Al(OH)3颗粒较大，只需要洗涤数次，产品中碱金属杂质即可合格。如将沉淀剂浓度加大，加料速度加快、反应温度又低，这样得到的是Al(OH)3的胶状沉淀，即使洗涤数十次，产品中碱金属含量也不容易合格。当然，这只是从化学纯度的角度来考虑的，或要生产专用性的Al(OH)3产品，沉淀剂的加入方式及速度则应该根据具体要求而定。 4.加料顺序 加料方式分正加、反加、并加三种。生产中的“正加”是指将金属盐类先放于反应器中，再加入沉淀剂；反之为“反加”；而把含沉淀物阴、阳离子的溶液同时按比例加入到反应器的方法，称为“并加”。加料顺序与沉淀物吸附哪种杂质以及沉淀物的均匀性有密切的关系。“正加”方式的沉淀主要吸附原料金属盐的阴离子杂质；且在中和沉淀时，先、后生成的沉淀，其所处的环境PH值不同，得到的沉淀产品均匀性差。“反加”方式主要吸附沉淀的阴离子杂质；若是中和填充沉淀时，在整个沉淀过程占卜PH值变化很小，产品均匀性较好。“并加”方式可避免优秀作品溶液的局部过浓，沉淀过程较为稳定，且吸附杂质较小，从而可得到理化性能较好的产品。在实际生产中应视产品的具体要求而定。 5.沉淀剂 沉淀剂的选择应考虑产品质量、工艺、产率、原料来源及成本、环境污染和安全性等问题。在工艺允许的情况下，应该选项用溶解度较大、选择性较高、副产物影响较小的沉淀剂，也便易于除去多余的沉淀剂、减少吸附和副反应的发生。在生产碳酸盐沉淀产品时，可选择的沉淀剂有Na2CO3、NaHCO3 NH4HCO3和其他多种可溶性碳酸盐，但一般以NH4HCO3为好，因为它的溶解度大、易洗涤、副产物易挥发、污染也较小，而且原料来源广泛、价格也低。沉淀剂的使用一般应过量，以便能获得高的收率，减少金属盐离子的污染；但也不可太过量，否则会因络合效应和盐效应等降低收率。一般过量20%-50%就能满足要求了。 6.沉淀的陈化 陈化可释出沉淀过程带入的大部分杂质。在陈化过程中，因小颗粒沉淀的比表面积大，表面能也大；相同量大颗粒沉淀的比表面积较小，表面能就小，体系的变化有从高能量到低能量的自发趋

化学气相沉积法

化学气相沉积法 摘要：本文从化学气相沉积法的概念出发，详细阐述了利用化学气相沉积法制备石墨烯以及薄膜，并展望了未来化学气相沉积法可能的发展方向。 关键词：化学气相沉积法；制备；应用 一、前言 近年来，各国科学工作者对化学气相沉积进行了大量的研究，并取得一定的显著成果。例如，从气态金属卤化物（主要是氯化物）还原化合沉积制取难熔化合物粉末及各种涂层（包括碳化物、硼化物、硅化物、氮化物）的方法。其中化学沉积碳化钛技术已十分成熟。化学气相沉积还广泛应用于薄膜制备，主要为Bchir等使用钨的配合物Cl4 (RCN)W(NC3H5)作为制备氮化钨或者碳氮共渗薄膜的原料—CVD前驱体；Chen使用聚合物化学气相沉积形成的涂层提供了一个有吸引力的替代目前湿法化学为主的表面改善方法。同时，采用CVD方法制备CNTS 的研究也取得很大的进展和突破，以及通过各种实验研究了不同催化剂对单壁纳米碳管的产量和质量的影响，并取得了一定的成果。 二、化学气相沉积法概述 1、化学沉积法的概念 化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。与之相对的是物理气相沉积（PVD）。 化学气相沉积是一种制备材料的气相生长方法，它是把一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基材的反应室，借助空间气相化学反应在基体表面上沉积固态薄膜的工艺技术。 2、化学气相沉积法特点 (1) 在中温或高温下，通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而形成固体物质沉积在基体上。 (2) 可以在常压或者真空条件下负压“进行沉积、通常真空沉积膜层质量较好

化学气相沉积技术的应用与发展

化学气相沉积技术的应用与进展 一、化学气相沉积技术的发展现状 精细化工是当今化学工业中最具活力的新兴领域之一，是新材料的重要组成部分，现代科学和技术需要使用大量功能各异的无机新材料，这些功能材料必须是高纯的，或者是在高纯度材料中有意地掺人某种杂质形成的掺杂材料。但是，我们过去所熟悉的许多制备方法如高温熔炼、水溶液中沉淀和结晶等往往难以满足这些要求，也难以保证得到高纯度的产品。因此，无机新材料的合成就成为现代材料科学中的主要课题。 化学气相沉积技术(Chemical vapor deposition，简称CVD)是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术。化学气相沉积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、沉积各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，也可以是二元或多元的元素间化合物，而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的沉积过程精确控制。目前，用CVD技术所制备的材料不仅应用于宇航工业上的特殊复合材料、原子反应堆材料、刀具材料、耐热耐磨耐腐蚀及生物医用材料等领域，而且还被应用于制备与合成各种粉体料、新晶体材料、陶瓷纤维及金刚石薄膜等。 二、化学气相沉积技术的工作原理 化学气相沉积是指利用气体原料在气相中通过化学反应形成基本粒 子并经过成核、生长两个阶段合成薄膜、粒子、晶须或晶体等个主要

阶段：反应气体向材料表面5固体材料的工艺过程。它包括 扩散；反应气体吸附于材料的表面；在材料表面发生化学反应；生成物从材料的表面脱附；(5)产物脱离材料表面。 目前CVD技术的工业应用有两种不同的沉积反应类型即热分解反应和化学合成反应。它们的共同点是：基体温度应高于气体混合物；在工件达到处理温度之前气体混合物不能被加热到分解温度以防止在 气相中进行反应。 三、化学气相沉积技术的特点 化学气相沉积法之所以得以迅速发展，是和它本身的特点分不开的，与其他沉积方法相比，CVD技术除了具有设备简单、操作维护方便、灵活性强的优点外，还具有以下优势： (1)沉积物众多，它可以沉积金属、碳化物、氮化物、氧化物和硼化物等，这是其他方法无法做到的； (2)能均匀涂覆几何形状复杂的零件,这是因为化学气相沉积过程有高度的分散性； (3)涂层和基体结合牢固； (4)镀层的化学成分可以改变, 从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层； (5)可以控制镀层的密度和纯度； (6)设备简单，操作方便。 随着工业生产要求的不断提高，CVD的工艺及设备得到不断改进，但是在实际生产过程中CVD技术也还存在一些缺陷：

共沉淀法制备磁性Fe3O4

共沉淀法制备磁性Fe3O4 余春宇08化学85号 摘要考察了普通共沉淀法制备过程中的一些影响因素，采用一种改进，了的共沉淀法，制备磁性Fe3O4 纳米粒子。并对获得的粉体采用进行初步表征用化学共沉淀法制备了纳米Fe3O4颗粒, 研究了影响纳米Fe3O4 颗粒磁性的因素[1]。 关键词磁性Fe3O4；共沉淀法；制备； 引言 磁流体作为一种新型纳米材料，在工业上也有着广阔的应用前景。目前磁流体技术在国内未得到广泛应用的主要原因是纳米铁氧体粉体的制备不够完善，目前应用较广泛的铁氧体是纳米Fe3O4，近年来纳米材料取得了很大的进展[2]Fe3O4更多应用于化学领域[3]近几年来Fe 3 O4便成为了一种新型材料[4]纳米粒子(nano particle)也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100 am间的粒子[5] Fe 3O 4 纳米粒子是一种新型材料，具有良好的磁性能，即超顺磁性[6]Hao-Yu等人制 备出来的Fe3O4可达5–10 nm[7]使用XRD，TEM，VSM 对材料进行了相关测试，测试结果发现，用水热法制备的磁性纳米复合材料具有典型的层型结构[8]。，近年来有关纳米粒子的制备方法及其物性的研究受到很大的重视，这在纳米粒子基本理论上有重大意义[9]通过共沉淀法制备纳米FeO 性能影响因素的研究，以得到合理优化的制备工[10]采用化学沉淀法制备纳米Fe304颗粒，并以聚乙二醇为改性剂，蒸馏水为载液[11] 本文综述了多种制备磁性Fe3O4纳米粒子的方法且分析了它们的诸多影响因素，在前人的基础上总结了很多经验取长补短得出了在共沉淀发的基础上再对一些反应条件以及其他一些试剂进行了改进 内容 近年来，随着纳米技术的飞速发展，有关纳米Fe304的制备方法及其性能的研究受到很大的重视。纳米材料的制备方法多种多样，目前纳米Fe304的制备方法主要有[12]机械球磨法、溶胶一凝胶法、化学共沉淀法、热分解法、电弧蒸发法、液相微介质电加热分解法、水热法等，但每种方法有其自身的不足。 机械球磨法 机械球磨法机械球磨法是在球磨机中加入粒度为几十微米

钛酸钡制备方法指化学共沉淀法

化学共沉淀法制备钛酸钡 来源：世界化工网（https://www.wendangku.net/doc/aa1661431.html,） 化学共沉淀法是将等物质的量的可镕性钡、钛化合物混合，在一定的酸碱度条件下加入沉淀刑，使钡、铁化合物产生共沉淀，分离出沉淀物，干燥、锻烧后即得产品。化学共沉淀法与固相法相比，前者两组分分散的比较好，反应更容易进行，特别是在两组分结构相似，溶解度、沉淀时的pH值近似时，更能够很好地混合。另外，共沉淀法的反应温度明显的比固相法低。当物质的量比为1：1时，共沉淀法不会生成如BoTiO4等其他产物。作为化学共沉淀法的沉淀剂可以是碳酸盐，如(NH4)2CO3：，NH4HCO3也可以是草酸盐或含过氧化氢的碱溶液。下面用草酸作沉淀剂为例说明之。 用草酸作沉淀别是60年代以来研究得比较多的一种方法。该法一般是将可溶性钡盐、钛盐与草酸一起反应生成草酸氧钛钡沉淀，煅烧沉淀物得到钛醋钡。目前，我国已有用此法生产钛酸钡的工厂。首先将BaCO3与HCl反应生成BaCl 水溶液。将TiCl4用精制水配成水溶液，然后将TiCl4的水溶液和氯化钡的水溶液按等物质的量混合，再与2倍物质的量的草酸溶液反应。工艺流程示意如图6—5。

（1）草酸氧钛钡的合成制取草酸氧钮钡的过程中，四氯化铁水溶液制备的成功与否是能否得到高纯度钻酸钡的关键。最重要的是在四氯化铁水 溶液制备过程中如何避免钛的遇水分解。四氯化钛遇水会发生下列反应： 制备丁Ti-Ba溶液时，温度高低也会影响四氯化欲继续水解，因此要对温度加以控制。Ti-Ba溶液混合后加入草酸水溶液使四 氮化试和草酸溶液生成铁的络合物，然后与氯化钡反应生成草酸 织钞钡沉淀，化学反应方程式如下： 反应中还会发生下列反应：

SnSmOx-共沉淀法制备-实验报告

共沉淀法制备Sn-Sm-O x复合氧化物催化剂 姓名： 一．实验目的/原理 1.纯Sm2O3样品制备：将Sm2O3溶于15%的硝酸制成Sm(NO3)3饱和溶液，在磁力搅拌 条件下缓慢加入NH3·H2O(浓氨水：水=1：1)，抽滤分离得沉淀，经干燥、焙烧，获取纯Sm2O3样品。 2.Sn-Sm-O x复合氧化物制备：将Sm2O3溶于15%的硝酸制成Pr(NO3)3饱和溶液，加入 事先配置的SnCl4·5H2O饱和溶液，在磁力搅拌条件下缓慢加入NH3·H2O(浓氨水：水=1： 1)，抽滤分离得沉淀，经干燥、焙烧，获取所需复合氧化物。 二．实验仪器与试剂 仪器：电子天平、磁力搅拌器、抽滤瓶、真空泵、干燥箱、马弗炉、管式炉 药品：SnCl4·5H2O(白色)、Sm2O3(淡黄色)、68%的浓硝酸、浓NH3·H2O、AgNO3 三．实验步骤 1.配制溶液：取ax mol SnCl4·5H2O固体置于250 ml烧杯中，加蒸馏水之恰好溶解。同 样取0.5x mol Sm2O3溶于15%的HNO3溶液，搅拌均匀，形成饱和Sm(NO3)3，溶液呈现淡黄色半透明溶液。所得两种溶液分别记有a、b。 2.纯Sm2O3样品制备： 将Sm2O3溶于15%的硝酸制成Sm(NO3)3饱和溶液，在磁力搅拌条件下缓慢加入NH3?H2O(浓氨水：水=1：1)，抽滤分离得沉淀，经干燥、焙烧，得纯Sm2O3样品。 3.Sn-Sm-Ox复合氧化物制备： 1)共沉淀：将溶解好的a 中缓慢加入b 溶液，形成澄清半透明状淡黄色溶液，将盛有 混合溶液的烧杯于磁力搅拌器上搅拌5分钟后，逐滴加入稀释后的NH3·H2O，有白色絮状沉淀生成；继续滴加NH3·H2O，澄清溶液逐渐变浑浊，形成白色悬浮液。随着NH3·H2O 的加入悬浊液渐渐变成粘稠状，在瞬间达最大粘度的时候，即到达该溶液NH3·H2O滴定的等电点。此时继续滴加NH3·H2O。直至在上层清液中加入微量NH3·H2O不产生沉淀，停止加NH3·H2O。放通风厨里静置数小时，抽滤。 2)抽滤：将所得沉淀转移到抽滤瓶中进行真空抽滤。得到淡绿色滤饼。 3)洗涤：用去离子水将滤饼洗涤数次，用AgNO3检测滤液，直至无Cl-存在，可证明该 过程洗涤完全。 4)干燥：将洗涤后沉淀放入真空干燥箱内，在100 C下干燥数小时，干燥完全后，放 在电子天平秤称重。

第六章 化学沉淀

第六章化学沉淀 Chemical Precipitation 第一节化学沉淀基本知识 1、化学沉淀法定义 (P301) 化学沉淀法是向污水中投加某种化学物质，使它与污水中的溶解物质发生化学反应，生成难溶于水的沉淀物，以降低污水中溶解物质的方法。 主要针对废水中的阴、阳离子。 2、化学沉淀法的处理对象 (主要针对废水中的阴、阳离子。) （1）废水中的重金属离子及放射性元素：如Cr3+、Cd3+、Hg2+、Zn2+、Ni2+、Cu2+、Pb2+、Fe3+等。 （2）给水处理中去除钙，镁硬度。 （3）某些非金属元素：如S2-、F-、磷等。 （4）某些有机污染物 3、沉淀的条件 ①水中难溶盐服从溶度积原则，即在一定条件下，在含有难溶盐M n N n（固体）的饱和溶液中，各种离子浓度的乘积为一常数，称为溶度积常数，记为L MnNn： M m N n == mM n+ + nN m- 溶度积常数 L MmNn=[M n+]m?[N m-]n 溶度积常数 L MmNn=[M n+]m?[N m-]n=k?[M m N n]=常数 其中 [M n+]—表示金属阳离子摩尔浓度（mol/L） [N m-]—表示阴离子摩尔浓度（mol/L）

难溶盐的溶度积常数均可在化学手册中查到。 见书P302表16-1，给出的溶度积简表。 L MmNn=[M n+]m?[N m-]n=k?[M m N n]=常数根据溶度积原理，可以判断溶液中是否有沉淀产生： A 、离子积[M n+]m?[N m-]n < L MmNn时， 溶液未饱和，全溶，无沉淀。 B 、离子积[M n+]m?[N m-]n = L MmNn时， 溶液正好饱和，无沉淀。 C 、离子积[M n+]m?[N m-]n > L MmNn时， 形成MmNn沉淀。 可见，要降低[M n+]可考虑增大[N m-]的值，具有这种作用的化学物质为沉淀剂。 ②在饱和溶液中，可根据溶度积常数计算难溶盐在溶液中的溶解度S MmNn 由于 [M n+]= m S MmNn [N m-]=nS MmNn 有 L MmNn=[mS MmNn]m?[nＳMmNn]n 得 ③分级沉淀： 当溶液中有多种离子都能与同一种离子生成沉淀时，可通过溶度积原理来判断生成沉淀的顺序称为分级沉淀。 如：溶液中同时存在Ba2+、CrO42-、SO42-,何种离子首先发生沉淀析出？ Ba2+ + SO42- == BaSO4↓ L BaSO4 = 1.1×10-10 Ba2+ + CrO42- == BaCrO4↓ L BaCrO4= 2.3×10-10 判断分级沉淀的先后，不要单纯的通过溶度积常数（或溶解度）的大小来判定，要以离子浓度乘积与溶度积L的关系为指标，看是否满足沉淀的条件。

四氧化三铁制备化学实验

实验一：共沉淀法制备具有超顺磁性的纳米四氧化三铁粒子 一、实验背景 有关纳米粒子的制备方法及其性能研究备受多学者的重视，这不仅因为纳米粒子在基础研究方面意义重大，而且在实际应用中前景广阔。在磁记录材料方面，磁性纳米粒子可望取代传统的微米级磁粉，Fe s O4超细粉体由于化学稳定性好， 原料易得，价格低廉，已成为无机颜料中较重要的一种，被广泛应用于涂料，油墨等领域；而在电子工业中超细F63O4是磁记录材料，用于高密度磁记录材料的制备；它也是气、湿敏材料的重要组成部分。超细Fe3O4粉体还可作为微波吸收材料及催化剂。另外使用超细Fe3O4粉体可制成磁流体。 Fe s O4纳米粒子的制备方法有很多，大体分为两类：一是物理方法，如高能机械球磨法，二是化学方法，如化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热合成法、热分解法及微乳液法等。但各种方法各有利弊；物理方法无法进一步获得超细而且粒径分布窄的磁粉，并且还会带来研磨介质的污染问题；溶胶-凝胶法、热分解法多采用有机物为原料，成本较高，且有毒害作用；水热合成法虽容易获得纯相的纳米粉体，但是反应过程中温度的高低，升温速度，搅拌速度以及反应时间的长短等因素均会对粒径大小和粉末的磁性能产生影响。 本实验是采用共沉淀法（将沉淀剂加入Fe2^^ Fe3+混合溶液中）制备纳米Fe3O4颗粒。该制备方法不仅原料易得且价格低廉，设备要求简单，反应条件温和（在常温常压下以水为溶剂）等优点。 二、实验目的 1、了解用共沉淀法制备纳米四氧化三铁粒子的原理和方法。 2、了解纳米四氧化三铁粒子的超顺磁性性质。 3、掌握无机制备中的部分操作。 三、实验原理 采用化学共沉淀法制备纳米磁性四氧化三铁是将二价铁盐和三价铁盐溶液按一定比例混合，将碱性沉淀剂加入至上述铁盐混合溶液中，搅拌、反应一段时间即可得纳米磁性F?O4粒子，其反应式如下： Fe +2Fe +8OH------------ e3O4+4H2O 四、仪器与试剂 烧杯、FeC2 4H2O、FeCb、氢氧化钠、柠檬酸三钠。 五、实验步骤 1、配置50 ml 1 moL 的NaOH 溶液。（2g NaOH+5Og H2O） 2、称取0.9925g FeC3和1.194g FeC2 4H2O （反应当量比为1:1）溶于30 mL 的蒸馏水中。 3、将反应溶液加热至60C，恒温下磁力搅拌（转速约为1000rpm）。 4、30 min后缓慢滴加配置的NaOH溶液，待溶液完全变黑后，仍继续滴加

化学气相沉积法制备碳纳米管

化学气相沉积法制备碳纳米管 材料化学专业 制备原料 碳源多为乙烯或者乙炔；催化剂颗粒多为亲碳的、过渡金属的纳米粒子如铁、镍、镁、钼等。 制备工艺 在高温条件下碳源气体在过渡金属纳米颗粒的催化作用下分解，碳原子在催化剂例粒子中熔解、饱和。在催化剂粒子中饱和并析出碳形成了小管状的碳固体即碳纳米管。 碳纳米管的性能 力学性能： 碳纳米管中碳原子采取SP2杂化S轨道成分比较大，使其具有高模量、高强度，具有优异的力学性能。理想的碳纳米管的抗拉强度可高达100GPa。一般碳纳米管的抗拉强度可达50-200GPa,是钢的100倍，密度却只有钢的1/6，弹性模量高达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。不同的SP2和SP3杂化几率使碳纳米管其表现出优良的弹性，柔韧性，易拉伸，十分柔软，同时它还具有与金刚石相当的硬度和极大的长径比，可以作为理想的高强度纤维材料，被称为未来的“超级纤维”。 导电性能： 碳原子最外层有4个电子，碳纳米管具有类石墨结构，石墨的每个碳原子最外层的三个电子与三个最邻近的碳原子以SP2杂化，呈现层状结构。碳原子的另一个未成对电子位于垂直于层片的π轨道上，碳纳米管具有石墨的良好导电性能。碳纳米管由石墨片卷曲而来，其导电性能由石墨片的卷曲方式决定，即导电性能取决于它的管径和手性。不同手性的碳纳米管可分别呈现金属性、半导体性。给定的碳纳米管的手性矢量Ch=na1+ma2，若n．m=3k(k为整数)，那么该方向碳纳米管呈现金属性，可视为良好的导体。其中，若n=m，碳纳米管电导率可高达铜的l万倍，导电性极好。当n．m不等于3k(k为整数)时，该方向碳纳米管视

为半导体。另外，在碳纳米管的管壁上往往有成对的五元环和七元环出现，这些缺陷会导致新的导电行为，为碳纳米管的导电性做贡献。 传热性能： 碳纳米管的类石墨结构使得其具有良好的传热性能，另外，准一维结构使得沿着碳纳米管轴向方向的热交换极易进行，由此，可以通过制备定向的碳纳米管阵列从而获得某个方向热传导性能极好的产品。要想获得某些特定方向上热传导性能优异的产品，需要在制备碳纳米管时通过适当地改变实验条件或调整各项参数等来控制产物的取向。 吸附性能：碳纳米管是一种强吸附剂，吸附容鞋极大，比活性炭的吸附性高十倍之多。碳纳米管对多种会属(如Au，Cd，Co，Cu，Cr，Fe，Mn，Ni，Pb，Zn)、稀土元素(如Sm，Gd，Yb)等有很强的吸附fl：J1j。作为吸附剂，碳纳米管的制备成本低、吸附分离效果好受到广泛关注。 化学性能： 碳纳米管的化学性能非常稳定，同时它具有较好的催化作用。碳纳米管尺寸为纳米级别，具有极大的比表面积，并且表面的键念和电子态与颗粒内部不同，表面的原子配位不全，从而导致表面的活性位置增加，这些条件为碳纳米管的催化性奠定了基础。它的主要催化作用为：提高反应速率，决定反应路径，有优良的选择性(如只进行氢化脱氢反应，不发生氢化分解和脱水反应)，降低反应温度。对碳纳米管进行处理可改善其催化活性，引入新的官能团，例如用硝酸、浓硫酸处理碳纳米管，不仅能够对样品进行提纯、切断，还可以在其表面引入羟基。碳纳米管在催化领域的潜力引起了广大科研者的关注，相关催化性能的研究与应用也日趋成熟。 场发射性能： 碳纳米管是良好的电导体，载流能力特别大，能够承受较大的场发射电流。相关测试表明，碳纳米管作为阴极能够产生4A／cm2的电流密度。碳纳米管机械强度高、韧性好，在场发射过程中不易发生折断或者变形，化学性质稳定，不易与其他物质反应，在2000℃的真空环境中也不会烧损。呈现金属性的碳纳米管表面功函数要比一般的金属低0．2．0．4ev，呈现半导体性的碳纳米管表面功函数要比一般金属高0．6ev。因而通过选择金属性的碳纳米管作为场发射阴极材料，可进而获取低能耗、轻便、性能更加优异的平板显示。 碳纳米管的应用前景 碳纳米管在微电子、生物、医学、仪器等领域显示了广阔的应用前景。显示技术方面为人们展示着丰富多彩的世界，在教育、工业、交通、通讯、军事、医疗、航空航天、卫星遥感等各个领域被广泛应用。FED集合了高亮度、真彩色、体积小、重量轻等众多优点，成为21世纪最具潜力的显示器。对于高附加值的显示器件方面的应用如平板显示器和纳米集成电路，碳纳米管在汽车用燃料电池储氢材料方面。在材料科学领域碳纳米管可以制成高强度碳纤维材料利用碳纳米管制成的复合材料在土木、建筑等方面具有广阔前景。 参考文献 李世胜，侯鹏翔，刘畅.超疏水叠杯状碳纳米管薄膜的制备[J]新型炭材料，2013,28（4）韩立静，多壁碳纳米管薄膜的制备及其场发射性能研究[C]浙江大学硕士学位论文2011，5 张秉檐，漆昕，生长温度对TCVD法制备定向碳纳米管薄膜影响[J]制造业自动化，2010,32（12）

共沉淀法,浸渍法

共沉淀法 沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合液中加入适当的沉淀剂制备前驱体沉淀物,再将沉淀物进行干燥或锻烧，从而制得相应的粉体颗粒。 共沉淀法是指在溶液中含有两种或多种阳离子，它们以均相存在于溶液中，加入沉淀剂，经沉淀反应后，可得到各种成分的均一的沉淀，它是制备含有两种或两种以上金属元素的复合氧化物超细粉体的重要方法。 浸渍法 制造固体催化剂的方法之一，即将一种或几种活性组分通过浸渍载体负载在载体上的方法。通常是用载体与金属盐类的水溶液接触，使金属盐类溶液吸附或贮存在载体毛细管中，除去过剩的溶液，再经干燥、煅烧和活化制得催化剂。浸渍方式有过量溶液浸泡与等体积吸附等。有时加入竞争吸附剂使活性组分均匀吸附在整个载体上。 过量浸渍法 也就是浸渍溶液（浓度x%）的体积大于载体。该实验过程是活性组分在载体上的负载达到吸附平衡后，再滤掉（而不是蒸发掉）多余的溶液，此时活性组分的负载量需要重新测定。该方法的优点是活性组分分散比较均匀，并且吸附量能达到最大值（相对于浓度为x%时），当然这也是它到缺点：不能控制活性组分的负载量。且很多时候并不是负载量越大活性越好，且负载量过多离子也容易聚集。还有一种所谓的过量浸渍法：也是溶液过量，但此时是边搅拌边蒸发，等溶液变成粘稠状后，再放到烘箱烘干。这实际上并不是真正意义上的浸渍法，而只能算是一种modified的浸渍法。在升温蒸发过程中活性相在孔中的负载量会随温度的变化而变化，而水分蒸干后，活性相的分布也很不均匀。且还要考虑升温后活性相或者载体是否有水解过程，它会对之后煅烧过程中的催化剂有很大的影响。根据我在试验中的结果，此方法效果并不是很好。 等体积浸渍 就是载体的体积（一般情况下是指孔体积）和浸渍液的体积一致，浸渍液刚好能完全进入到孔里面。该方法的特点与过量浸渍法相反：活性组分的分散度很差，有的地方颗粒小，有的地方颗粒则很大（毕竟，在实际实验中，载体倒入时有一个前后顺序，先与溶液接触的载体会吸附更多的活性相）；但是它能比较方便地控制活性组分地负载量，并且负载量能很容易算出。对颗粒大小要求不是很严的催化剂，该方法效果还比较好。 问题：上次做的那个等体积浸渍，用的1.2ml/g，是一般是这个比列？还是不同的材料有不同的比列呢？

石墨烯的化学气相沉积法制备 2

石墨烯的化学气相沉积法制备

摘要:化学气相沉积(CVD)法是近年来发展起来的制备石墨烯的新方法，具有产物质量高、生长面积大等优点，逐渐成为制备高质量石墨 烯的主要方法。通过简要分析石墨烯的几种主要制备方法(胶带剥离法、化学剥离法、SiC外延生长法和CVD方法)的原理和特点，重点 从结构控制、质量提高以及大面积生长等发面评述了CVD法制备石墨 烯及其转移技术的研究进展，并展望了未来CVD法制备石墨烯的可能 发展方向，如大面积单晶石墨烯、石墨烯带和石墨烯宏观体的制备与 无损转移等。 关键词:石墨烯制备化学气相沉积法转移 Abstract chemical vapor deposition(CVD) is an effective way for the preparation of preparation of graphene with large area and high quality.In this review,the echanism and characteristics of the four main preparation methods of graphene are briefly introduced ,including microm echanical Cleavage,chemical exfoliation,SiC epitaxial growth and CVD. The recent advances in the CVD growth of graphene and the related transfer techniques in term of structure contral, quality improvement and large area graphene synthesis were discussed .Other possible methods single crystalline graphene ,graohene nanoribbons and graphene avrostructures. Keywords : Graphene,Preparation, Chemical vapor deposition; transfe

石墨烯的化学气相沉积法制备_图文(精)

收稿日期:2010 12 31; 修回日期:2011 02 14 基金项目:国家自然科学基金(50872136,50972147,50921004、中国科学院知识创新项目(K J CX 2 YW 231. 通讯作者:任文才,研究员.E m ai:l w cren@i m r .ac .cn;成会明,研究员.E m ai:l chen g @i m r .ac .cn ;高力波.E m ai:l l bgao @i m r .ac .cn 作者简介:任文才(1973-,男,山东东营人,博士,研究员,主要研究方向为石墨烯和碳纳米管的制备、物性和应用. E m ai:l w cren @i m r .ac .cn 文章编号: 1007 8827(201101 0071 10 石墨烯的化学气相沉积法制备 任文才, 高力波, 马来鹏, 成会明 (中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合实验室,辽宁沈阳110016 摘要: 化学气相沉积(CVD 法是近年来发展起来的制备石墨烯的新方法,具有产物质量高、生长面积大等优点,逐渐成为制备高质量石墨烯的主要方法。通过简要分析石墨烯的几种主要制备方法(胶带剥离法、化学剥离法、S i C 外延生长法和CV D 方法的原理和特点,重点从结构控制、质量提高以及大面积生长等方面评述了CV D 法制备石墨烯及其转移技术的研究进展,并展望了未来CVD 法制备石墨烯的可能发展方向,如大面积单晶石墨烯、石墨烯带和石墨烯宏观体的制备与无损转移等。关键词: 石墨烯;制备;化学气相沉积法;转移中图分类号: TQ 127.1+1 文献标识码: A 1 前言 自从1985年富勒烯[1] 和1991年碳纳米管[2]

化学沉淀法制备纳米二氧化硅

化学沉淀法制备纳米二氧化硅 摘要:采用硅酸钠为硅源,氯化铵为沉淀剂制备纳米二氧化硅。研究了硅酸钠的浓度、乙醇与水的体积比以及pH 值对纳米二氧化硅粉末比表面积的影响,并用红外、X射线衍射和透射电镜对二氧化硅粉末进行了表征。研究结 果表明在硅酸钠浓度为0. 4 mol/L,乙醇与水体积比为1B8, pH值为8. 5时可制备出粒径为5~8 nm分散性好的无 定形态纳米二氧化硅。 关键词:沉淀法;纳米SiO2;制备 1 引言 纳米二氧化硅为无定型白色粉末,是一种无毒、无味、无污染的材料,其颗粒尺寸小,比表面积大,是纳米 材料中的重要一员。近年来,随着纳米二氧化硅制备技术的发展及改性研究的深入,纳米二氧化硅在橡胶、 塑料、涂料、功能材料、通讯、电子、生物学以及医学等诸多领域得到了广泛的应用[1, 2]。目前,纳米二氧化硅主要制备方法有以硅烷卤化物为原料的气相法[3];以硅酸钠和无机酸为原料的化 学沉淀法[4];以及以硅酸酯等为原料的溶胶-凝胶法[5-7]和微乳液法[8-10]。在这些方法中,气相法原料昂贵, 设备要求高,生产流程长,能耗大;溶胶-凝胶法原料昂贵,制备时间长;而微乳液法成本高、有机物难以去除 易对环境造成污染。与上述三种方法相比,化学沉淀法具有原料来源广泛、价廉,能耗小,工艺简单,易于工 业化等优点,但同时也存在产品粒径大或分布范围较宽的问题,这是由于产品性状在制备过程中受许多可变 因素的影响。近年来,许多研究通过各种控制手段来改善沉淀法产品的性状,如郑典模[11]、贾东舒[12]、孙道 682 研究快报硅酸盐通报第29卷 兴[13]等对反应条件加以分别制得了平均粒径为76 nm、30~50 nm和20~40 nm的二氧化硅,何清玉[14]引入 了超重力技术制得了小于20 nm的二氧化硅。 本文以硅酸钠为硅源,氯化铵为沉淀剂,加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和乙醇,通过 化学沉淀法合成了粒径小且分布窄的纳米二氧化硅。 在硅酸钠溶液中,简单的偏硅酸离子并不存在,偏硅酸钠的实际结构为Na2(H2SiO4)和Na (H3SiO4),因 此溶液中的负离子H2SiO2-4为和H3SiO-4。二者在溶液中皆可与氢离子结合生成硅酸。氯化铵是一种强酸 弱碱盐,能缓慢地释放出H+,可以有效避免pH变化过大。另外反应在碱性条件下进行,反应所生成的粒子 带负电,可吸引NH+4和溶液中的Na+形成双电层,通过双电层之间库仑排斥作用,平衡离子表面电荷,从而