纳米粒子的制备方法综述

纳米粒子的制备方法综述

摘要：

纳米材料是近期发展起来的一种多功能材料。在纳米材料的当前研究中,其制备方法占有极其重要的地位,新的制备工艺过程的研究与控制对纳米材料的微观结构和性能具有重要的影响。本文主要概述了纳米材料传统的及最新的制备方法。纳米材料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]

Abstract :

Nanometer material is a kind of multi-functional material which was developed in recend . In the current study of it , its produce-methods occupy the important occupation . New methods’ reseach and control have an important influence on Nanometer materials’microstructure and property .This title mainly introduces nanometer materials’traditional and new method of producing . The key of the nanometer material s’ producing Is how to control the grain size and get the narrow and uniform size distribution .

关键词：

纳米材料制备方法

Key words :

Nanometer material produce-methods

正文：

纳米材料的制备方法主要包括物理法，化学法和物理化学法等三大类。下面分别从三个方面介绍纳米材料的制备方法。

物理制备方法

早期的物理制备方法是将较粗的物质粉碎，其最常见的物理制备方法有以下三种：

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.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。

2.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]。

近年来一些新的制备纳米材料的物理方法被发现，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沉积一层银膜，经过热处理，即可得到银纳米颗粒的阵列。中科院物理所开发了对玻璃态合金进行压力下纳米晶化的方法。例如：ZrTiCuBeC玻璃态合金在6GPa和623Ｋ的条件下进行晶化,可以制备出颗粒尺寸小于5nm的纳米晶。[3]

化学制备方法

1.固相法

固相法包括固相物质热分解法和物理粉碎法。固相物质热分解法是利用金属化合物的热分解来制备超微粒，但其粉末易固结，还需再次粉碎，成本较高。物理粉碎是通过机械粉碎、电火花爆炸等法制得纳米粒子。其原理是利用介质和物料间相互研磨和冲击，以达到微粒的超细化，但很难使粒径小于100纳米。机械合金法（MA）是1970年美国ＩNCO公司Benjamin为制作镍的氧化物粒子弥散强化合金而研制成功的一种新工艺。[4] 该法工艺简单，制备效率高，并能制备出常规法难以获得的高熔点金属或合金纳米材料，成本较低但易引进杂质，降低纯度，颗粒分布也不均匀。近年来，助磨剂物理粉碎法和超声波粉碎法的采用，可制得粒径小于100纳米的微粒。但仍然存在上述不足，故固相法还有待继续深入研究。

2.气相法

气相法在纳米微粒制造技术中占有重要地位，利用此法可以制造出纯度高、颗粒分布性好、粒径分布窄而细的纳米超微粒。尤其是通过控制气氛，可制备出液相法难以制备的金属碳化物、硼化物等非氧化物的纳米超微粒.该法主要包括：

3.真空蒸发—冷凝法

在高纯惰性气氛下(Ar、He) ，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。在1987年，Biegles等采用此法又成功制备了纳米级TiO2陶瓷材料。

4.高压气体雾化法

该法是利用高压气体雾化器将- 2 0～40℃的氢气和氩气以3倍于音速的速度射入熔融材料的液体内，熔体被破碎成极细颗粒的射流然后急剧骤冷得到超微粒。采用此法可得到粒度分布窄的纳米材料。

5.高频感应加热法

以高频感应线圈作热源,使坩埚内的物质在低压(1～10kPa)的He、N2等惰性气体中蒸发,蒸发后的金属原子与惰性气体原子相碰撞,冷却凝聚成颗粒.该法的优点是产品纯度高,粒度分布窄,保存性好,但成本较高,难以蒸发高沸点的金属.

此外,还有溅射法、气体还原法、化学气相沉淀法和粒子气相沉淀法。作为特殊方法，用爆炸法可制备纳米金刚石，用低压燃烧法制备SiO2、Al2O3等多种纳米材料。[5]

6.液相法

80年代以来，随着对材料性能与结构关系的深入研究，出现了液相法实现纳米“超结构过程”的基本途径。这是依据化学手段，在不需要复杂仪器的前提下，通过简单的溶液过程就可对性能进行“剪裁”。液相法主要有以下几种：

7.沉淀法

该法包括直接沉淀法、均匀沉淀法和共沉淀法。直接沉淀法是仅用沉淀操作从溶液中制备氧化物纳米微粒的方法。均匀沉淀法通过控制生成沉淀的速度，减少晶粒凝聚，可制得高纯度的纳米材料。共沉淀法是把沉淀剂加入混合后的金属溶液中，然后加热分解获得超微粒。

8.溶胶—凝胶法

溶胶—凝胶法可制备传统制备方法不能制得的产物，尤其对制备非晶态材料显得尤为重要，溶胶—凝胶法包括金属醇盐和非醇盐两种方法。[6]

9.水解反应法

依据水热反应的类型不同，可分为水热氧化、还原、合成、分解和结晶等几种。其原理是在水热条件下加速粒子反应和促进水解反应。

10.胶体化学法

采用粒子交换法、化学絮凝法、胶溶法制得透明性金属氧化物的水凝胶，以阴粒子表面活性剂[如ＤＢＳ]进行憎水处理，然后用有机溶剂冲洗制得有机胶体，经脱水和减压蒸馏，在低于表面活性剂的热分解温度的条件下，制得无定性球状纳米材料。

11.溶液蒸发和热分解法

该法包括喷雾干燥、燃烧等方法，它用于盐溶液快速蒸发、升华、冷凝和脱水过程，避免了分凝作用，能制得均匀盐类粉末。若将一定配比的金属盐溶液用粒子喷雾器在干燥室内与不同浓度的气流接触，快速蒸发分解该盐溶液，即可得到纳米微粒。

物理化学方法

1.热等离子体法

该法是用等离子体将金属等粉末熔融、蒸发和冷凝以制成纳米微粒，是制备高纯、均匀，粒径小的氧化物、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方法；同时为高沸点金属的各种系列纳米微粒以及含有挥发性组分合金的制备开辟了前景。新开发出的电弧法混合等离子体法弥补了传统等离子体法存在的等离子枪寿命短、功率小、热效率低等缺点。

2.激光加热蒸气法

以激光为快速加热热源，使气相反应物分子内部很快地吸收和传递能量，在瞬间完成气体反应的成核、长大和终止。该法可迅速生成表面洁净、粒径小于50纳米，粒度均匀可控的纳米微粒。

3.电解法

它包括水溶液和熔盐电解两种方法。用此法可制得高纯金属超微粒，尤其是电负性大的金属粉末。

4.辐射合成法

用辐射合成法制备纳米材料具有明显的特点：一般采用γ射线辐照较大浓度的金属盐溶液。[7]制备工艺简单，可在常温常压下操作，制备周期短，产物粒

度易控制，一般可得1 0纳米左右的粉末，产率较高，不仅可制备纯金属粉末，还可制备氧化物、硫化物纳米粒子及纳米复合材料。通过控制条件可制备非晶粉末.所以纳米材料的辐射法制备近年来得到了很大的发展。

纳米微粒的制备除上述方法外，还有一些其他新方法，如模板合成法,利用纳米多孔材料的纳米孔或纳米管道为模板，可获得粒径可控，易掺杂和反应易控制的纳米粒子；自组装法，用此法可制造中空的纳米球或纳米管。[8]另外，利用多孔模板用自组装法制出了较大的纳米金属团簇和纳米金属线，外层有配体起到稳定化的作用；有序ＬＢ膜法，用还原法制备金属颗粒和贵金属纳米颗粒；用DVA特异功能制备纳米颗粒等方法。

参考文献：

[1] 张立德,牟季美.纳米材料和纳米结构[M].科学出版社,2001.2.

[2] 张飞虎等. ELID 磨削—硬脆材料精密和超精密加工的新技术[J].宇航材料工艺, 1999(1):57

[3] 陈壹华等. 碳纳米材料制备方法及其应用特性[J]. 炭素技术2008 (6):28-32.

[4] 徐国才, 张立德. 纳米复合材料[M].北京: 化学工业出版社,2002:92- 94.

[5] Yamamoto K,koga Y,FujiwaraS ,etal.New method of carbon nanotube growth by ion-beam irradition [J] . Applphys Lett,1996, 69(27):4171- 4179.

[6]倪星元等.纳米材料制备技术.化学工业出版社，2008.1

[7] 殷亚东,张志成.纳米材料的辐射合成法制备[J]化学通报,1998(12) :21-24.

[8] 马如璋,蒋民华等. 功能材料学概论[M] .冶金工业出版社,1999.