制备形貌可控的多晶纳米镍_张锡凤

2008年7月Jul y2008第29卷第4期V o.l29N o.4

制备形貌可控的多晶纳米镍

张锡凤1,郝伟1,程晓农2,殷恒波1,刘晓光1

(1.江苏大学化学化工学院,江苏镇江212013; 2.江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江212013)

摘要:采用液相化学还原法,在1,2-丙二醇体系中,分别使用吐温-80(Tw een-80)、聚乙二醇-6000(PEG-6000)和十二烷基硫酸钠(SDS)与聚乙二醇-6000(PEG-6000)的混合物作为修饰剂,利用1,2-丙二醇还原相同母体醋酸镍,制备形貌分别为海绵体、纤维状、雪花状多晶纳米镍;在水体系中,使用SDS为修饰剂,利用水合肼还原相同母体醋酸镍,制备球形多晶纳米镍.通过X 射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TE M)、选区电子衍射(SAED)对所制备的纳米镍样品进行表征.利用傅立叶红外(FT I R)分析初步解释不同形貌纳米镍的形成机理.将纳米镍样品添加到15W/ 40SF汽油机油中,在UNT-ò摩擦磨损试验机上进行考察.结果表明:纳米镍样品的形貌不同,其对汽油机油摩擦学特性的改性亦不相同,纤维状纳米镍的改性效果最佳.

关键词:镍;纳米;化学还原法;表面形貌;修饰;摩擦学性能

中图分类号:TB383文献标志码:A文章编号:1671-7775(2008)04-0312-05 Preparation of N i nanocrystals with controlled-m orphology

Z HANG X i-feng1,HAO W ei1,C HENG X iao-nong2,YI N H eng-bo1,LIU X iao-guang1

(1.S chool of Ch e m istry and Ch e m icalE ngi neeri ng,Jiangsu Un ivers it y,Zh enji ang,J i angsu212013,C hina; 2.Schoo l ofM at eri a lS ci ence

and E ng i neeri ng,Jiangs u Un i versit y,Zhen ji ang,J i angs u212013,C h i na)

Abstract:Con tro ll e d m orpho logy as spongy,fibrillar,and snow flake-li k e N i nanocrystals w ere prepared fro m nickel acetate tetrahydrate w ith1,2-propaned i o l as both so lvent and reductant i n the presence o f m odifiers as po l y oxyethy lene sorb itan m onoo il80(Tw een-80),po l y ethy lene g lyco l6000(PEG-6000),and m ixtures sod i u m dodecy l sulfate(SDS)+PEG-6000,respecti v e l y.The sphericalN i nano-crysta ls w ere synthesized fro m nickel acetate so lution w ith hydrazine hydrate as reductan,t and SDS as m odifier.The as-prepared N i nanocrystals w ere characterized by X-ray d iffracti o n(XRD),trans m ission e l e ctron m icrographs(TE M),selected area e l e ctron d iffraction(SAED)and Fourier transfor m i n frared (FTI R)spectroscopy.The as-prepared N i nanocrystals taken as add itives to15W/40SF o il lubricant w ere evaluated on UNT-òbal-l on-plate experi m en.t The results i n d icate that the i m prove m ents o f tr-i bo l o g ical pr operties var y w ith the shapes of nano-N.i The fibrillar N i nanocrysta ls exhibit the best effect-i v ity o fm od ification.

Key w ords:nicke;l nanocrystals;synthesis(che m ical);surface m orpho logy;m od ification;

tribo l o g ica l property

收稿日期:2007-04-12

基金项目:江苏省高技术研究项目(BG2006025);江苏省摩擦学重点实验室项目(kjs m cx07004);江苏大学创新预研项目

作者简介:张锡凤(1972)),女,江苏宜兴人,副教授,博士研究生(z hangxf_chzh@163.co m),主要从事材料化学的研究.

郝伟(1987)),男,江苏泰州人,本科生(m y5785412@163.co m),主要从事应用化学的研究.

第4期张锡凤等:制备形貌可控的多晶纳米镍

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纳米金属材料优异的性能赋予其潜在的应用价值,金属纳米技术关系到金属世界的下一场工业革命,是目前材料、化工研究的新方向,受到材料学界、物理学界、化学界和产业界的普遍关注和重视[1,2].纳米金属材料产业的发展规模和技术水平,已经成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志,在国民经济中具有重要战略地位.

纳米金属材料的晶粒尺寸与形貌、表面状态和微结构直接影响到纳米金属的物化性质与用途[3-5].如粒径为15nm的纳米镍具有超顺磁性,而85nm的纳米镍则具有很高的矫顽力.目前各种纳米结构的构筑对构筑基元的纳米微粒的形貌、结构和尺寸都提出了更高的要求[1,6],进行形貌、尺寸和结构可控的纳米金属材料的制备及纳米分子结构的重组装是人们的研究热点.目前已有六边形、四边菱形、三角形和棒状等不同形貌纳米Co,Ag和Pd等的制备报道[7,8].不同形貌纳米N i的报道甚少,仅有在粒径尺寸上有所控制的相关文献[9,10],形貌大多是球形颗粒,制备工艺也较复杂,有关制备不同形貌纳米N i的影响因素及其作用机理的研究亦刚刚起步,此方面急需展开进一步研究.纳米N i具有广阔的应用前景,是国内外新颖功能材料开发的热点之一,进行形貌、尺寸和结构可控的纳米镍的制备研究意义重大.

文中使用设备简单、反应条件温和的液相还原法,分别利用水或多元醇作溶剂,Na OH调节pH,在不同温度下,利用不同的还原剂及修饰剂,分别制备海绵体、纤维状、雪花状及球形等不同形貌的多晶纳米镍,并初步研究不同形貌纳米镍作为15W/40SF 汽油机油润滑油添加剂后的摩擦磨损性能.

1试验部分

1.1原材料

试验中所使用的1,2-丙二醇(质量分数99.0%)、醋酸镍(质量分数98.5%)和氢氧化钠(质量分数96.0%)等均为分析纯试剂;丙酮(质量分数99.0%)、水合肼(质量分数85.0%)、吐温-80(Tw een-80)、聚乙二醇-6000(PEG-6000)和十二烷基硫酸钠(SDS)等均为化学纯试剂.

1.2纳米镍的制备

海绵体纳米镍的制备:取一定量的醋酸镍溶于50mL1,2-丙二醇中,搅拌条件下(300r/m i n),加入一定量的Tw een-80为修饰剂.以25滴/m in的速度滴入c(Na OH)=1.0m o l/L的水溶液30mL.以10e/m in的速度升温至180e以上,蒸馏、反应0.5h,再冷却至50e,加入适量丙酮分散,得到黑色粘稠胶体状纳米镍,待测,最终产品为R1.

纤维状纳米镍的制备:修饰剂为一定量的PEG -6000,其他条件如上,最终产品为R2.

雪花状纳米镍的制备:修饰剂为一定量的SDS +PEG-6000,其他条件如上,最终产品为R3.

球形纳米镍的制备:取一定量的SDS,在搅拌下溶于50mL0.2m o l/L的醋酸镍水溶液中,以25滴/ m i n的速度滴入c(N a OH)=1.0m o l/L的水溶液30 mL.在80e的水浴中、搅拌条件下,滴加一定量的质量分数为85%的水合肼.滴加完毕后,回流反应2.5h,再冷却,得到黑色纳米镍,待测,最终产品为R4.

1.3纳米镍的表征

将所制备的产物经丙酮、水洗涤,离心分离得固体样品.将所得固体样品分别均匀涂布于玻璃片上,用R igaku,D-m ax2200型X射线粉末衍射仪进行相组成、晶型分析,Cu-K A射线,石墨单色器,管电压50kV,管电流100mA,扫描速度为5b/m i n.

将所制备的产物经丙酮、水洗涤,以丙酮分散,并经超声波超声振荡10m i n,然后滴在喷有无定型石墨的铜网上,晾干后,用Ph illips TECNA I-12型透射电子显微镜(加速电压为100~120kV)和选区电子衍射(SAED)观察粒子形貌、晶形、团聚状况、单个粒子的大小.从TE M图像中测量出粒子的直径来计算纳米镍的粒径分布,用加权平均法计算出平均粒径.

利用N ico let N exus470型傅立叶红外光谱仪(FTI R),KBr压片技术分析确定修饰剂在不同形貌纳米镍合成中的作用规律.

1.4纳米镍作为添加剂的摩擦学试验

取15W/40SF汽油机油为样品S0,分别将纳米镍R1,R2,R3和R4以质量分数为0.5%添加至15W/40SF汽油机油,分别得样品为S1,S2,S3和S4,将样品S0~S4分别均匀涂刷于下试样上,置于UNT-ò摩擦磨损试验机上考察其抗磨减摩性能.试验机试验时上试样摩擦副为直径4mm的GC r15不锈钢球,硬度61~63HRC,下试样为普通45#钢,尺寸为520mm@6.0mm,硬度210HB.下试样表面采用磨床进行磨削处理.试验前下试样用丙酮超声清洗10m i n.试验条件:载荷15N,转速382r/m in,摩擦方式旋转,时间15m in.试验过程中直接从试验机联机

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第29卷

电脑上获得摩擦系数随时间变化的曲线图.

2 试验结果与讨论

2.1 纳米镍的化学结构

不同纳米镍样品的XRD 图几乎雷同,故只给出样品R2的XRD 衍射图像,见图1

.

图1 镍试样R2的XRD 图像

F i g .1 XRD pattern o fN i powder samp l e R 2

分析结果显示:在衍射角为44.507b ,51.846b 和76.370b 处显示出衍射强峰,分别归属于金属镍(fcc)的N i(111),N i(200)和N i(220)的晶面衍射,

与镍的粉末衍射卡片(PDF )标准卡片所指示XRD 数据一致,可确认合成产物为镍粉.图谱中除金属镍的衍射峰外,没发现其他镍的化合物的衍射峰,说明这些修饰剂能够有效保护纳米镍不被氧化,制备出的是纯净的金属镍.

图2为纳米镍样品R1的选区电子衍射图谱.从样品的选区电子衍射图谱可知,样品的衍射谱线由衍射环组成,衍射环晶面与图1的各衍射峰相对应,所形成的纳米镍为多晶结构

.

图2 纳米镍样品R1的选区电子衍射图谱

F i g .2 S AED pattern of N i powder samp l e R 1

2.2 纳米镍的形貌分析

纳米金属具有表面原子配位不足、表面能高、较活泼等特点,使之在制备过程中易团聚和氧化.修饰剂的选择是制备分散良好、粒径、形貌可控的高浓度

纯金属纳米粒子的关键.表面活性剂作为修饰剂使

用,可起到控制晶体生长与粒子分散的重要作用.本试验由于在反应体系中添加了有效的分散剂,由TE M 图像(图3)可验证所制备的样品R1~R4都分散良好,未见明显团聚现象,但随着反应体系不同、引入修饰剂种类不同,所制备的镍颗粒具有不同的形貌.制备纳米镍时,以醋酸镍为母体,在1,2-丙二醇反应体系内引入Tw een-80为修饰剂后获得了海绵体镍(见图3a).PEG-6000为修饰剂时形成了直径30nm 左右较长的纤维状纳米镍(见图3b).将SDS 和PEG-6000按照一定比例复配使用,所制备的样品的形貌为雪花状颗粒,其平均粒径为90n m (见图3c).同样以醋酸镍为母体,以SDS 为修饰剂,在水体系中利用水合肼为还原剂所得到的样品是平均粒径为63nm 的球形颗粒(见图

3d).

(a)R1

(b )

R2

(c)R3

(d)R4

图3 不同修饰剂制备的N i 样品的T E M 像F i g .3 T E M i m ages of N i samp l es R 1~R4prepared

by different mod ifi ers

由此可知,不同系列、不同型号的修饰剂,对所形成的纳米镍的形貌有明显不同的影响.2.3 不同形貌纳米镍的形成机理

利用FT I R 光谱分析纳米镍制备过程中修饰剂

特征峰的变化,如图4所示.图4a 分别对应于纯净

修饰剂Tw een-80的FT I R 谱和纳米镍R1的FT I R 谱.图4b 分别对应于纯净修饰剂PEG -6000的FT -I R 谱和纳米镍R2的FT I R 谱.图4c 为纳米镍R3的FTI R 谱.图4d 分别对应于纯净修饰剂SDS 的FT I R 谱和纳米镍R4的FTI R 谱.

第4期张锡凤等:制备形貌可控的多晶纳米镍

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比较图4a中的谱线,发现在纳米镍R1中,虽然Tw een-80的特征峰出现,但由于受纳米镍表面原子不足及高表面能的影响,和纯修饰剂的谱图相比,出现一定程度的漂移,如聚氧乙烯链特征峰950.79c m-1(M s(C)O)C))漂移至923.61c m-1,酯键吸收峰1107.54c m-1(M as(C)O)C))漂移至1045.86c m-1,它们都发生了红移现象.可能是纳米镍粒径的减小使其内应力增加,并导致其能带结构变化,电子波函数重叠加大,结果带隙、能级间距变窄,导致与之连接的官能团发生红移.单油酸酯中双键的特征峰从1639.78c m-1(M s(C C))漂移至1653.04c m-1,发生明显的蓝移现象.这是由于Tween-80单油酸酯中不饱和双键的存在,将诱导纳米镍表面由大量断键产生的离域电子在表面和本体之间重新分配,使该区域的力常数增大,键的强度增大,从而导致红外区的吸收频率上升,红外吸收峰发生蓝移.由此推测修饰剂Tw een-80酯中的双键结构正是形成海绵体镍的关键.

比较图4b中的谱线,发现纳米镍R2中PEG-6000端羟基的特征峰3495.34c m-1(M s(C)O) H))漂移至3370.63c m-1,醚键吸收峰1125.11 c m-1(M as(C)O)C))漂移至1079.61c m-1,961.07 c m-1(D(C)H))漂移至923.05c m-1.端羟基和醚键等对应的特征峰发生红移现象,是由于PEG-6000与纳米镍吸附结合后,给电子的纳米N i与PE G-6000的醚键之间存在较强的化学作用,使得C)O) C,C)H的振动频率减小,红外吸收峰发生红移,并控制纳米镍的生长趋势,生成纤维状的纳米镍.

将图4c中的谱线与图4b和图4d中PEG-6000和SDS的FTI R谱进行比较,可观察到纳米镍R3的FTI R谱中PEG-6000和SDS特征峰的峰值和峰形都发生一定程度的变化,但与单一使用时的变化并不相同,说明这两种修饰剂复配使用时产生了协同作用,共同诱导雪花状纳米镍的形成.

对照图4d中的FT I R谱图,SDS的硫酸盐型特征峰1066.87c m-1(M s(S O))漂移至1013.75 c m-1,1216.67c m-1(M s(SO3))漂移至1208.84 c m-1,1634.66c m-1漂移至1626.52c m-1,烷基也出现了一定的漂移,2918.70c m-1(M as(C)H))漂移至2912.71c m-1,2850.50c m-1(M s(C)H))漂移至2846.41c m-1,这是由于SDS与给电子纳米镍吸附结合,使得硫酸根的S O,SO3的振动频率减小,发生明显的红移现象.正是通过SDS与纳米镍微晶表面的结合,促使纳米镍R4形成规则的球形结构.

2.4纳米镍的摩擦学性能

图5为S0~S4样品在UNT-ò摩擦磨损试验机上试验获得的摩擦系数随时间变化曲线图.由图5可知,样品S0的摩擦系数随时间的延长缓慢下降,经过400s后基本维持在0.128;样品S1的摩擦系数随时间的延长很快下降,经过50s后基本维持

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第29卷

在0.169;样品S2的摩擦系数随时间的延长较快下降,经过100s 后基本维持在0.102;样品S3,S4的摩擦系数随时间的延长都很快下降,经过50s 后基本维持在0.118和0.116.由此可知不同形貌的纳米金属镍作为15W /40SF 汽油机油添加剂,对15W /40SF 汽油机油的摩擦学性能产生不同的影响.除海绵体纳米镍的增加对润滑油的摩擦学性能不利,明显降低其减摩性能外,其他3种形貌的纳米镍都提高了15W /40SF 汽油机油的减摩性能,尤其是纤维状纳米镍,在一定时间后,大幅增加了润滑油的减摩性能,其摩擦系数与纯15W /40SF 汽油机油的摩擦系数相比,降低了20.6

%.

图5 摩擦系数随时间变化曲线

F i g .5 F ricti on coeffic i ent of sa m ples R 1and

R 2changed w it h ti m e

3 结 论

利用醋酸镍为母体,1,2-丙二醇为溶剂及还原

剂,分别以吐温-80、聚乙二醇-6000、SDS +聚乙二醇-6000为修饰剂,各自得到海绵体、纤维状、雪花状的多晶纳米镍;利用醋酸镍为母体,水合肼为还原剂,以SDS 为修饰剂,在水体系中得到球形多晶纳米镍.

修饰剂对纳米镍的作用机理在于其化学吸附在纳米镍上,不同基团的C )O )C ,C )O,S O 中的氧分别与纳米镍颗粒表面形成了各具特征的桥氧键,控制了纳米镍的生长,诱导纳米镍按照一定的生长模式生长,使得所制备的纳米镍呈现出一定的形貌.

不同形貌的纳米镍作为15W /40SF 汽油机油添加剂,对其摩擦性能产生不同的影响.海绵体纳米镍增加其摩擦系数,纤维状、雪花状和球形纳米镍降低其摩擦系数,尤其是纤维状纳米镍,其摩擦系数降低了20.6%.

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(责任编辑 宋 旭)

纳米晶镍的导热性能研究

纳米晶镍的导热性能研究 对纳米晶镍的热导率进行了理论计算。通过高压固相烧结金属粉体法制备得到了纳米晶镍薄片，采用激光法测定了不同晶粒尺寸下材料的热导率。测试结果显示，在压力为5GPa，烧结温度从900℃到1200℃时，块体试样的晶粒尺寸从50nm升高到80nm，热导率从71.8W·（m·K）-1升高到75.4W·（m·K）-1。同时文章建立了卡皮查热阻和气体动力学理论相结合的热导率计算模型，模型计算结果与实验数据基本一致：纳米晶镍的导热系数表现出了尺寸效应，随晶粒尺寸的增加而增大。 标签：纳晶镍；热导率；晶粒尺寸；卡皮查热阻；气体动力学 1 概述 微纳晶尺度导热问题一直是研究的热点，热导率、导电率等各项性能都存在明显的尺寸效应[1]。纳米金属镍用途十分广泛，具有优良的磁性、化学稳定性和导电性等特点，在磁记录介质、二次电池、导电涂料、多层陶瓷电容器和化学反应催化剂等方面有广泛的前景。可见对纳米晶镍导热系数的研究具有重大意义。当材料的特征尺寸降低到纳米尺度时，材料内部的粒子输运受到边界散射（还有其他作用）作用的制约，这使得纳米固体的导热特性具有明显的尺寸效应。金属材料中一般晶格振动的能量较小，与晶格波携带的能量相比，电子携带的能量通常也要大很多[2-4]。因此，在金属内部电子是主要载热子，电子对热导率的贡献远远大于声子对热导率的贡献[5]。迄今为止，虽然对纳米晶体材料的导热问题的研究有限，但也取得了一系列成果。2011年，Lu等人对计算纳米孔隔热材料热导率的方法进行了总结，采用热阻串并联的分析方法计算出了纳米孔隔热材料的等效热导率。2013年，Han等人为了研究界面效应对纳米材料热运输的影响，利用格子玻尔兹曼法在二氧化硅材料内模拟二维矩形结构内的声子热运输，最后的结果表明：漫反射界面比镜面反射界面明显降低了热导率，即边界面的粗糙度影响纳米材料的热导率，边界面存在界面效应。随着研究的进一步加深，许多学者对纳晶金属镍的导热性也展开了研究。2011年，Wang建立了两个经验公式来量化纳晶镍导热系数，得出电子散射加强导致导热率降低，并在一定温度内研究了导电率和热导率的关系。2016年，Cho合成了纳米晶镍和金刚石复合成的一种优异力学性能的材料，并对这种材料的热导率进行了研究，得出这种复合材料的最大热导率是200W/MK是纯镍热导率的2.6倍[10]，这种高导热率可以在工程上广泛应用。本文基于一些对纳米晶镍研究的成果上，进一步对那晶镍的热导率进行了深入的研究。 2 理论预测模型 为了更进一步的研究热导率的尺寸效应，本文将气体动力学理论与卡皮查模型相结合模拟结果和实验测试分析对照。在KTG中，电子被视为在单位体积恒定体积中携带着比热容的能量，以费米速度vg跨过距离相等的平均自由路径l 移动[11]。晶格热导率k与平均自由程的关系：

纳米材料的制备方法

1化学气相沉积法 1.1化学气相沉积法的原理 化学气相沉积法(Chemical Vapour Deposition (CVD) )是通过气相或者在基板表面上的化学反应，在基板上形成薄膜。化学气相沉积方法实际上是化学反应方法，因此。用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，而且即使是高熔点物质也可以在很低的温度下制备。 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构料。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。 化学气相沉积法制备纳米碳材料的原理是碳氢化合物在较低温度下与金属纳米颗粒接触时通过其催化作用而直接生成。化学气相沉积法制备碳纳米管的工艺是基于气相生长碳纤维的制备工艺。在研究气相生长碳纤维早期工作中就己经发现有直径很细的空心管状碳纤维，但遗憾的是没有对其进行更详细的研究[4]。直到Iijima在高分辨透射电子显微镜发现产物中有纳米级碳管存在，才开始真正的以碳纳米管的名义进行广泛而深入的研究。 化学气相沉积法制备碳纳米管的原料气，国际上主要采用乙炔，但也采用许多别的碳源气体，如甲烷、一氧化碳、乙烯、丙烯、丁烯、甲醇、乙醇、二甲苯等。在过渡金属催化剂铁钴镍催化生成的碳纳米管时，使用含铁催化剂，多数得到多壁碳纳米管；使用含钴催化剂，大多数的实验得到多壁碳纳米管；过渡金属的混合物比单一金属合成碳纳米管更有效。铁镍合金多合成多壁碳纳米管，铁钴合金相比较更容易制得单壁碳纳米管。此外，两种金属的混合物作为催化剂可以大大促进碳纳米管的生长。许多文献证实铁、钴、镍任意两种的混合物或者其他金属与铁、钴、镍任何一种的混合物均对碳纳米管的生长具有显著的提高作用，不仅可以提高催化剂的性能，而且可以提高产物的质量或者降低反应温度。催化裂解二甲苯时，将适量金属铽与铁混合，可以提高多壁碳纳米管的纯度和规则度。因而，包括像烃及一氧化碳等可在催化剂上裂解或歧化生成碳的物料均有形成碳纳米管的可能。Lee Y T 等[5]讨论了以铁分散的二氧化硅为基体，乙炔为碳源所制备的垂直生长的碳纳米管阵列的生长机理，并提出了碳纳米管的生长模型。Mukhopdayya K等[6]提出了一种简单而新颖的低温制备碳纳米管阵列的方法。该法以沸石为基体，以钴和钒为催化剂，仍是以乙炔气体为碳源。Pna Z W等[7]以乙炔为碳源，铁畦纳米复合物为基体高效生长出开口的多壁碳纳米管阵列。 1.2评价 化学气相沉积法该法制备的纳米微粒颗粒均匀，纯度高，粒度小，分散性好，化学反应活性高，工艺可控和连续，可对整个基体进行沉积等优点。此外，化学气相沉积法因其制备工艺简单，设备投入少，操作方便，适于大规模生产而显示出它的工业应用前景。因此，化学气相沉积法成为实现可控合成技术的一种有效途径。化学气相沉积法缺点是衬底温度高。随着其它相关技术的发展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。化学气相沉积法是纳米薄膜材料制备中使用最多的一种工艺，广泛应用于各种结构材料和功能材料的制备。用化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属，氧化物、氮化物、碳化合物、复合氧化物等膜材料。总之，随着纳米材料制备技术的不断完善，化学气相沉积法将会得到更广泛的应用。

纳米材料制备方法综述

纳米材料制备方法综述 摘要：纳米材料由于其特殊性质，近年来受到人们极大的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日趋成熟。纳米材料的制备方法按物态一般可归纳为气相法、液相法、固相法。目前，各国科学家在纳米材料的研究方面已取得了显著的成果。纳米材料将推动21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展, 对生产力的发展产生深远的影响。 关键字：纳米材料，制备，固相法，液相法，气相法 近年来，纳米材料作为一种新型的材料得到了人们的广泛关注。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，具有表面与界面效应，量子尺寸效应，小尺寸效应和宏观量子隧道效应，因而纳米具有很多奇特的性能，广泛应用于各个领域。为此，本文综述了纳米材料制备的各种方法并说明其优缺点。 目前纳米材料制备采用的方法按物态可分为：气相法、液相法和固相法。 一、气相法 气相法是将高温的蒸汽在冷阱中冷凝或在衬底上沉积和生长低维纳米材料的方法。气相法主要包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD），在某些情况下使用其他热源获得气源，如电阻加热法，高频感应电流加热法，混合等离子加热法，通电加热蒸发法。 1、物理气相沉积（PVD） 在PVD过程中没有化学反应产生，其主要过程是固体材料的蒸发和蒸发蒸气的冷凝或沉积。采用PVD可制备出高质量的纳米材料粉体。PVD可分为制备出高质量的纳米粉体。PVD可分为蒸气-冷凝法和溅射法。 1.1蒸气-冷凝法 此种制备方法是在低压的Ar、He等惰性气体中加热物质（如金属等），使其蒸发汽化, 然后在气体介质中冷凝后形成5-100 nm的纳米微粒。通过在纯净的惰性气体中的蒸发和冷凝过程获得较干净的纳米粉体。此方法制备的颗粒表面清洁，颗粒度整齐，生长条件易于控制，但是粒径分布范围狭窄。 1.2溅射法 用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入Ar气(40～250Pa)，两电极间施加的电压范围为0.3～1.5kv。由于两极间的辉光放电使Ar离子形成，在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面，使靶材原产从其表面蒸发出来形成超微粒子．并在附着面上沉积下来。用溅射法制备纳米微粒有许多优点:可制备多种纳米金属，包括高熔

纳米材料的制备方法及其研究进展

纳米材料的制备方法及其研究进展纳米材料的制备及其研究进展 摘要:综述了纳米材料的结构、性能及发展历史;介绍了纳米材料的制备方法及最新进展;概述了纳米材料在各方面的应用状况和前景;讨论了目前纳米材料制备中存在的问题。 关键词:纳米材料;结构与性能;制备技术;应用前景;研究进展 1 引言 纳米微粒是由数目极少的原子或分子组成的原子群或分子群，微粒具有壳层结构。由于微粒的表面层占很大比重，所以纳米材料实际是晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组合，纳米材料具有大量的界面，晶界原子达15%-50%。 这些特殊的结构使得纳米材料具有独特的体积效应、表面效应，量子尺寸效应、宏观量子隧道效应，从而使其具有奇异的力学、电学、磁学、热学、光学、化学活性、催化和超导性能等特性，使纳米材料在国防、电子、化工、冶金、轻工、航空、陶瓷、核技术、催化剂、医药等领域具有重要的应用价值，美国的“星球大战计划”、“信息高速公路”，欧共体的“尤里卡计划”等都将纳米材料的研究列入重点发展计划;日本在10年纳米微粒的制备方法 1 纳米微粒的制备方法一般可分为物理方法和化学方法。制备的关键是如何控制颗粒的大小和获得较窄且均匀的粒度分布。 1.1 物理方法 1.1.1 蒸发冷凝法

又称为物理气相沉积法，是用真空蒸发、激光、电弧高频感应、电子束照射等方法使原料气化或形成等离子体，然后在介质中骤冷使之凝结。特点:纯度高、结晶组织好、粒度可控;但技术设备要求高。根据加热源的不同有: (1)真空蒸发-冷凝法其原理是在高纯度惰性气氛(Ar,He)下，对蒸发物质进行真空加热蒸发，蒸气在气体介质中冷凝形成超细微粒。1984年Leiter[2]等首次用惰性气体沉积和原位成型方法，研制成功了Pd、Cu、Fe 等纳米级金属材料。1987 年Siegles[3]采用该法又成功地制备了纳米级TiO2 陶瓷材料。这种方法是目前制备纳米微粒的主要方法。特点:粒径可控，纯度较高，可制得粒径为5~10nm的微粒。但仅适用于制备低熔点、成分单一的物质，在合成金属氧化物、氮化物等高熔点物质的纳米微粒时还存在局限性。 (2)激光加热蒸发法是以激光为快速加热源，使气相反应物分子是利用高压气体雾化器将-20~-40OC的氦气和氩气以3倍于音速的速度射入熔融材料的液流是以高频线圈为热源，使坩埚是用等离子体将金属等的粉末熔融、蒸发和冷凝以获得纳米微粒。特点:微粒纯度较高，粒度均匀，是制备氧化物、氮化物、碳化物系列、金属系列和金属合金系列纳米微粒的最有效的方法，同时为高沸点金属纳米微粒的制备开辟了前景。但离子枪寿命短、功率小、热效率低。目前新开发出的电弧气化法和混合等离子体法有望克服以上缺点。 (6)电子束照射法1995年许并社等人[4]利用高能电子束照射母材，成功地获 得了表面非常洁净的纳米微粒，母材一般选用该金属的氧化物，如用电子束照射 Al2O3 后，表层的Al-O 键被高能电子“切断”，蒸发的Al原子通过瞬间冷凝，形核、长大，形成Al的纳米微粒，但目前该方法获得的纳米微粒限于金属纳 米微粒。 1.1.2 物理粉碎法

镍铁氧体纳米晶的制备及电磁性能研究(精)

收稿日期:2006206228 基金项目:辽宁省自然科学基金资助项目(2040189)? 作者简介:马瑞廷(1968-),男,辽宁沈阳人,东北大学博士研究生,沈阳理工大学讲师;田彦文(1946-),女,辽宁沈阳人,东北大 学教授,博士生导师? 第28卷第6期2007年6月东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern University (Natural Science )Vol 128,No.6J un.2007 镍铁氧体纳米晶的制备及电磁性能研究 马瑞廷1,田彦文1,毕韶丹2,张春丽2 (1.东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳　110004; 2.沈阳理工大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳　110168) 摘 要:通过高分子凝胶法制备了尖晶石型镍铁氧体(NiFe 2O 4)纳米晶?采用FT 2IR ,X 射线,TEM 和波导等方法对产物以及产物的电磁性能进行了表征?结果表明,干凝胶为无定型状态,当煅烧温度高于400℃时,形成纯相的尖晶石型纳米晶?煅烧温度为400,600和800℃时,由透射电镜照片可知粉体平均粒径分别约为8,25和40nm ,红外光谱显示金属-氧离子(M —O )键的特征吸收峰出现了红移,该峰红移23cm -1;纳米晶在8～12GHz 的测试频率范围内具有介电损耗与磁损耗,随着热处理温度的升高,镍铁氧体纳米晶的介电损耗和磁损耗明显增大?关　键　词:高分子凝胶法;纳米晶体;镍铁氧体;电磁性能;制备中图分类号:TB 383 文献标识码:A 文章编号:100523026(2007)0620847204 Preparation of N anocrystalline Nickel Ferrite and Its E lectrom agnetic Properties M A R ui 2ti ng 1 ,TIA N Y an 2wen 1 ,B I S hao 2dan 2 ,ZHA N G Chun 2li 2 (1.School of Materials &Metallurgy ,Northeastern University ,Shenyang 110004,China ;2.Materials Science &Engineering College ,Shenyang Ligong University ,Shenyang 110168,China.Corres pondent :MA Rui 2ting ,E 2mail :mrt 21118@https://www.wendangku.net/doc/f51111637.html, ) Abstract :Nanocrystalline nickel ferrite was prepared by polyacrylamide gel ,taking acrylamide as monomer and N ,N 2methylenediacrylamide as lattice agent.F T 2IR spectrometer ,XRD ,TEM and waveguide were used to characterize the gel ,products and their electromagnetic properties after calcining.XRD patterns showed that the dried gel is amorphous ,the spinel nickel ferrite formed at not lower than 400℃.The grain sizes and M —O characteristic absorption bonds are dependant on heat treatment temperature.When the calcining temperatures are 400,600and 800℃,the grain sizes are 8,25and 40nm ,respectively ,as identified by TEM.The F T 2IR spectra illustrated that the M —O characteristic absorption bonds shift from 590cm -1to 613cm -1.The nanocrystalline presents not only dielectric loss but magnetic loss in the frequency range of measurement ,and both the losses of spinel 2type nanocrystalline increases obviously with increasing heat treatment temperature. K ey w ords :polyacrylamide gel ;nanocrystalline ;nickel ferrite ;electromagnetic property ;preparation 尖晶石型铁氧体的晶体结构属于立方晶系(氧原子为面心立方密堆积),它与天然矿物尖晶石MgAl 2O 4的结构相同?反向尖晶石型NiFe 2O 4纳米晶作为一种各向异性的软磁性材料,具有较高的居里温度和饱和磁化强度,这些特性源于其独特的结构,在反向尖晶石型NiFe 2O 4晶体中,Fe 3+占据四面体的位置,Ni 2+占据八面体的位 置,二者非平行旋转产生了较强的磁力矩[1]?因 此被广泛地应用在高频磁记录、磁共振装置、传感器[2]和电磁波吸收材料[3]等领域?目前,纳米晶NiFe 2O 4的制备方法主要有:共沉淀方法[4],回流 法[5]和电子脉冲法[6]等?这些方法有的可以得到较细的粉体,但对设备要求高,难以大规模生产;有的需要较高的热处理温度,且难以解决纳米粒子的团聚问题? 高分子凝胶法利用丙烯酰胺自由基聚合反

纳米材料的主要制备方法

本科毕业论文 学院物理电子工程学院 专业物理学 年级 2008级 姓名贾学伟 设计题目纳米材料的主要制备方法 指导教师闫海龙职称副教授 2012年4月28日 目录 摘要 (1) Abstract (1) 1 引言 (1) 1.1纳米材料的定义 (1) 1.2纳米材料的研究意义 (2) 2 纳米材料的主要制备方法 (3) 2.1化学气相沉积法 (3) 2.2溶胶－凝胶法 (5) 2.3分子束外延法 (6) 2.4脉冲激光沉积法 (8) 2.5静电纺丝法 (9) 2.6磁控溅射法 (11) 2.7水热法 (12)

2.8其他制备纳米材料的方法 (13) 3 总结 (14) 参考文献 (14) 致谢 (15)

纳米材料的主要制备方法 学生姓名：贾学伟学号： 学院：物理电子工程学院专业：物理学 指导教师：闫海龙职称：副教授摘要：纳米材料由于其特殊的性质，近年来引起人们极大的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日趋成熟。本文主要介绍了纳米材料的制备方法,其中包括化学气相沉积法、溶胶—凝胶法、分子束外延法、脉冲激光沉积法、静电纺丝法、磁控溅射法、水热法等。在此基础上,分析了现代纳米材料制备方法的发展趋势。纳米技术对21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展有重要影响,对生产力的发展有重要作用。 关键词：纳米；纳米材料；纳米科技；制备方法 The preparation method of nanomaterials Abstract：Nanomaterials are attracting intense in recent years. With the development of nanotechnology, nanomaterials preparation method has been more and more mature. The preparation methods sush as, chemical vapor deposition method, molecular beam epitaxy, laser pulse precipitation, sintering, hydrothermal method, sol-gel method are introduced in this paper. New development trend of preparation methods are analysed. N anomaterials will promote the development of IT, medicine, environment, automation technology and energy science, and will have a great influenced on productive in the 21st century. Key words：nanometer；na nomaterials；nanotechnology；preparation 1 引言 1.1纳米材料的定义 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，这大约相当于10-100个原子紧密排列在一起的尺度[1]。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切，当小粒子尺寸进入纳米量级时，其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性，使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值[2]。

常见纳米材料的制备技术

东华大学研究生课程论文封面 教师填写： 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的课程论文，是本人独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 注：本表格作为课程论文的首页递交，请用水笔或钢笔填写。

常见纳米材料的制备技术 1 概述 纳米材料是指材料的任何至少有一个维度的尺寸小于100nm或由小于100nm的基本单元组成的材料，广义来讲，数百纳米的尺度亦可称为纳米材料。由于纳米尺寸的物质具有与宏观物质所迥异的表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应和量子限域效应，因而纳米材料具有异于普通材料的光、电、磁、热、力学、机械等性能，纳米材料的性能往往由量子力学决定。按照纳米材料的空间形态可以将其分为4类：三维尺寸均为纳米量级的纳米粒子或人造原子被称为零维纳米材料；纳米纤维为一维纳米材料；纳米膜（片、层）可以称为二维纳米材料；而有纳米结构的材料可以称为三维纳米材料。目前只有纳米粉末实现了工业化生产（如碳酸钙、氧化锌等），静电纺纳米纤维的产量能够满足实验的需求，其它纳米材料基本上还处于实验室研究阶段[1]。 2 常见的纳米材料 2.1 零维纳米材料 指空间中三个维度的尺寸均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒、原子团簇等。纳米球全称“原子自组装纳米球固体润滑剂”，是具有二十面体原子团簇结构的铝基合金，是一种新型纳米/非晶合金固体抗磨自修复剂，采用急冷方法制备抗磨剂粉体，在合金从液体到固体的凝固过程中，形成纳米晶/非晶的复合结构，利用粒度控制的方法对抗磨剂粉末进行超微细化处理而成。该材料具有高硬度、高强度，并具有一定的韧性等性能，在多种减摩自修复机制的综合作用下呈现优良的减摩和抗磨性能，可以起到节省燃油、修复磨损表面、增强机车动力、降低噪音、减少污染物排放、保护环境的作用。 2.2 一维纳米材料 一维纳米材料指空间中有二维处于纳米尺度的材料，如纳米纤维、纳米棒、碳纳米管等。 静电纺纳米纤维是目前唯一一种能够连续制备纳米纤维的技术，它是利用高压电场力将纤维从导电溶液中抽拔出来，在抽拔过程中纤维被拉伸变细、溶剂挥

半导体纳米晶

第一章绪论 近数十年以来,纳米科学技术得到了极为迅速的兴起和发展,并越来越受 到各界科学家和科研工作者的关注,逐渐成为目前最为活跃的前沿学科领域之 一。最近几年来,由于不断深入的理论支持研究和各种各样的制备与表征手段 的改进发展,以及扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等高 端测试仪器的广泛使用,纳米材料的许多奇异的性质逐渐显露在人们面前,展 现出它在化工环保方面、医药健康方面、电子信息方面、能源动力方面等诸多 方面的广阔的应用前景,纳米科学技术已经发展成为21世纪的占据主导地位的 新型技术之一。 1.1半导体纳米晶简介 纳米材料,又常常被人们所称之为纳米结构材料,我们一般可以从两个不 同的角度和方面,对该材料进行定义:从第一方面来说,当一种材料的尺寸, 处于纳米的尺度范围内,即1到100纳米之间,并且在三维空间中,至少在一 个维度上是这样的;从另外一个方面来看,该材料因为其物理尺度上尺寸的减 小,从而使该材料与之对应的物理性能和化学性质,相对于同材料的块体材料 而言,发生了显著变化。其实,从十九世纪60年代,"胶体化学"诞生的时期 开始,许多的科学工作者便开始了对纳米材料的探讨和研究,只是在那时,尺 寸为一到一百纳米的弥散粒子,被称之为胶体。而纳米科学技术的正式提出, 是直到二十世纪的1959年时,在美国的物理学会曾经一次召开的会议上[1]。之后,扫描隧道电子显微镜(STM),在1982年时,被G. Buning和H. Robrer所发 明创造出来了。由于扫描隧道电子显微镜(STM)的出现和使用,使人们能够在纳 米的尺度范围内,直接的观察和操纵原子的功能得到了实现,而该项发明也极 大的推动了纳米科学技术的快速的发展与兴起。综上所述,纳米科学技术的研 讨和探究,使人们能够通过直接的作用于原子和分子的排布,从而创造出具有 全新的功能性新物质,并且,这将同时、同样的标志着,人类改造自然的能力 己经拓展到了原子和分子的水平[1]。 纳米材料中,纳米晶材料是不可忽视的一员。当一种金属或半导体的颗粒 粒度半径小于该材料的激子的玻尔半径时,我们将之称为纳米晶体材料.通常 情况下,对于半导体材料而言,我们也习惯将之称之为半导体纳米颗粒,或者 半导体纳米晶。在过去,很多时候也曾存在着纳米量子点、纳米超微粒、纳米 量子球或者纳米微晶等等各种不同的称呼和定义[2]。由于纳米晶材料拥有比较特殊的结构、异于寻常的物理性能和化学性质,所以,在今天,纳米晶材料在光 电器件生产应用领域、生物医药生产应用领域、信息技术生产应用领域以及化 工生产应用领域等诸多方面都具有着非常重要的、不可小觑的应用前景,而越 来越多的广大科学工作者也对其显现出极大的科研兴趣,纳米晶材料已经成为 物理领域、化学领域、生物领域和材料等领域的研究热点之一。时至今日,已 研究的纳米晶材料,涵盖了磁性型纳米晶材料(Co, Fe304)、贵金属型纳米晶材 料(Au, Pt)、半导体型纳米晶材料(CdSe, ZnS)、金属单质型纳米晶材料(Fe, Ni) 和氧化物型纳米晶材料(Ti02, Zr02)等诸多类型。在以上诸多类型的材料之中, 半导体纳米晶材料,也可以被称之为半导体量子点材料,在众多纳米材料中, 尤为引起诸多科研工作者的注意。迄今为止,经过诸多科学家的努力,己经成 功的制备出了各种形貌的半导体纳米材料,其中包括半导体纳米点型材料、半 导体纳米带型材料、半导体纳米线型材料、半导体纳米管型材料、半导体纳米 薄层型材料等等,通过各种验证,发现了半导体纳米材料的、许多的、与常规

(完整版)纳米材料的制备技术及其特点

纳米材料的制备技术及其特点 一纳米材料的性能 广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性[ 1 ] ,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切[ 2 ] [ 3 ] 。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。 二纳米材料的制备方法 纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法 物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。 粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。 惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。 溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。 等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中通过直流放电使气体电离产生高温等离子体,从而使原料溶化和蒸发,蒸汽达到周围的气体就会被冷凝或发生化学反应形成超微粒。 2 化学制备方法 化学法是指通过适当的化学反应, 从分子、原子、离子出发制备纳米物质,它包括化学气相沉积法[5][6]、化学气相冷凝法、溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法、冷冻干燥法等。化学气相沉积(CVD)是迄今为止气相法制备纳米材料应用最为广泛的方法,该方法是在一个加热的衬底上,通过一种或几种气态元素或化合物产生的化学元素反应形成纳米材料的过程,该方法主要可分成热分解反应沉积和化学反应沉积。该法具有均匀性好,可对整个基体进行沉积等优点。其缺点是衬底温度高。随着其它相关技术的发展,由此衍生出来的许多新技术,如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积门、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。

纳米材料的制备方法

纳米材料的制备方法 1 纳米材料 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的晶体，非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，这大约相当于10-100个原子紧密排列在一起的尺度[1]。 纳米材料大致可分为纳米粉末（零维），纳米纤维（一维），纳米膜（二维），纳米块体（三维），纳米复合材料，纳米结构等六类。[2] 纳米材料的物理化学性质不同于微观原子、分子，也不同于宏观物体，纳米介于宏观世界与微观世界之间。纳米材料的特殊结构使得它具有特殊的力学、磁学、光学等特殊的性能。这些有益的性能让纳米材料的研究空前火热。现在，纳米材料已经广泛应用于工业和民用领域。比如纳米疏水涂料可以用来制成衣服、汽车玻璃膜等，这样衣服不会湿，汽车玻璃也不会在下雨天模糊了；再如纳米吸波材料，可以作为隐身战机的涂层，配合特殊的气动布局能使战机的雷达反射面积减小到几平方厘米。 2纳米材料的制备方法 2.1 溶胶凝胶法 溶胶-凝胶法是以无机物或金属醇盐做前驱体，在液相将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化，胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。可在低温下制备纯度高、粒度尺寸均匀的纳米材料。 在制备过程中无需机械混合，不易掺入杂质，产品纯度高。由于在溶胶-凝胶过程中，溶胶由溶液制得，化合物在分子级水平混合，因此胶粒内及胶粒间的化学成分完全一致，化学均匀性好;颗粒细，胶粒尺寸小于0.1μm；工艺、设备简单。 余家国等[3]用该法制备了锐钛矿型TiO2纳米粉体，甲基橙水溶液的光催化降解实验表明，TiO2纳米粉体的光催化活性明显高于普通TiO2粉体。

三维纳米材料制备技术综述

三维纳米材料制备技术综述 摘要：纳米材料的制备方法甚多。目前，制备纳米材料中最基本的原则有二：一是将大块固体分裂成纳米微粒；二是由单个基本微粒聚集，并控制聚集微粒的生长，使其维持在纳米尺寸。本文主要介绍纳米材料分类和性能，同时介绍了一些三维纳米材料的制备方法，如水热法、溶剂热法和微乳液法。 关键词：纳米材料；纳米器件；纳米阵列；水热法；溶剂热法；微乳液法 1.引言 随着信息科学技术的飞速发展，人们对物质世界认识随之也从宏观转移到了微观，也就是说从宏观的块体材料转移到了微观的纳米材料。所谓纳米材料，是材料尺寸在三维空间中，至少有一个维度处于纳米尺度范围的材料。如果按照维度的数量来划分，纳米材料的的种类基本可以分为四类：（1）零维，指在空间中三维都处在纳米尺度，如量子点，尺度在纳米级的颗粒等；（2）—维，指在空间中两个维度处于纳米尺度，还有一个处于宏观尺度的结构，例如纳米棒、纳米线、纳米管等；（3）二维，是指在空间中只有一个维度处于纳米尺度，其它两个维度具有宏观尺度的材料，典型的二维纳米材料具有层状结构，如多层膜结构、一维超晶格结构等；（4）三维，即在空间中三维都属于宏观尺度的纳米材料，如纳米花、纳米球等各种形貌[1]。 当物质进入纳米级别，其在催化、光、电和热力学等方面都出现特异性，这种现象被称为“纳米效应”。纳米材料具有普通材料所不具备的3大效应：（1）小尺寸效应——其光吸收、电磁、化学活性、催化等性质发生很大变化；（2）表面效应——在催化、吸附等方面具有常规材料无法比拟的优越性；（3）宏观量子隧道效应，例如纳米微粒表现出令人难以置信的奇特的宏观物理特性，如高强度和高韧性，高热膨胀系数、高比热容和低熔点，异常的导电率和磁化率，极强的吸波性,高扩散性，以及高的物理、化学和生物活性等[2]。 纳米科学发展前期，人们更多关注于一维纳米材料，并研究其基本性能。随着纳米科学快速发展，当今研究热点开始转向以微纳结构和纳米结构器件为方向的对纳米阵列组装体系的研究。以特定尺寸和形貌的一维纳米材料为基本单元，采用物理和化学的方法在两维或三维空间内构筑纳米体系，可得到包括纳米阵

纳米晶控制合成及形成机制研究

化工学院博士、硕士研究生参加学科前沿讲座登记表 第4次学科前沿讲座 学号姓名专业化学工程导师报告人姓名报告时间：2011年12月15日 学科前沿讲座题目纳米晶控制合成及形成机制研究 主要内容及本人见解及收获： 主要内容： 材料化学是材料科学的一个重要分支学科，在新材料的发现和合成，纳米材料制备和修饰工艺的发展以及表征方法的革新等领域所作出了的独到贡献。 随着材料科技的发展和需求，基于对晶体成核及合成认识的不断深入，纳米晶材料已经开始引起广泛的关注。纳米晶材料就是指纳米大小级别的晶体材料。纳米晶是最好的住宅用软水机之一，尤其在用户家里没有下水预留，传统软水机无法使用的区域，不能使用盐水的或者盐含量本身就超的水中，派斯纳米晶更是不二的选择。 纳米晶的技术原理是TAC (Template Assisted Crystallization)技术，即离子晶体化技术，就象火山喷发时产生的能量会形成水晶和钻石一样，纳米晶高能量聚合球体上的原子级晶核产生的能量能把水中的钙、镁、碳酸氢根离子转变成晶体，它们不溶于水不沉于水底，肉眼看不着，飘于水中；同时通过纳米晶高能聚合球体的水中也含有巨大能量，能够把管道内壁上和开水炉中已有生垢溶解排出，提高水的通量和热效率。 王训教授系统地讲述了单分散纳米晶成核、生长机制，单分散纳米晶取向生长中的尺寸效应、表面重构效应等，在此基础上获得了零维至一维连续可调的单分散SnO2量子线、贵金属异质结纳米线等新颖结构；发现对团簇结构的控制是合成三氧化钼单壁纳米管、单分散无机富勒烯的关键因素，实现了二维、三维空间可控生长。通过控制团簇表面性质、结构及尺寸，实现液相条件下不同维度生长模式，揭示纳米晶成核、生长机理，为纳米材料合成方法学的发展提供新的思路。 聆听讲座，通过图片观察纳米晶形成的过程，感受新兴科技的奇妙，通过纳米晶具体生动的应用实例，体会科技对人们生产生活的重大作用。任何科学技术的兴起，均是对现有危机和需求的适应，因此我们在科研过程中要坚持理论联系实际，依据人们工作和生活的需要，不断创新思想，完善思路。 本人见解及收获： 作为在校研究生，我要珍惜现在的学习科研资源，坚持理论联系实际，将来将自己所学贡献到科研事业，改善人民的生活。 导师意见签字 年月日

一维纳米材料的制备概述

学年论文 ` 题目：一维纳米材料的制备方法概述 学院：化学学院 专业年级：材料化学2011级 学生姓名：龚佩斯学号：20110513457 指导教师：周晴职称：助教

2015年3月26日 成绩 一维纳米材料制备方法概述 --气相法、液相法、模板法制备一维纳米材料 材料化学专业2011级龚佩斯 指导教师周晴 摘要：一维纳米材料碳纳米棒、碳纳米线等因其独特的用途成为国内外材料科学家的研究热点。然而关于如何制备出高性能的一维纳米材料正是各国科学家所探究的问题。本文概述了一维纳米材料的制备方法：气相法、液相法、模板法等。 关键词：一维纳米材料；制备方法；气相法；液相法；模板法 Abstract: the nanoscale materials such as carbon nanorods and carbon nanowires have become the focus of intensive research owing to their unique applications. but the question that how to make up highqulity one-dimentional nanostructure is discussing by Scientists all around the world. This parper has reviewed the preparation of one dimention nanomaterials ,such as vapor-state method, liqulid -state method ，template method and so on. Key words: one-dimention nanomaterials ; preparatinal method ; vapor-state method liqulid-state method ; template method 纳米材料是基本结构单元在1nm ~100nm之间的材料，按其尺度分类包括零维、一维、二维纳米材料。自80年代以来，零维纳米材料不论在理论上和实践中均取得了很大的进展；二维纳米材料在微型传感器中也早有应用。[1]一维纳米材料因其特殊的结构效应在介观物理、纳米级结构方面具有广阔的应用前景，它的制备研究为器件的微型化提供了材料基础。本文主要概述了近年来文献关于一维纳米材料的制备方法。 1 一维纳米材料的制备方法 近几年来，文献报导了制备一维纳米材料的多种方法，如溶胶-凝胶法、气相-溶液-固相法、声波降解法、溶剂热法、模板法、化学气相沉积法等。然而不同制备方法的纳米晶体生长机制各异。本文按不同生长机制分类概述，主要介绍气相法、液相法、模板法三大类制备方法。 1.1 气相法 在合成一维纳米结构时,气相合成可能是用得最多的方法。气相法中的主要机

纳米材料的制备及应用

本科毕业论文(设计) 题目：纳米材料的制备及应用 学院：物理与电子科学学院 班级： XX级XX班 姓名： XXX 指导教师： XXX 职称： 完成日期： 20XX 年 X 月 XX 日

纳米材料的制备及应用 摘要:近几年来，由于纳米材料有众多特殊性质，人们越来越关注纳米材料。科技的迅猛发展使纳米材料的制备变得更加成熟。本论文讲述纳米材料的制备，以及纳米技术在将来的应用。 关键词：纳米材料物理方法化学方法应用前景

目录 引言 (1) 1.纳米材料的物理制备方法 (1) 1.1物理粉碎法 (1) 1.2球磨法 (2) 1.3.蒸发—冷凝法 (2) 1.3.1.激光加热蒸发法 (2) 1.3.2.真空蒸发—冷凝法 (4) 1.3.3.电子束照射法 (4) 1.3.4.等离子体法 (5) 1.3.5.高频感应加热法 (5) 1.4.溅射法 (6) 2.纳米材料的化学制备方法 (7) 2.1化学沉淀法 (8) 2.2化学气相沉积法 (8) 2.3化学气相冷凝法 (10) 2.4溶胶--凝胶法 (10) 2.5水热法 (11) 3.纳米材料的其他制备方法 (12) 3.1分子束外延法 (12) 3.2静电纺丝法 (13) 4.纳米材料的应用前景 (14) 5.总结 (14) 参考文献 (15) 致谢 (16)

引言 纳米材料是指任一维空间尺度处于1—100nm之间的材料。它有着不同寻常的性质，如小尺寸效应可引起物理性质的突变，从而具有独特的性能；量子尺寸效应和表面与界面效应使其具有了一般大颗粒物不具备的性质，如对红外线、紫外线有很强的反射作用，应用到纺织品中有抗紫外线，隔热保温作用。纳米材料的这些特性使其在化工、物理、生物、医学方面都有非常重要的价值]1[。多年以来，通过科学家们的潜心研究，使纳米材料在其制备及其应用中得到了很大的发展。纳米材料将逐渐进入人们的日常生活，并将成为未来新工业革命的必备材料。 1.纳米材料的物理制备方法 1.1物理粉碎法 物理粉碎法就是用机械粉碎和电火花爆炸等方法得到纳米微粒]2[。此方法操作简单，成本较低，但得到的纳米微粒纯度不高，分布也不均匀。 图1. 机械粉碎法仪器图

WC-Co纳米晶的制备

粉体工程课程设计 WC-Co纳米晶的制备 吉林大学 材料学院 420902班 组长：张少林 组员：曹甫、朱欢、陈恺、李梦欣

硬质合金中WC-Co纳米晶的制备 摘要本文综述了WC-Co纳米晶硬质合金的特点和发展历程、现状 及应用领域，重点介绍了WC-Co纳米晶的制备方法及工艺，提出了 一种新的WC-Co纳米晶粉末的制备方法，介绍了一些最新的科技成果，并对其发展前景作出了展望。 前言在所有的硬质合金中,碳化钨(WC) 占据着相当突出的地位,约 98 %以上的硬质合金中都含有WC ,其中50 %以上是纯的WC-Co合金[1]。纳米硬质合金是以纳米级的WC 粉末为基础原料,在添加适当粘 结剂和晶粒长大抑制剂的条件下,生产出的具有高硬度、高强度、高 韧性的硬质合金材料,其性能比常规硬质合金明显提高,广泛应用于精 加工难切削材料切削刀具、精密模具、电子行业微型钻头、矿山工 具、耐磨零件等领域[2]。在烧结硬质合金领域，相对于传统的粗晶 硬质合金，超细和纳米晶粒组织的硬质合金块体材料具有更高的硬 度、耐磨性、抗弯强度和韧性 [3]。近年来国内伴随着汽车工业、制 造业和建筑行业的大幅度发展，必将大量需求高性能的超细晶乃至 纳米晶硬质合金材料,因此WC-Co纳米晶的制备就成了关键。 WC-Co纳米晶的研究意义及应用 主要应用领域有如下几方面： 微切削加工：典型的产品是用于印刷电路板加工的微型钻头， 预计2005年微型钻头的需求数量达500x106，需要2O00吨超细合金。 2000年微型钻的平均晶粒度约为0.4μm，而2005年达到0.2μm，硬

度达2000HV30以上，而C样的抗弯强度性能达到5000MPa以上。可靠 的刃口抗崩刃性能和抗磨损性能是印刷电路板微型钻的技术关键， 只有WC晶粒度在0.4μm以下的合金才能有效的满足这种要求。 金属切削：在过去的10年～15年硬质合金切削工具市场得到了 较快的增长，主要是亚微米晶粒尺寸以下硬质合金切削工具的增长。金属切削工具主要包括钻铰孔刀具、端铣刀具、车削刀片。钻铰孔 刀具亚微米晶粒硬质合金用量占亚微米晶粒硬质合金总产量的50％，一般使用WC晶粒为0.8μm，Co含量为10％的硬质合金，这种牌号的 合金具有硬度，断裂韧性和磨损性能的良好结合，PVD涂层则对提高 合金的扩散磨损和氧化磨损能力以及刀尖的粘着磨损能力起了关键 作用。0.5μm合金在摩擦磨损失效形式为主时，可提高工具寿命50％，在其他失效形式下，工具寿命提高很少，或不会提高。当钻 头直径小到3mm以下时，特别是对于有内冷却孔的钻头，断裂强度成 为关键，采用0.5μm合金具有优势。端铣刀具的基体常使用WC晶粒 度大于0.8μm的硬质合金基体。最近的研究表明，对于精铣或半精 铣淬硬的模具钢，采用WC晶粒度小于0.5μm的硬质合金基体可显著 提高铣刀的寿命。更细晶粒硬质合金可使铣刀刃口磨得更加锋利， 且能够较长时间保持刃口的锐度。对于软钢或不锈钢的粗铣，通常 采用特殊结构的排屑槽以减小铁屑的宽度，使排屑更容易。这种特