文档介绍：第三讲纳米粒子的常见制备方法及形貌观察
纳米材料是纳米科技的基础,而纳米粒子的制备及其表征工作是纳米材料研究领域中的最基本、最重要的研究工作。目前,纳米粒子的制备方法很多,根据不同的分类标准,可以有多种分类方法。根据反应环境可分为液相法、气相法和固相法;根据反应性质可分为化学制备法、化学物理制备法和物理制备法。不同的制备方法可导致纳米粒子的性能以及粒径各不相同。
1. 纳米粒子的制备

其特点是简单易行,但纯度低,颗粒半径大。适合制备氧化物。
(1)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。
(2)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沉淀剂的局部不均匀性。
(3)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℃,因此可用高温强制水解反应制备纳米颗粒。
(4)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。沉淀转化法工艺流程短,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。

YCl3
洗涤、脱水、防团聚
+YCl3
NH4OH
ZrOCl2 + 2NH4OH + H2 Zr(OH)4 + 2NH4Cl
YCl3 + 3NH4OH Y(OH)3 + 2NH4Cl
Zr(OH)4 + n Y(OH)3
按比例混合
Zr1-xYxO2
煅烧
1. 原料混合
2. 加沉淀剂
3. 沉淀反应控PH、浓度搅拌、促进形核、控生长
4. 洗涤、脱水、防团聚
5. 煅烧
稳定氧化锆陶瓷的化学沉淀法制备

(1)水溶液还原法
采用水合肼、葡萄糖、硼氢化钠(钾)等还原剂,在水溶液中制备超细金属粉末或非晶合金粉末,并利用高分子保护剂PVP (聚乙烯基吡咯烷酮)阻止颗粒团聚及减小晶粒尺寸。其优点是获得的粒子分散性好,颗粒形状基本呈球形,过程可控制。
(2)多元醇还原法
该工艺主要利用金属盐可溶于或悬浮于乙二醇(EG)、一缩二乙二醇(DEG)等醇中,当加热到醇的沸点时,与多元醇发生还原反应,生成金属沉淀物,通过控制反应温度或引入外界成核剂,可得到纳米级粒子。
(3)气相还原法
本法也是制备微粉的常用方法。例如,用15%H2-85%Ar还原金属复合氧化物制备出粒径小于35nm的CuRh,g-。
(4)碳热还原法
碳热还原法的基本原理是以炭黑、SiO2为原料,在高温炉内氮气保护下,进行碳热还原反应获得微粉,通过控制工艺条件可获得不同产物。目前研究较多的是Si3N4、SiC粉体及SiC-Si3N4复合粉体的制备。
-凝胶法
(1)溶胶—凝胶法基本原理
在常温或近似常温下把金属醇盐溶液加水分解,同时发生缩聚反应制成溶胶,再进一步反应形成凝胶并进而固化,然后经低温热处理而得到无机材料的方法。由于加热的温度远远低于氧化物的融化温度,所以被称为低温合成法。也由于利用了加水分解、缩聚等化学反应,所以又可叫做玻璃的化学合成法。
(2)溶胶-凝胶法工艺流程
(3)溶胶—凝胶法的应用
溶胶—凝胶法按其反应机理可分为三类,即传统胶体型、无机聚合物型(金属醇盐型)和络合物型。主要应用于如下几个方面:①粉体原材料。②线型材料。③薄膜或涂层材料。④复合材料。⑤体型材料。
(3)溶胶—凝胶法的优缺点
优点:
①操作温度远低于玻璃熔融温度,节约能源,使得材料制备过程易于控制;
②制备的材料各组分间高度均匀、组成范围广且可以大幅度变化;
③工艺简单,易于工业化,成本低,应用灵活;
④可提高生产效率;
⑤可保证最终产品的纯度;
⑥制备的气凝胶是一种结构可控的新型轻质纳米多孔非晶固态材料,具有许多特殊性质,因而蕴藏着广阔的应用前景。
缺点:
a.  烘干后的球形凝胶颗粒自身烧结温度低,凝胶颗粒之间烧结性差,
块体材料烧结性不好;
b.    干燥时收缩大。
①水含量的影响
②水解反应温度的影响
③烧结温度的影响
④热处理环境及催化剂等因素的影响
⑤干燥控制化学添加剂的影响
⑥采用现代加热方式以获得无开裂块状玻璃
⑦采用不同的溶剂或者混合溶剂以消除开裂
(4)溶胶—凝胶法制备无开裂块状材料的防开裂研究