氧化锆纳米粉体的制备及其烧结性能研究

氧化锆纳米粉体的制备及其烧结性能研究

目录

第1章前言 (1)

1.1纳米材料概述 (1)

1.2纳米氧化锆及其陶瓷材料概述 (2)

1.2.1二氧化锆的结构与性质 (2)

1.2.2氧化锆纳米材料的研究进展 (5)

1.2.3纳米氧化锆粉体的制备 (6)

1.2.4氧化锆陶瓷材料的成型 (9)

1.2.5氧化锆陶瓷的烧结 (10)

1.2.6纳米氧化锆及其陶瓷的应用 (12)

1.3本课题研究目的及主要研究内容 (14)

1.3.1课题研究目的 (14)

1.3.2课题研究内容 (14)

第2章实验材料及方法 (16)

2.1实验试剂与仪器 (16)

2.2粉体制备实验步骤与流程 (17)

2.2.1实验步骤 (17)

2.2.2实验流程 (18)

2.3氧化锆陶瓷试样的制备 (20)

2.4纳米氧化锆粉体的测试与表征手段 (20)

2.4.1物相组成（X射线衍射）分析 (21)

2.4.2热重-差热(TG-DTA)分析 (21)

2.4.3红外光谱(FT-IR)分析 (21)

2.4.4形貌(TEM)分析 (22)

2.5烧结试样的性能测试 (22)

2.5.1密度的测定 (22)

2.5.2收缩率的测定 (22)

2.5.3抗弯强度的测定 (23)

2.5.4显微结构分析 (23)

第3章氧化锆纳米粉体合成工艺条件的研究与机理分析 (24)

3.1常压水热法制备氧化锆纳米粉体 (24)

3.1.1实验内容 (24)

3.1.2实验结果与讨论 (25)

3.2有机网络凝胶法制备ZrO2纳米粉体 (34)

3.2.1实验内容 (34)

3.2.2实验原理 (34)

3.2.3实验结果与讨论 (35)

3.3本章小结 (46)

第4章氧化锆纳米粉体的烧结性能研究 (47)

4.1烧结试样的密度测试与分析 (48)

4.2烧结试样收缩率的测试与分析 (50)

4.3烧结试样的抗弯强度测试与分析 (51)

4.4烧结试样的显微结构测试与分析 (52)

4.5本章小结 (57)

第5章结论 (58)

参考文献 (59)

致谢 (63)

攻读硕士期间发表论文及专利情况 (65)

第1章前言

材料的开发与应用在人类社会的发展历程中起着非常关键的作用，另一方面，技术决定材料及由材料形成的器件、装置的性能和应用，从而推动人类社会的飞速发展。材料与信息、能源作为当代科学技术领域的三大支柱而广受关注，尤其是起奠基石作用的材料研究，而能源技术与信息科技的发展迫切需要材料技术的支持。随着科学技术的发展和人类对自然规律认识的进步，材料组成与性能的深入研究正面临着更高要求的挑战，在社会发展的每一阶段，新材料的发现和使用都标志着人类支配和改造自然的能力达到了一个新的高度，标志着人类社会文明程度的提高[1]。人类将依据主观想法随意操纵单个原子与分子的设想由著名物理学家、诺贝尔奖获得者Richard Feynman于1959年首次提出[2]，这便预言了纳米科技的出现只是时间问题；我国著名科学家钱学森1991年也曾预言，纳米及纳米尺寸级别的结构将会引领科技发展进入下一重要发展阶段，同时带来21世纪的一次产业技术革命，从而使人类社会进入一个全新的科技时代[3]。毋庸置疑，科学家们早期的预言在今天纳米科技的发展水平及其在各高新领域的应用中已经逐步得到了证实。在科技与信息迅猛发展的新世纪，纳米材料技术以其显著不同于单个分子和体材料的独特性质以及其在电子学、化工、光学、陶瓷、生物和医药等领域的重要研究价值，引起了世界各国学者的广泛关注，因而纳米材料被誉为“二十一世纪最有前途的材料”[4]。

1.1纳米材料概述

纳米科技(Nano-ST)是上世纪80年代中期、90年代末迅速发展起来的崭新的前沿科研领域，其基本涵义是在纳米尺寸(10-9-10-7m)范围内认识和改造自然。纳米科技主要研究电子、原子、分子的运动规律和特性，进而在纳米尺度范围内研究物质所具有的性质、功能及应用的高新科学技术，其最终目标是人类能够按照自己的意志直接操纵和排列原子、分子，进而组装得到具有特定功能的产品[5]。

纳米材料的尺度是介于原子簇与宏观物体之间的过渡区域，所以其物理、化学性质既区别于微观的原子、分子，也与宏观物体不同。当宏观物质被加工到纳米尺度时，其表面的电子结构和晶体结构随之发生变化，具有了宏观物质

自身所不具备的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等[6]，造成其光学、电学、热学和磁学等一系列性质相应地发生显著变化。

狭义的纳米技术是以纳米科学为基础制造新材料、新器件，并作为研究新工艺的方法和手段，即研究结构尺度在1-100nm范围内材料的性质及其应用。目前，随着纳米科技的发展，纳米材料有了更广阔的范畴。广义的纳米材料是指在三维空间内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材料。所以依照维数，纳米材料的基本单元可列为三种[7]：(1)零维，指空间三维尺度均处于纳米级，如纳米颗粒、原子团簇等；(2)一维，即空间中的两维处于纳米级，如纳米丝、纳米管和纳米棒等；(3)二维，指三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜、超晶格和多层膜等。由于这些基本单元具有量子的性质，所以对零维、一维和二维的单元分别又称为量子点、量子线和量子阱。

纳米科技的研究领域主要包括：(1)纳米物理学；(2)纳米化学；(3)纳米材料学；(4)纳米生物学，这4个研究体系是相对独立的，其中纳米材料科学作为材料科学的一个新的分支因其理论研究意义和应用前景巨大而成为科学研究的前沿领域。随着纳米材料的不断深入发展，纳米科学研究的内涵逐渐扩大，其研究概念也随之更新，纳米材料科学的研究任务主要包括[8-9]：系统的研究纳米材料的组成、性能与微观结构的内在联系，通过与常规块体材料对比，从而找出纳米材料的内在规律，进而完善和发展纳米科学体系；另一方面是开发新型纳米材料及纳米器件。

1.2纳米氧化锆及其陶瓷材料概述

氧化锆是一种十分重要的结构和功能材料，具有优异的物理和化学性能，比如高熔点(2700℃)和高沸点、导热系数小、热膨胀系数大、耐高温和耐磨性好、抗蚀性能优良等，是一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀的无机非金属材料。自从氧化锆相变增韧陶瓷材料首次被发明并加以利用以来，科学家对其进行深入的研究、开发与应用热潮更是发展到了一发不可收拾的地步，进一步促进了氧化锆在各个工业及技术领域的广泛应用。氧化锆作为陶瓷材料、功能材料和耐高温材料的重要原料而引起了世界各国的高度重视[10]。

1.2.1二氧化锆的结构与性质

ZrO2的分子量为123.22，熔点2680℃，沸点4275℃。高纯ZrO2呈白色，

较纯的则呈现出灰色或黄色。立方晶型氧化锆属于萤石型的结构，空间群为Fm3m ，如图1-1所示，Zr 4+所构成的面心立方点阵刚好占据了八面体一半的空隙，而O 2-则占据着面心立方点阵所有的4个四面体空隙。

图1-1 ZrO 2的萤石型结构

Fig 1-1 Fluorite framework of ZrO 2 一般认为氧化锆(ZrO 2)是一个多晶相体系，在常压下共有三种晶型：单斜(Monoclinic) 氧化锆(m-ZrO 2)、四方(Tetragonal)氧化锆(t-ZrO 2)以及立方(Cubic)氧化锆(c-ZrO 2)。如图1-2所示ZrO 2的3种同质变体，四方氧化锆相当于萤石结构沿着c 轴伸长而变形的晶体结构，空间群为P42/nmc ；单斜氧化锆晶体则可以看作四方晶沿着β角偏转一个角度而构成的，空间群为P21/c 。三种晶型的相互转化、存在的温度范围及密度则如下所示：

上述转化过程是可逆的相转变，常温下氧化锆只能以单斜相存在。这些晶型转变会引起极大的体积效应，如在加热过程中，单斜晶向四方晶转变，对应体积收缩7-9%；在冷却时，其变化正好与前者相反；同时四方相向立方相的转变也会出现类似的情况。另一方面由于其导热系数小，热膨胀系数大，使得纯ZrO 2的抗热震性能极差而无法直接使用，因此必须对纯ZrO 2进行稳定化处理。

O-Zr

4+ -O 2-

m-ZrO 2

t-ZrO 2 c-ZrO 2 5.85g/cm

33950℃ 1700℃

2370℃ 2370℃ 6.16g/cm 3 6.27g/cm 3

图1-2 单斜、四方和立方氧化锆的单胞结构

Fig 1-2 The unit-cell structure of monoclinic, tetragonal, cubic zirconia 对ZrO 2进行稳定化处理即在纯ZrO 2中适量添加一些结构为立方对称的二价或三价氧化物（如Y 2O 3、MgO 、CaO 、CeO 2等），或加入其他的稀土金属氧化物与ZrO 2形成固溶体或复合体，从而改变并稳定晶体的内部结构。由于加入的这些掺杂剂能形成亚稳的四方相或立方相，起到稳定的作用，而且高温下这些立方格子的氧化物在氧化锆的原始晶格上会施加一定的压力，强迫ZrO 2形成立方萤石结构。室温下氧化锆与添加的氧化物形成固溶体的相结构与添加量有关，如图1-3所示，当加入足够多的稳定剂时，高温稳定的c-ZrO 2可以一直保持至室温不发生相改变[11]。例如，当Y 3+的添加量大于8%(mol)时，此时固溶体的相结构为完全立方相，称为全稳定的ZrO 2 (FSZ)，尽管其强度及韧性不高，但因具有良好的离子导电性而常被用于固体电解质。

图1-3 ZrO 2-Y 2O 3系列的平衡状态图

Fig 1-3 The balance graph of ZrO 2-Y 2O 3

Monoclinic 单斜 Tetragonal 四方 Cubic 立方

1.2.2氧化锆纳米材料的研究进展

氧化锆(ZrO 2)陶瓷是二十世纪七十年代发展起来的一类极具发展应用前景的新型结构陶瓷[12]，近半个世纪以来，随着对陶瓷材料理论研究的深入和开发利用，以ZrO 2陶瓷材料为代表之一的高性能陶瓷在工程技术领域中越来越受到重视，主要是利用其独特的相变特性获得具有高断裂韧性和抗弯强度的材料，又因ZrO 2具有优良的力学性能及耐高温、耐腐蚀性能，所以倍受学者的瞩目。

氧化锆陶瓷是一种具有高硬度、导热率低、高韧性、良好的耐磨耐蚀性及高温离子导电性的陶瓷材料，作为一种优良的无机非金属原料，除用于传统耐火材料外，还广泛用于压电元器件、陶瓷电容器等功能陶瓷领域。自1975年Ganrie Hannik 和Pascoet 发现ZrO 2陶瓷相变增韧特性以来，以ZrO 2为增韧剂的复合陶瓷材料得到了空前的发展，现已成功开发出部分稳定ZrO 2(PSZ)、四方多晶ZrO 2 (TZP)和ZrO 2增韧氧化铝(ZTA)等材料。目前，国内外对ZrO 2结构陶瓷的研究主要集中在以下几个方面：相变增韧机理研究、常温力学性能的改善、低温老化性能及机理研究、高温力学性能研究、摩擦磨损机理以及氧化锆陶瓷的实际应用与开发等[13-14]。

纳米陶瓷的制备由粉体制备、成型和烧结三个基本环节组成，而制备优质氧化锆陶瓷材料的关键是制备性能良好的ZrO 2粉体，因此制备高纯、超细的ZrO 2粉体自然成了科研热点，理想的ZrO 2粉体应该满足下列要求[15]：

(1) 原料的化学成分及配比准确。不同的化学成分及含量直接决定材料的显微结构和性能。例如在纳米氧化锆陶瓷的制备过程中，掺杂剂的含量会直接影响陶瓷烧结体的晶相组成与晶粒长大。

(2) 较高的粉体纯度。一般情况下杂质的存在会严重影响材料性能，例如在纳米氧化锆陶瓷的制备中，前驱体制备过程中残留的Cl -会影响氧化锆陶瓷粉体的一系列烧结性能。

(3) 粉体成分均匀。粉体内部成分的异同会直接影响烧结体的性能，如在纳米氧化锆陶瓷的制备中，引入的掺杂剂及造粒中加入的聚乙烯醇分布不均匀会影响后期成品的性能。

(4) 粉体粒径小。由Herring 规则知，在相同的烧结温度下，生坯体烧结至一定密度时所需要的烧结时间随颗粒尺寸的不同而改变，二者有如下关系：

n

r r t t ???

? ??=2121

可见，在相同的烧结温度下，坯体的颗粒越小，对应的烧结速度越快。

(5) 粉体的粒径分布窄而且没有团聚现象存在。如果粉体团聚严重的话，在烧结阶段会导致个别晶粒的异常长大，最终造成烧结体结构不致密并产生裂纹、气孔等一系列缺陷。

1.2.3纳米氧化锆粉体的制备

制备纳米陶瓷的前提条件是制备纳米级陶瓷粉末，由于纳米ZrO2所具有的特殊性能，纳米氧化锆的制备已成为纳米材料研究的热门课题。纳米氧化锆的制备方法有物理法和化学法，其中物理方法主要包括蒸发-冷凝法、溅射法、液态金属离子源法、机械合金法及超声膨胀法等。由于物理法用于制备单质、合金等纳米粒子，因此采用物理法制备ZrO2超细粉的报道较少，目前制备高纯、超细ZrO2粉体的化学方法主要有：共沉淀法、水解沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法以及微乳液法（反胶团法）等。

一．共沉淀法

共沉淀法即将沉淀剂加入到含一种或多种离子的可溶性混合盐溶液中，或者是使盐溶液在一定温度下发生水解反应，使得原料液中的阳离子以沉淀物从溶液中析出，最后经离心过滤、洗涤、干燥以及煅烧分解得到所需的产物。共沉淀法制备氧化锆粉体的主要工艺路线是：以氢氧化钠、氢氧化钾、氨水和尿素等碱液作为沉淀剂，将ZrOCl2·8H2O或Zr(NO3)4和Y(NO3)3等盐溶液中的无机盐离子以Zr(OH)4（氢氧化锆凝胶）和Y(OH)3（氢氧化钇凝胶）的形式析出，然后再将所得的沉淀物经离心过滤、洗涤、干燥、煅烧(700~900℃)、球磨即可制备出钇稳定的氧化锆粉体，该法可以制得粒径为11~35nm的氧化锆粉体[16-17]。工艺流程如图1-4所示。

2

图1-4 共沉淀工艺流程图

Fig 1-4 Flow diagram for co-precipitation technology 共沉淀法的优点是工艺设备简单、生产成本低，且所得纳米粉体的性能较

好；但其缺点是在洗涤后的沉淀物中含有少量初始溶液中的阴离子及沉淀剂中的阳离子残留物，会对纳米粉体的烧结性能产生不良影响，再者就是硬团聚现象的存在导致粉体的分散性差、烧结活性差。

二．水解沉淀法

水解沉淀法是将金属的明矾盐溶液、硫酸盐溶液、氯化物溶液以及硝酸盐溶液等置于高温下，经较长时间的水解形成氧化物超微粉。例如加热氧氯化锆水溶液使其沸腾，由于水解生成的HCl不断蒸发排除，水解平衡反应不断向生成产物的方向移动，最后同样经过过滤、干燥、粉碎和煅烧得到ZrO2粉体[18]。其反应式如下：

ZrOCl2+ (3+n) H2O→Zr (OH) 4·nH2O↓+2HCl

水解沉淀法的优点是制备的粉体几乎全为一次粒子，团聚少，颗粒的大小和形状分布均匀，而且化学纯度高，物相组成单一；不足是制备工艺较复杂，能耗较大，反应缓慢而不经济。

共沉淀法和水解沉淀法的最后工序都是煅烧，且温度越高，会造成粉体的粒径越大，团聚程度越高，使得上述两种方法的工业化应用受到了限制。三．水热法

水热法是指在密封的压力容器中，以水或其他液体作为反应介质，在高温高压的条件下制备晶体材料的一种化学合成工艺。水热法制备粉体材料的基本原理是在高温高压环境下，一些M(OH)x在水中的溶解度大于其常压下在水中的溶解度，因而M(OH)x可溶于水并经过一定反应生成MO x。其实质是把前驱物置于高温高压的水热介质中进行化学反应，从而实现原子、分子级微粒的成核与晶体的生长，最终生成具有一定粒度和结晶形貌的晶粒的过程。因为水热法所需反应温度低，最终形成晶粒大小的可控制性好，而且反应过程所选前驱体及产物均无毒，因而是制备结晶良好、无团聚超微陶瓷粉体的首选方法之一[19]。

水热工艺包括水热晶化、水热氧化、水热沉淀、水热电埋弧法及微波-水热法等。影响水热法制备氧化物晶体的因素主要有：前驱体的选择，矿化剂的种类、浓度（即反应的pH值），反应温度和时间，填充度以及表面活性剂的选择，目前制备纳米ZrO2粉体的最好前驱体是氧氯化锆。

卢瑶[20]等用氧氯化锆(ZrOCl2·8H2O)配制反应前驱体溶液，以氨水为沉淀剂，并加入氢氧化钠矿化剂以及表面活性剂聚乙二醇(PEG-2000)来制备超细氧化锆粉体。在250℃、水热反应48小时的条件下，最终制备出粒径为10nm左右的氧化锆晶体，且粒径分布均匀，分散效果良好。基本化学反应为：

纳米粉体制备方法

纳米粉体制备方法 纳米技术是当今世界各国争先发展的热点技术，纳米技术和材料的生产及其应用在中国已起步，可以产业化的只有为数不多的几个品种，纳米二氧化钛（ＴｉＯ2）、纳米氧化锌（ＺｎＯ）、纳米碳酸钙（ＣａＣＯ3）便是其中较具代表性的几个品种。纳米粉体的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法。以下是对各种方法的分别阐述并举例。 1. 物理方法 (1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。1。金属烟粒子结晶法是早期研究的一种实验室方法。将金属原料置于真空室电极处，真空室抽空（真空度1P a）导入102到103 P a压力的氩气或不活泼性气体，然后像通常的真空蒸发那样，用钨丝蓝蒸发金属。在气体中，通过蒸发、凝聚产生的金属蒸气形成金属烟粒子，像煤烟粒子一样沉积于真空室内壁上。在钨丝篮上方或下方位置可以预先放置格网收集金属烟粒子样品，以备各类测试所用。2。流动油面上的真空蒸发沉积法（VEROS），VEROS法是将物质在真空中连续的蒸发到流动着的油面上，然后把含有纳米粒子的油回收到贮存器内，再经过真空蒸馏、浓缩，从而实现在短时间制备大量纳米粉体。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。例，有一种制备纳米粉体材料新方法，最适用于碳化物、氮化物及部分金属粉体的制备。其方法是先对反应器抽真空，然后充入保护气体或反应气体，在反应器中设置石墨电极，在石墨电极与反应器坩埚中的金属之间通电，使之产生高温碳电弧，由高温电弧产生金属蒸汽。采用保护气体可以生产出由石墨原子包覆的纳米镍粉、铜粉、铝粉等不易团聚的金属纳米粉末；采用反应气体可以生产碳化物、氮化物纳米粉末。与现有技术相比，生产的纳米粉末不易团聚，具有成本低，电弧功率大，可以实现规模化生产，具有广泛的实用性。用冲击波处理共沉淀法制备的氧化铁与氧化锌混合物合成了铁酸锌，用XRD、TEM 和电子衍射法对这种产品进行了鉴定．与传统的高温焙烧法相比，这种产品的特点是其颗粒尺寸为纳米级．主要原因可能在于冲击波的作用时间极短，因此生成的铁酸锌不会生长成为完整的晶粒．由此可以认为，冲击波处理可能是一种制备复合金属氧化物的纳米粉体的新方法． (3)机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。例，一种钛合金纳米粉体制备方法，原料包括钛合金粗粉、助磨键合剂、分散剂、表面活性剂；制备方法是，将所述原料按配比投入反应釜，反应釜转速２００－３００ｍｐｒ、温度５０℃－６０℃，反应釜旋转时间１５－３０分钟；反应釜转速升高至达１０００ｍｐｒ以上，维持该转速１．５－２．５小时，温度为１８０℃以上；反应釜转速降到３００ｍｒｐ以下，在０．５－１．０小时内降低温度至４０℃－５０℃，停机，即完成纳米粉体的制备。它稳定地对钛合金实现了纳米化加工；由此为利用纳米粉体的小尺寸效应、表面积效应而使它的耐蚀优点得到提升得以实现，使之可作为一种活性添加剂与各种优良树脂结合成一种新型复合材料。 2. 化学方法 (1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。例，TiCl4气相氧化法，其基本化学反应式为：TiCl4(g)+O2(g)=TiO2(s)+Cl2(g) 施利毅、李春忠等利用

纳米氧化锆汇总

二氧化锆纳米材料 一．用途：纳米氧化锆本身是一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损和低热膨胀系数的无机非金属材料,由于其卓越的耐热绝热性能，20世纪20年代初即被应用于耐火材料领域。 自1975年澳大利亚学者K.C.Ganvil首次提出利用ZrO2相变产生的体积效应来达到增韧陶瓷的新概念以来,对氧化锆的研究开始异常活跃。——利用其高硬度、抗磨损、耐刮擦、不燃的特性,极大的提高涂料的耐磨性和耐火效果。由于其导热系数低、并具备特殊光学性能,可用于军事、航天领域的热障涂料及隔热涂料。纳米复合氧化锆具备特殊光学性能,对紫外长波、中波及红外线反射率达85%以上;且其自身导热系数低,可提高其隔热性能。——由于不同晶型纳米氧化锆体积不同,可制备具备自修复功能的功能性涂料。 纳米复合氧化锆行业主要企业产能分布

二．目前的制备方法：化学气相沉积(CVD)法，液相法（包括醉盐水解法，沉淀法，水热法，徽乳液法，溶液姗烧法等），徽波诱导法及超声波法等几大类。 三．具体介绍方法：利用溶胶-凝胶法制备出高度有序的二氧化锆纳米管 简介：溶胶一凝胶法是指金属醉盐或无机盐经水解形成溶胶,然后使溶胶一凝胶化再将凝胶固化脱水,最后得到无机材料.在无机材料的制备中通常应用溶胶—凝胶方法,与传统的合成方法相比,具有高纯度、多重组分均匀以及易对制备材料化学掺杂等优点.该方法要使前驱体化合物水解形成胶体粒子的悬浮液(溶胶)后,成为聚集溶胶粒子组成凝胶,凝胶经过热处理得到所需的物质.溶胶—凝胶沉积法广泛用于在模板的纳米通道中制备纳米管或线.本文主要结合溶胶—凝胶法和模板合成法制备二氧化锆纳米管.由于锆的无机盐价格便宜且对大气环境不敏感[,我们利用锆的无机盐(氯化氧锆)作为前驱体溶液制备稳定的溶胶. 具体过程：

纳米粉体制备方法总结文档(最新版)

纳米粉体制备方法总结文档(最新版) Summary document on preparation methods of nano powder (latest edition) 汇报人：JinTai College

纳米粉体制备方法总结文档(最新版) 前言：本文档根据题材书写内容要求展开，具有实践指导意义，适用于组织或个人。便于学习和使用，本文档下载后内容可按需编辑修改及打印。 1、化学沉淀法： 沉淀法主要包括共沉淀法、均匀沉淀法、多元醇为介质 的沉淀法、沉淀转化化、直接沉淀法等。 共沉淀法 在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，使金属离子完 全沉淀的方法称为共沉淀法共沉淀法.可制备BaTiO3、PbTiO3等PZT系电子陶瓷及ZrO2等粉体.与传统的固相反应法相比，共沉淀法可避免引入对材料性能不利的有害杂质，生成的粉末具有较高的化学均匀性，粒度较细，颗粒尺寸分布较窄且具有一定形貌。 均匀沉淀法 在溶液中加入某种能缓慢生成沉淀剂的物质，使溶液中 的沉淀均匀出现，称为均匀沉淀法本法克服了由外部向溶液中直接加入沉淀剂而造成水热合成反应釜沉淀剂的局部不均匀性本法多数在金属盐溶液中采用尿素热分解生成沉淀剂NH4OH，

促使沉淀均匀生成制备的粉体有Al、Zr、Fe、Sn的氢氧化物[12-17]及Nd2（CO3）3等。 多元醇沉淀法 许多无机化合物可溶于多元醇，由于多元醇具有较高的 沸点，可大于100°C，因此可用高温强制水解反应制备纳米 颗粒[20]例如Zn（HAC）2·2H2O溶于一缩二乙醇（DEG），于100-220°C 下强制水解可制得单分散球形ZnO纳米粒子又如 使酸化的FeCl3—乙二醇—水体系强制水解可制得均匀的Fe （III）氧化物胶粒。 沉淀转化法 本法依据化合物之间溶解度的不同，通过改变沉淀转化 剂的浓度、转化温度以及表面活性剂来控制颗粒生长和防止颗粒团聚例如：以Cu（NO3）2·3H2ONi（NO3）2·6H2O为原料，分别以Na2CO3、NaC2O4为沉淀剂，加入一定量表面活性剂， 加热搅拌，分别以NaC2O3、NaOH为沉淀转化剂，可制得CuO、Ni（OH）2、NiO超细粉末。该法工艺流程短，操作简便，但 制备的化合物仅局限于少数金属氧化物和氢氧化物。 2、化学还原法 水溶液还原法

纳米氧化锆粉体的合成与表征

纳米氧化锆粉体的合成与表征 李杰119024189 无111 1 引言 二氧化锆是制备特种陶瓷最重要的原料之一，由于其具有优良的机械、热学、电学、光学性质而在高温结构材料、高温光学元件、氧敏元件、燃料电池等方面有着广泛的应用，它是2l世纪最有发展前景的功能材料之一。而控制氧化锆前驱粒子的颗粒尺寸对制备高性能氧化锆陶瓷具有重要意义。 本研究采用水／环己烷／辛基苯基聚氧乙烯醚（Triton X-100）／正己醇四元油包水体系，通过反相微乳液法制备了纳米ZrO2粉体，用TEM,XRD等对所制备的纳米粉体进行了表征，研究了煅烧温度、pH值、陈化时间对ZrO2纳米粒子结构与性能的影响。结果表明，以单斜相为主的ZrO2纳米粉体，其晶粒尺寸可控制在20 nm左右；随着煅烧温度的提高，ZrO2的结晶程度逐渐提高；随着pH值的提高，少量四方相ZrO2全部转化为单斜相；随着陈化时间的增加，ZrO2颗粒尺寸变大。 2 结构性质 自然界的氧化锆矿物原料，主要有斜锆石和锆英石。纯氧化锆的分子量为123.22，理论密度是5.89g/cm3，熔点为2715℃。通常含有少量的氧化铪，难以分离，但是对氧化锆的性能没有明显的影响。氧化锆有三种晶体形态：单斜、四方、立方晶相。常温下氧化锆只以单斜相出现，加热到1100℃左右转变为四方相，加热到更高温度会转化为立方相。由于在单斜相向四方相转变的时候会产生较大的体积变化，冷却的时候又会向相反的方向发生较大的体积变化，容易造成产品的开裂，限制了纯氧化锆在高温领域的应用。但是添加稳定剂以后，四方相可以在常温下稳定，因此在加热以后不会发生体积的突变，大大拓展了氧化锆的应用范围。 3 用途 3.1 ZrO2在特种陶瓷中的应用 由于高纯ZrO2具有优良的物理化学性质,当其与某些物质复合时,在不同条件下又具有对电、光、声、气和温度等的敏感特性,使其广泛用于电子陶瓷、功能陶瓷和结构陶瓷等高新技术领域。 3.1.1 电子陶瓷 ZrO2在电子陶瓷中的应用主要有压电元件(如发火元件、助听器、拾音器等),滤波器(用于电视机、收录机、共电式无线电收发机等),超声波振荡器(用于潜艇音纳、鱼群探测器和测深仪等),蜂鸣器(用于电子计算机输入功率鉴定信号机、曲调桌式电子计算机、数字显示手表及闹钟等)及高温导体等。

纳米粉体的制备方法

纳米粉体的制备方法 一、纳米粉体应具备的特性 1、化学成分配比准确：尽量符合化学计量，避免烧结出现液相或阻碍烧结； 2、纯度高：出现液相或影响电性能； 3、成分分布均匀：尤其微量掺杂； 4、粒度要细，尺寸分布范围要窄；结构均匀，密度高； 5、无团聚体：软团聚，硬团聚。 二、制备方法分类 化学法 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、化学气相冷凝法、溶胶一凝胶法、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。 化学气相冷凝法(CVC)主要通过有机高分子热解获得纳米粉体，具体过程是先将反应室抽到或更高真空度，然后注入惰性气体He，使气压达到几百帕斯卡，反应物和载气He从外部系统先进入前部分的热磁控溅射CVD装置由化学反应得到反应物产物的前驱体，然后通过对流达到后部分的转筒式骤冷器，用于冷却和收集合成的纳米微粒。 化学沉淀法是在金属盐类的水溶液中控制适当的条件使沉淀剂与金属离子反应，产生水合氧化物或难溶化合物，使溶液转化为沉淀，然后经分离、干燥或热分解而得到纳米级超微粒。化学沉淀法可分为直接沉淀法、均匀沉淀法、共沉淀法和醇盐水解沉淀法。 物理法 早期的物理制备方法是将较粗的物质粉碎，如低温粉碎法、超声波粉碎法、冲击波粉碎法、蒸气快速冷却法、蒸气快速油面法等等。近年来发展了一些新的物理方法，如旋转涂层法将聚苯乙烯微球涂敷到基片上，由于转速不同，可以得到不同的空隙度．然后用物理气相沉积法在其表面上抗积一层膜，经过热处理，即可得到纳米颗粒的阵列。这些方法我们统称为物理凝聚法，物理凝聚法主要分为： （1）真空蒸发靛聚法 将原料用电弧高频或等离子体等加热，使之气化或形成等离子体，然后骤冷，使之凝结成纳米微粒。其粒径可通过改变通入惰性气体的种类、压力、蒸发速率等加以控制，粒径可达1—100nm。具体过程是将待蒸发的材料放人容器中的柑锅中，先抽到或更高的真空度，然后注人少量的惰性气体或性2N、3NH等载气，使之形成一定的真空条件，此时加热，使原料蒸发成蒸气而凝聚在温度较低的钟罩壁上，形成纳米微粒。 （2）等离子体蒸发凝聚法 把一种或多种固体颗粒注人惰性气休的等离子体中，使之通过等离子体之间时完全蒸发，通过骤冷装置使蒸气奴聚制得纳米微粒。通常用于制备含有高熔点金属合金的纳米微粒，如Fe-A1,Nb-Si等。此法常以等离子体作为连续反应器制备纳米微粒。 综上所述，物理方法通常采用光、电等技术使材料在真空或惰性气氛中蒸发，然后使原子或分子形成纳米颗粒，它还包括球磨、喷雾等以力学过程为主的制备技术。物理法的特点是：操作简单，成本低，但产品纯度不高，颗粒分布不均匀，形状难以控制。 物理化学方法

粉体材料的制备方法有几种

粉体材料的制备方法有几种？各有什么优缺点？（20分） 答：粉末的制备方法: 气相合成、湿化学合成、机械粉碎. 1. 物理方法 (1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 (3)机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 2. 化学方法 (1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。 (2)沉淀法 把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。 (3)水热合成法 高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、粒度易控制。 (4)溶胶凝胶法 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制备。 (5)微乳液法 两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备 2. 为什么要对粉体材料的表面进行改性？什么是物理吸附？什么是化学吸附？试举例说明。（20分） 答: 材料表面改性的目的 力学性能：表面硬化、防氧化、耐磨等 电学性能：表面导电、透明电极 光学性能：表面波导、镀膜玻璃 生物性能：生物活性、抗菌性 化学性能：催化性 装饰性能：塑料表面金属化 材料表面改性的意义 通过较为简单的方法使一个部件部件或产品产品具有更为综合的性能第一节材料表面结构的变化 粉体表面改性是指用物理、化学、机械等方法对粉体材料表面进行处理，根据应用的需要有目的改变粉体材料表面的物理化学性质，如表面组成、结构和官能团、

粉体纳米材料制备方法及其应用前景

收稿日期:2000-03-14 作者介绍:李芳宇,1977—,南方冶金学院机械系98级研究生。 纳米粉体制备方法及其应用前景 李芳宇,刘维平 (南方冶金学院机械系,江西赣州341000) 摘　要:论述了纳米粉末材料的物理、化学及其他的一些特殊制备方法,并详述了纳米粉末材料在高强度、高韧性材料、电磁材料、光学材料、催化剂材料、传感器材料、医学和生物工程材料等领域的应用。关键词:纳米粉体;制备;应用 中图分类号:TQ029+.1 文献标识码:A 文章编号:1008-5548(2000)05-0029-04 近年来,随着科学技术的发展,世界各地许多科学家都在积极开展新材料尤其是纳米材料的研究。纳米材料包括零维颗粒材料、一维纳米针、二维纳米膜材料以及三维纳米晶体材料。纳米颗粒一般在1～100nm 之间,处于微观粒子和宏观物体之间的过渡区域。它具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特性。这些特性使其呈现出一系列奇异的物理、化学性质,目前在国防、电子、化工、轻工、核技术、航空航天、医学和生物工程等领域中具有重要的应用价值。 在纳米粉体材料的研究中,它的制备、特性和应用是比较重要的方面,本文将着重介绍近期国内外的一些关于这些方面的研究现状。 1　纳米粉体材料的制备方法 1.1　物理法1.1.1　气体冷凝法 气体冷凝法(IGC ),其主要过程是在低压的氩、 氦等惰性气体中加热金属,使其蒸发,产生原子雾,经冷凝后形成纳米颗粒。纳米合金可通过同时蒸发数种金属物质得到;纳米氧化物可在蒸发过程中真空室内通以纯氧使之氧化得到。这种方法是制备清洁界面的纳米粉体的主要方法之一。1.1.2　测射法 用两块金属板分别作阳极和阴极,阴极为蒸发 用的材料,在两电极间充入氩气,在两电极之间施加适当电压,两电极间的辉光放电促使氩离子的形成,在电场作用下,氩离子冲击阴极材料,使靶材原子从其表面沉积下来。而且加大被溅射的阴阳表面可提高纳米微粒的获得量。该方法可有效制备多种高熔点和低熔点的纳米金属;能制备多组元的化合物纳米颗粒。 1.1.3　高能机械球磨法 高能球磨法是近年来发展起来的一种制备纳米粉体材料的方法,该方法尤其是在制备合金粉末方面具有较好的工业应用前景。它是将欲合金化的元素粉末混合起来[1],在高能球磨机长时间运转,将回转机械能传递给金属粉末,依靠球磨过程中粉末的塑性变形产生复合,并发生扩散和固态反应而形成合金粉末。由于该过程引入大量的粉末颗粒应变、缺陷以及纳米量级的微结构,使合金过程的热力学和动力学不同于普通的固态反应过程,有可能制备出用常规液态或气相法难以合成的新型合金。此外,通过高能机械球磨中气氛的控制与外部磁场的引入,使这一技术得到了较大的发展。1.2　化学法 1.2.1　固相配位化学法 固相配位化学法在物质合成方面特别是在利用固相配位化学反应合成金属簇合物和固相配合物等方面显示了极大的优势,是一种非常有前途的纳米粉体制备方法。用此法制备氧化物纳米粉体的主要过程[2],就是首先在室温或低温下制备可在较低温度分解的固相金属配合物,然后将固相产物在一定的温度下进行热分解,得到氧化物纳米粉体。与液相合成法相比,具有纯度高、工艺简单、可缩短制备时间等特点。在400℃热分解就可得到平均晶粒尺寸约为10nm 具有纤锌矿结构的ZnO 纳米粉体。1.2.2　溶胶-凝胶法(sol -gel ) 溶胶-凝胶法是指在高分子界面活性剂存在及 第6卷第5期2000年10月 中　国　粉　体　技　术 China Powder Science and T echnology Vol 16No 15 October 2000

氧化锆纳米粉体的制备及其烧结性能研究

氧化锆纳米粉体的制备及其烧结性能研究

目录 第1章前言 (1) 1.1纳米材料概述 (1) 1.2纳米氧化锆及其陶瓷材料概述 (2) 1.2.1二氧化锆的结构与性质 (2) 1.2.2氧化锆纳米材料的研究进展 (5) 1.2.3纳米氧化锆粉体的制备 (6) 1.2.4氧化锆陶瓷材料的成型 (9) 1.2.5氧化锆陶瓷的烧结 (10) 1.2.6纳米氧化锆及其陶瓷的应用 (12) 1.3本课题研究目的及主要研究内容 (14) 1.3.1课题研究目的 (14) 1.3.2课题研究内容 (14) 第2章实验材料及方法 (16) 2.1实验试剂与仪器 (16) 2.2粉体制备实验步骤与流程 (17) 2.2.1实验步骤 (17) 2.2.2实验流程 (18) 2.3氧化锆陶瓷试样的制备 (20) 2.4纳米氧化锆粉体的测试与表征手段 (20) 2.4.1物相组成（X射线衍射）分析 (21) 2.4.2热重-差热(TG-DTA)分析 (21) 2.4.3红外光谱(FT-IR)分析 (21) 2.4.4形貌(TEM)分析 (22) 2.5烧结试样的性能测试 (22) 2.5.1密度的测定 (22) 2.5.2收缩率的测定 (22) 2.5.3抗弯强度的测定 (23) 2.5.4显微结构分析 (23) 第3章氧化锆纳米粉体合成工艺条件的研究与机理分析 (24) 3.1常压水热法制备氧化锆纳米粉体 (24) 3.1.1实验内容 (24)

3.1.2实验结果与讨论 (25) 3.2有机网络凝胶法制备ZrO2纳米粉体 (34) 3.2.1实验内容 (34) 3.2.2实验原理 (34) 3.2.3实验结果与讨论 (35) 3.3本章小结 (46) 第4章氧化锆纳米粉体的烧结性能研究 (47) 4.1烧结试样的密度测试与分析 (48) 4.2烧结试样收缩率的测试与分析 (50) 4.3烧结试样的抗弯强度测试与分析 (51) 4.4烧结试样的显微结构测试与分析 (52) 4.5本章小结 (57) 第5章结论 (58) 参考文献 (59) 致谢 (63) 攻读硕士期间发表论文及专利情况 (65)

氧化锆粉体制备及其应用

氧化锆粉体制备及其应用摘要: 本文重点介绍了氧化锆陶瓷原料制备工艺和性能覆其在蛄构瓷、功 能瓷、颜料与宝石、涂层、纤堆和耐火材料等方面的应用。对如何使氧化铬畸瓷产 业化远一问题，提出了自己的见解。 关键词：氧化锆；高性能陶瓷；制备；应用 Abstract:This paper focuses on the zirconia ceramic material preparation process and performance review of its structure in the mantis porcelain, functional ceramics, pigments and precious stones, coating, fiber and other aspects of heap and refractory applications. Chromium oxide on how to make porcelain produced abnormal Much a problem of industry, put forward their own views. Keywords: zirconia; high-performance ceramics; preparation; application 一、引言 随着科学技术的发展，人们对材料的需求也在不断地提高。当今世界新型陶瓷的发展趋向是：原料超细化(含纳米级细度)，发展了材料复台、成型与烧结工艺、制品的后处理(包括制品后加工及其与其他材料联接等)和相应的测试方法。氧化锆陶瓷也与其他新型陶瓷一样，随着新工艺、新技术的运用，进一步充分发挥了它高熔点、比重大、耐腐蚀、耐磨损、低导热、半导体及相变等特点，世界各国都给予高度重视，在功能和结构等各个领域中，都起着重大作用。下面就ZrO2陶瓷材料及倒品的有关情材料多功能化、轻质高强化和材料结构梯度化。为此也相应地况作简单概述，供有关人士参阅。 ZrO2具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下则具有导电性等优良性质。上个世纪二十年代开始就被用来作为熔化玻璃、冶炼钢铁等的耐火材料，从上个世纪七十年代以来，随着对ZrO2有了更深刻的了解，人们进一步研究开发ZrO2作为结构材料和功能材料。1975年澳大利亚R．G．Garvie以CaO为稳定剂制得部分稳定氧化锆陶瓷（Ca-PSZ），并首次利用ZrO2马氏体相变的增韧效应提高了韧性和强度，极大的扩展了ZrO2在结构陶瓷领域的应用。1973年美国R．Zechnall， G．Baumarm，H．Fisele制得ZrO2电解质氧传感器，此传感器能正确显示汽车发动机的空气、燃料比，1980年把它应用于钢铁工业。1982年日本绝缘子公司和美国Cummins发动机公司共同开发出ZrO2节能柴油机缸套。自此，ZrO2高性能陶瓷的研究和开发获得了许多进展。 二、ZrO2粉体的制备方法 2．1 微粉制备

ZnO纳米粉体材料的制备

实 验 2 ZnO 纳米粉体材料的制备 （一）实验类型：综合性 （二）实验类别：设计性实验 （三）实验学时数：16 （四）实验目的 （1）掌握沉淀法制备纳米粉体的工作原理。 （2）了解X-射线粉末衍射仪鉴定物相的原理。 （五）实验原理 纳米ZnO 是一种新型高功能精细无机材料, 其粒径介于1～ 100 nm 之间，又称为超微细ZnO 。由于颗粒尺寸的细微化，使得纳米ZnO 产生了其本体块状材料所不具备的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等，因而使得纳米ZnO 在磁、光、电、敏感等方面具有一些特殊的性能, 主要用来制造气体传感器、荧光体、紫外线遮蔽材料、变阻器、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。合成纳米ZnO 的方法有多种，沉淀法工艺简单,成本低, 便于实现工业化生产。 合成纳米ZnO 的方法有多种，本实验采用化学沉淀法是在可溶性锌盐溶液中加入沉淀剂后，于一定条件下生成沉淀从溶液中析出，将阴离子洗去，经分离、干燥、热处理后，得到纳米氧化锌。该方法操作简单，对设备和技术要求不太苛刻，产品纯度高，不易引入杂质，成本低。 X-射线粉末衍射仪是分析材料晶体结构的重要工具。晶体的Ｘ射线衍射图象实质上是晶体微观结构形象的一种精细复杂的变换。由于每一种结晶物质，都有其特定的结构参数，包括点阵类型、晶胞大小、单胞中原子(离子或分子)数目及位置等，而晶体物质的这些特定参数，反映在衍射图上机表现出衍射线条的数目、位置及相对强度各不相同。因此，每种晶态物质与其Ｘ射线衍射图之间有着一一对应的关系。任何一种晶态物质都有自己独立的Ｘ射线衍射图，不会因为他种物质混聚在一起而产生变化。这就是Ｘ射线衍射物相定性分析的方法的依据。 根据粉体X-射线衍射图得到的相关数据，利用谢乐公式（如下），可以计算纳米粒子的晶粒尺寸。 0.89cos D λ βθ= （λ为X 射线的波长，β为最强峰的半峰宽，θ 为衍射角） （六）实验内容 1. 制备 以Zn(NO 3)2·6H 2O 与NH 4HCO 3为原料，聚乙二醇（PEG 600）为模板剂，采用直接沉淀法将制得的沉淀，洗涤后经煅烧制备纳米ZnO 。 2. 称量、计算产率 3. X-射线物相测定：计算晶粒尺寸 （七）实验要求 1、设计实验方案： (1)设计不同煅烧温度及时间 (2)设计不同原料比及模板剂 设计实验方案要求：方案必须切合实际，具有可操作性；尽量选择原料易得，反应条件温和，催化剂价廉，后处理方便，收率高及环境友好的方案。

纳米粉体制备方法的研究

纳米粉体制备方法地研究 辛辉，易贝贝 （平顶山工业职业技术学院化工系，河南平顶山） 摘要：纳米粉体具有独特地性能而被广泛应用.其制备方法地研究已经成为材料研究领域地重要内容.本文对纳米粉体地制备方法进行了研究，总结出各种方法地利弊.文档来自于网络搜索 关键词：纳米粉体制备方法团聚性质 （文档来自于网络搜索 ） : . . .文档来自于网络搜索 : ; ; ; 文档来自于网络搜索 引言 纳米粉体泛指粒径在范围内地粉末.由于纳米粉体地晶粒小，表面曲率大或表面积大，所以它在磁性、催化性、光吸收、热阻和熔点等方面与常规材料相比显示出奇特地性能，因而广泛应用于高性能结构与功能陶瓷材料、涂层材料、磁性材料、催化材料、气敏材料、医药和石油化工领域.纳米粉体制备方法地研究已经成为材料研究领域地一个重要内容.文档来自于网络搜索 激光法制备纳米粉体 激光法制备粉体是以激光为加热源，利用激光地诱导作用和作用物质对特定激光波长地共振吸收制备出所要求地纳米粉体[].激光法有激光诱导化学气相沉积法（）和激光烧蚀法（）.文档来自于网络搜索 激光诱导化学气相沉积法 激光诱导化学气相沉积法是利用反应气体分子（或光敏分子）对特定波长激光地共振吸收，诱导反应气体分子地激光热解、激光离解（如紫外光解、红外多光子离解）、激光光敏化等化学反应，在一定工艺条件下（激光功率密度、反应池压力、反应气体配比、流速和反应温度等）反应生成物成核和生长，通过控制成核与生长过程，即可获得纳米粒子[].文档来自于网络搜索 激光烧蚀法 激光烧蚀法是将作为原料地耙材置于真空或充满氩等保护气体地反应室中，耙材表面经激光照射后，与入射地激光束相作用.耙材吸收高能量激光束后迅速升温、蒸发形成气态.气态物质可直接冷凝沉积形成纳米微粒，气态物质也可在激光作用下分解后再形成纳米微粒.若反应室中有反应气体，则蒸发物可与反应气体发生化学反应，经过形核生长、冷凝后得到复合化合物地纳米粉体.文档来自于网络搜索 激光烧蚀法与激光诱导化学气相法相比，生产率更高，使用范围更广，并可合成更为细小地纳米粉体. 溶剂蒸发法制备纳米粉体 常用地溶剂蒸发法有喷雾干燥法、喷雾热分解法.喷雾干燥法是将金属盐溶液喷入热风中，溶剂迅速蒸发从而析出金属盐地纳米颗粒.喷雾热分解法则是将溶液喷入高温气氛中，使溶剂蒸发和金属盐地热分解同时进行，从而用道工序制得氧化物纳米颗粒.文档来自于网络搜索 采用喷雾法生成地氧化物颗粒一般为球状，流动性好且易于处理，并且可以连续进行，因而

粉体的合成制备方法

粉体的合成制备方法发展状况 如今，粉体的合成制备经过多年的发展，制备合成方法已经变得各种各样按理论也可分为物理和化学方法等纳米粒子的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法。 1.物理方法 (1)真空冷凝法用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。 2)物理粉碎法通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 (3)机械球磨法采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 2. 化学方法 (1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。 (2)沉淀法把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。 (3)水热合成法高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、粒度易控制。 (4)溶胶凝胶法金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制备。 (5)微乳液法两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备。 按照反应物的相可分为三类气相合成法，固相合成法和液相合成法。 一、气相合成法 （1）电阻加热法是通过电阻加热来实现气相粉体制备的方法，典型工艺如蒸

纳米粉体的制备方法及其研究进展

纳米粉体的制备方法及团聚简介 摘要：本文简要综述了制备纳米粉体的相关方法，物理方法有气体冷凝法、侧射法、高能机械球磨法等，化学方法有固相配位化学法、溶胶-凝胶法、沉淀法、化学气相沉积法等。并且简要的介绍了团聚的原因及如何防止纳米团聚 关键词：纳米粉体；制备方法；团聚 近年来，随着科学技术的发展，世界各地许多科学家都在积极开展新材料尤其是纳米材料的研究。纳米材料包括零维颗粒材料、一维纳米针、二维纳米膜材料以及三维纳米晶体材料。纳米颗粒一般在1～100nm之间，处于微观粒子和宏观物体之间的过渡区域。它具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特性。这些特性使其呈现出一系列奇异的物理、化学性质，目前在国防、电子、化工、轻工、核技术、航空航天、医学和生物工程等领域中具有重要的应用价值。为此，本文简要综述了纳米粉体的相关方法。 1 . 纳米粉体材料的制备方法 1.1 物理法 1.1.1 气体冷凝法[1] 气体冷凝法（IGC），其主要过程是在低压的氩、嗐等惰性气体中加热金属，使其蒸发，产生原子雾，经泠凝后形成纳米颗粒。纳米合金可通过同时蒸发数种金属物质得到；纳米氧化物可在蒸发过程中真空室内通以纯氧使之氧化得到。这种方法是制备清洁界面的纳米粉体的主要方法之一。 1.1.2 侧射法[1] 用两块金属板分别作阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入氩气，在两电极之间施加适当电压，两电极间的辉光放电促使氩离子的形成，在电场作用下，氩离子冲击阴极材料，使靶材原子从其表面沉积下来。而且加大被溅射的阴阳表面可提高纳米微粒的获得量。该方法可有效控制多种高熔点和低熔点的纳米金属；能制备多组元的化合物纳米颗粒。 1.1.3 高能机械球磨法[1] 高能球磨法是近年来发展起来的一种制备纳米粉体材料的方法，该方法尤其是在制备合金粉末方面具有良好的工业应用前景。它是将欲合金化的元素粉末混合起来，在高能球磨机长时间运转，将回转机械能传递给金属粉末，依靠求魔过程中粉末的塑形变形产生复合，并发生扩散和固态反应而形成合金粉末。由于该过程引入大量的粉末颗粒应变、缺陷以及纳米量级的微结构，使合金过程的热力学和动力学不同于普通的固态反应过程，有可能制备出常规液态或气相难以合成的新型合金。此外，通过高能机械球磨中气氛的控制与外部磁场的引入，使这一技术得到了较大的发展。 1.2 化学法

实验讲义-氧化锆的固相合成

实验2 纳米氧化锆的固相合成 一、目的和要求 1、通过锆盐与氢氧化钠的固相反应，了解固相合成法的特点。 2、掌握固相合成纳米氧化锆的基本原理和制备过程。 二、实验原理 氧化锆由于其固有的化学成分、晶体结构、粒度等基本性质，因而具有化学稳定性好、热传导系数小、硬度大等优点，是一种重要的结构和功能陶瓷材料。普通氧化锆在常温至1170℃以单斜相存在，加热到1170℃～2370℃时转变为四方相，2370℃以上时由四方相转变成立方相（2700℃左右熔融）。由于纯氧化锆的高温相（立方相或四方相）随着温度的降低会转变成低温相（单斜相）。要获得室温下稳定的高温相氧化锆，就需要在氧化锆中掺杂某些其它氧化物，如氧化钇、氧化钙、氧化镁、氧化钪等，形成复合氧化物。这种掺杂的四方相部分稳定或全稳定的氧化锆在相变增韧和微裂纹增韧方面性能优良，具有极高的室温强度和断裂韧性。用氧化钇稳定的四方相氧化锆（Y-TZP），当晶体粒度控制在纳米级（小于100nm）时，可能带来材料性能的突变，如材料强度和断裂韧性的显著提高等。同时，氧化钇稳定的氧化锆还是一种优良的气敏材料（用于氧气传感器）和固体电池材料。 目前制备纳米氧化锆粉体的方法分液相法和气相法。其中液相法有共沉淀法、水热法、溶胶－凝胶法、微乳液法等。这些方法各有其特点，但也存在很多不足。如共沉淀法一般是以氧氯化锆为原料，在锆盐溶液中加入沉淀剂，得到氢氧化物沉淀，再经过滤、洗涤、干燥、煅烧、研磨得到氧化锆粉体。这种方法比较简单易行，可制得粒度小、成分较易控制的多组分纳米粉末，不足之处是制得的粉体往往存在较多的硬团聚体，影响制品的烧结温度和力学性能。为了解决粉体的团聚问题，采用加入分散剂并控制温度在乙醇中陈化的方法，可制备出低温可烧结的纳米氧化锆粉体。水热法制备纳米氧化锆一般以锆的无机或有机化合物为原料，可制得粒径小、高分散的粉体。水热法的不足之处是制备条件较苛刻，成本较高，产量较低。溶胶－凝胶法和醇盐水解法使用锆的有机化合物，同样存在着原料来源困难，价格较高，水解法反应时间长、产率过低、难以工业化生产等缺陷。气相法生产纳米氧化锆粉体，所得产物分散性较好，可以连续制备。但气相法不适用于制备多元组分氧化物粉体，并且组分的可控性也相对较差，而且气相法所使用的原料价格较高，需要高纯的原材料以及昂贵的设备，而产量却较低。例如以四氯化锆为原料，在高温反应器中与水蒸气混合、水解，制备纳米氧化锆粉末。不过，要用这种方法获得四方相稳定的氧化锆粉体，还需要将气相法得到的纯氧化锆粉体浸入金属盐溶液中，蒸发、干燥、焙烧。 尽管这些方法有许多的优点，但是它们都存在能耗大、污染严重、生产周期长等缺

实验三 液相法粉体材料的制备

实验三陶瓷粉体的制备 （液相法粉体材料的制备） [实验目的] （1）了解超细粉的基本概念及其应用 （2）了解超细粉体的液相制备方法及其实验原理 [实验原理介绍] （I）超细粉 超细粉通常是指粒径为1～100 nm的微粒子，其处于微观粒子和宏观物体之间的过渡状态。由于极细的晶粒大量处于晶界和晶粒内，缺陷的中心原子以及其本身具有的量子体积效应、量子尺寸效应、表面效应、介电限域效应和宏观量子隧道效应，使超细粉体材料在光、电、磁等方面表现出其他材料所不具备的特性，是重要的高科技的结构和功能材料，因而受到极大关注，目前在冶金、化工、轻工、电子、航天、医学和生物工程等领域有着广泛的应用。 目前，超细粉的研究主要有制备、微观结构、宏观性能和应用等四个方面,其中超细粉的制备技术是关键，因为制备工艺和过程控制对纳米微粒的微观结构和宏观性能具有重要的影响。本文将介绍超细粉体的一些主要的液相制备方法及其技术特点。 （II）超细粉体的液相制备方法 液相法制备的主要特征：(1)可将各种反应的物质溶于液体中，可以精确控制各组分的含量，并实现了原子、分子水平的精确混合； (2)容易添加微量有效成分，可制成多种成分的均一粉体；(3)合成的粉体表面活性好； (4)容易控制颗粒的形状和粒径； (5)工业化生产成本较低等。 液相法制备按原理可分为物理法和化学法。（1）物理法:将溶解度高的盐的水溶液雾化成小液滴，使其中盐类呈球状均匀地迅速析出.为了使盐类快速析出，可以采用加热蒸发或冷冻干燥等方法，最后将这些微细的粉末状盐类加热分解，即可得到氧化物微粉。主要包括超临界法和溶剂蒸发法；（2）化学法是指通过在溶液中的化学反应生成沉淀，将沉淀物加热分解，可制成纳米粉体材料，

半导体纳米材料的制备

新型半导体纳米材料的制备

摘要: 简要论述了半导体纳米材料的特点,着重讨论了当前国内外主要的几种半导体纳米材料的制备工艺技术,包括溶胶一凝胶法、微乳液法、模板法、基于MBE 和MOCVD的纳米材料制备法、激光烧蚀法和应变自组装法等,并分析了以上几种纳米材料制备技术的优缺点及其应用前景。 关键词: 纳米材料;溶胶一凝胶法;分子束外延;金属有机物化学气相淀积;激光烧蚀淀积:应变自组装法; Several Major Fabrication Technologies of Novel Semi conductor Nanometer Materials Abstract: The characteristics of semiconductor nanometer materials are introduced. Several major fabrication technologies of semiconductor nanometer materials are discussed,including sol-gel process,tiny-latex process,template process,based on MBE and MOCVD,laser-ablation and strain-induced self-organized process,their advantages and disadvantages and their prospects are analyzed. Key words: nanometer material;sol-gel process; MBE; MOCVD: laser ablation deposition; strain-induced self-organized process; 1.引言

ZnO纳米粉体制备与表征解析

ZnO纳米粉体制备与表征 一实验目的 1．了解氧化锌的结构及应用 2．掌握“共沉淀和成核/生长隔离、水热法和微波水热、溶胶-凝胶法、反相微乳液”技术制备纳米材料的的方法与原理。 3．了解同步热分析仪、X-射线衍射仪、扫描电子显微镜（SEM）与比表面测定仪等表征手段和原理 二基本原理 2.1 氧化锌的结构 氧化锌（ZnO）晶体是纤锌矿结构，属六方晶系，为极性晶体。氧化锌晶体结构中，Zn原子按六方紧密堆积排列，每个Zn原子周围有4个氧原子，构成Zn-O4配位四面体 结构，四面体的面与正极面C(00001)平行，四面体的顶角正对向负极面(0001)，晶格常 数a=342pm, c=519pm,密度为5.6g/cm3，熔点为2070K,室温下的禁带宽度为3.37eV. 如 图1-1、图1-2所示： 图1-1 ZnO晶体结构在C (00001)面的投影 图1-2 ZnO纤锌矿晶格图

2.2 氧化锌的性能和应用 纳米氧化锌(ZnO)粒径介于1- 100nm 之间, 由于粒子尺寸小, 比表面积大, 因而, 纳米ZnO 表现出许多特殊的性质如无毒、非迁移性、荧光性、压电性、能吸收和散射紫外线能力等, 利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、杀菌、图象记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。同时氧化锌材料还被广泛地应用于化工、信息、纺织、医药行业。纳米氧化锌的制备是所有研究的基础。合成纳米氧化锌的方法很多, 一般可分为固相法、气相法和液相法。本实验采用共沉淀和成核/生长隔离技术制备纳米氧化锌粉。 2.3 氧化锌纳米材料的制备原理 不同方法制备的ZnO晶形不同，如： 2.3.1 共沉淀和成核/生长隔离法 借助沉淀剂使目标离子从溶液中定量析出是材料制备领域液相法的重要技术。常规共沉淀制备是将盐溶液与碱溶液直接混合并通过搅拌的方式实现，由于混合不充分，反应界面小、存在浓度梯度、反应速度和扩散速度慢，先沉淀的粒子上形成新沉淀粒子，新旧粒子的同时存在，导致粒子尺寸分布极不均匀。使合成材料的粒子尺寸和均分散性能受到很大影响，其晶体的尺寸也很难达到纳米量级，极大限制了此类材料的应用；成核/生长隔离制备采用强